CN110104087B - 一种新型轮足移动机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种新型轮足移动机构，包括本体及若干套轮足组件，轮足组件包括：安装腿组件、通过第一转轴可转动地安装于安装腿组件上的大腿组件及通过第二转轴可转动地安装于大腿组件上的小腿组件；轮足移动机构处于轮式工作模式时，大腿组件以第一转轴为转轴转动，并锁定小腿组件与大腿组件的相对位置，小腿组件转动的中心轴与所述第一转轴重合或不重合；轮足移动机构处于足式工作模式时，大腿组件绕着第一转轴做第一角度的往返运动，小腿组件绕着第二转轴做第二角度的往返摆动，通过四套轮足组件的协调运动就能实现类似四足动物的行走状态。本发明轮式工作模式具备速度高和能耗低的特点，足式工作模式具备灵活、跨越障碍等足式移动平台的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种轮足移动平台，尤其涉及一种新型轮足移动机构。
背景技术
轮足移动平台是一种能适用于多地形的移动平台。传统的轮足式移动平台直接将足底替换成轮子，从而具备移动速度快、能克服一定障碍、实现上下楼梯等能力。在相对平坦的地面，采用车轮模式，具备速度快和能耗低的特点；在遇到障碍时利用足式结构的特点将轮子抬升，能跨越一定障碍。轮足式移动平台是目前解决复杂地形的移动方案之一。
目前市场上的轮足移动平台主要基于轮式，一般在腿部的末端安装驱动轮，存在关节冗余、移动模式单一、能耗较高等问题。
因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种新型轮足移动机构。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：本发明提供一种新型轮足移动机构，包括本体以及可转动地安装于所述本体上的若干套轮足组件，每一所述轮足组件包括：安装腿组件、通过第一转轴可转动地安装于所述安装腿组件上的大腿组件、以及通过第二转轴可转动地安装于所述大腿组件上的小腿组件；
所述轮足移动机构具有轮式工作模式和足式工作模式，当所述轮足移动机构处于轮式工作模式时，所述大腿组件以所述第一转轴为转轴转动，并锁定所述小腿组件与所述大腿组件的相对位置，小腿组件转动的中心轴与所述第一转轴重合或不重合；当所述轮足移动机构处于足式工作模式时，所述大腿组件绕着所述第一转轴做第一角度的往返运动，所述小腿组件绕着所述第二转轴做第二角度的往返摆动。
进一步地，当所述轮足移动机构处于足式工作模式时，所述大腿部件的大腿杆与所述连接杆的竖部所成的角度大于120°且小于180°，且所述第二转轴离地面的高度大于所述小腿组件高度的三分之一。
进一步地，所述第一角度大于0°且小于45°，所述第二角度大于0°且小于45°。
进一步地，每一所述安装腿组件包括：顶部通过第三转轴可转动地安装于所述本体上的连接杆以及固定于所述本体上的第一驱动装置，所述第一驱动装置驱动所述第三转轴转动。
进一步地，所述连接杆呈“L”型，其包括竖部以及与所述竖部连接的横部，所述第三转轴设于所述竖部顶部。
进一步地，所述第一驱动装置为第一电机，所述第一电机的输出轴与所述第三转轴连接。
进一步地，所述大腿组件包括大腿杆与第二驱动装置，所述第一转轴设于所述大腿杆的内侧面上，所述第二驱动装置固设于所述连接杆的横部中，所述第二驱动装置驱动所述第一转轴转动。
进一步地，所述第二驱动装置为第二电机，所述第二电机的输出轴与所述第一转轴连接；所述大腿杆内侧面设有一凹部，所述第一转轴设于所述凹部内，所述连接杆的横部远离所述竖部端嵌入至所述凹部内。
进一步地，所述小腿组件包括小腿与第三驱动装置，所述小腿为车轮，所述第二转轴设于所述车轮上，所述第二转轴为所述车轮的偏心轴，所述第三驱动装置安装于所述大腿杆远离所述连接杆这一端，所述第三驱动装置驱动所述第二转轴转动。
进一步地，所述第三驱动装置为第三电机，所述第三电机的输出轴与所述第二转轴连接。
采用上述方案，本发明提供一种新型轮足移动机构通过关节耦合，减少电机数量，降低成本；在相对平坦的地面，可以切换成车轮模式，具备速度高和能耗低的特点；在遇到障碍时可以切换成足式模式，具备灵活、跨越障碍等足式移动平台的特点；同一套机构实现了车轮模式和足式模式，高效实用，结构简单，成本低，设计灵活，应用面广；采用分开单独控制每一轮足组件，可以实现单足、多足灯多足与多轮的轮足平台。
附图说明
图1为本发明一种新型轮足移动机构的足式工作模式下整体结构图；
图2为本发明一种新型轮足移动机构的足式工作模式下本体去箱体后结构图；
图3为图2中A处的放大图。
图4为本发明一种新型轮足移动机构的足式工作模式下轮足组件结构图；
图5为本发明一种新型轮足移动机构的车轮工作模式下整体结构图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
本发明提供一种新型轮足移动机构，采用同一套机构实现了车轮工作模式和足式工作模式，高效实用，并将轮子与腿部结构进行关节耦合，可以减少电机数量，降低成本。请参阅图1至图5，该轮足移动机构包括本体2以及可转动地安装于所述本体2上的若干套轮足组件4，所述本体2内设有控制系统，所述控制系统可以分别控制该若干轮足组件4单独工作，因此可以控制单个轮足组件4处于不同的工作状态。在本实施例中，所述轮足移动机构包括分别设于所述本体2底部四个角处的4套轮足组件4，所述控制系统可以分别控制该4套轮足组件4单独工作，从而可以实现全四驱的全向轮足移动平台。
进一步地，每一所述轮足组件4类似人的腿，具有三个关节，具体为第一级旋转关节、第二级大腿前后摆动以及第三级膝关节摆动。当轮足组件4的数量为4套时，该轮足移动机构可以构成12个自由度。每一所述轮足组件4包括：安装腿组件10、通过第一转轴22可转动地安装于所述安装腿组件10上的大腿组件20、以及通过第二转轴(未图示)可转动地安装于所述大腿组件20上的小腿组件30。
每一所述安装腿组件10包括：顶部通过第三转轴12可转动地安装于所述本体2上的连接杆14以及固定于所述本体2上的第一驱动装置16，所述第一驱动装置16设于所述本体2的底面上，并朝向地面设置。所述第一驱动装置16用于驱动所述第三转轴12转动，从而用于控制所述轮足移动机构的运动方向。如：所述本体2一端的两套轮足组件4中的第一驱动装置16顺时针转动，从而驱动该两套轮足组件4顺时针转动，同时，所述本体2另一端的两套轮足组件4中的第一驱动装置16逆时针转动，从而驱动该两套轮足组件4逆时针转动，进而可以使得所述轮足移动机构向右转。
所述连接杆14呈“L”型，其可以由两“L”型的板材夹成，采用该结构在保证足够强度的情况下，可以降低重量，提升该轮足移动机构的移动性能。所述连接杆14包括竖部142以及与所述竖部142连接的横部144，所述第三转轴12设于所述竖部142顶部，所述横部144水平向外延伸，用于连接安装所述大腿组件20。所述大腿组件20包括大腿杆24与第二驱动装置26，所述第一转轴22设于所述大腿杆24的内侧面上，所述第二驱动装置26固设于所述连接杆14的横部144中，所述第二驱动装置26驱动所述第一转轴22转动。所述大腿杆24上部内侧面设有一凹部23，所述第一转轴22设于所述凹部23内，所述连接杆14的横部144远离所述竖部142端嵌入至所述凹部23内。所述小腿组件30包括小腿与第三驱动装置36，所述小腿为一车轮34，所述第二转轴设于所述车轮34上，所述第二转轴为所述车轮34的偏心轴，且所述第二转轴与所述车轮34中心轴的距离等于所述第二转轴与第一转轴22的距离，所述第三驱动装置36安装于所述大腿杆24远离所述连接杆14这一端，所述第三驱动装置36驱动所述第二转轴转动。在本发明中，所述本体2分别与所述第一至第三驱动装置16、26、36电连接，可以分别控制第一至第三驱动装置16、26、36单独工作。
在本实施例中，所述第一驱动装置16为第一电机，所述第一电机16的输出轴直接与所述第三转轴12连接，所述第一电机转动时，驱动连接杆14转动；所述第二驱动装置26为第二电机，所述第二电机的输出轴直接与所述第一转轴22连接，所述第二电机转动时，驱动所述第一转轴22转动；所述第三驱动装置36为第三电机，所述第三电机的输出轴直接与所述第二转轴连接，所述第三电机转动时，驱动所述第二转轴转动。
为了进一步提升所述轮足移动机构适应复杂地形的能力，所述车轮34的外沿均匀设有若干凸起33。
本发明提供的轮足移动机构具有轮式工作模式和足式工作模式，两种工作模式的切换通过本体分别控制各个轮足组件4中的第一转轴22和第二转轴来完成：
轮式工作模式：当所述轮足移动机构处于轮式工作模式时，具有两种以下工作状态：第一种：所述大腿组件20在所述第二驱动装置26驱动下以所述第一转轴22为转轴转动，并锁定所述小腿组件30与所述大腿组件20的相对位置，即锁死第三驱动装置36不转动且大腿杆24与车轮34任一半径重合，所述大腿杆24带动车轮34以所述第一转轴22为圆心转动，车轮34转动的中心轴与所述第一转轴22重合。第二种：所述大腿组件20在所述第二驱动装置26驱动下以所述第一转轴22为转轴转动，并锁定所述小腿组件30与所述大腿组件20的相对位置，即锁死第三驱动装置36不转动且大腿杆24与车轮34任一半径不重合，此时车轮34转动的中心轴与所述第一转轴22重合，所述第一转轴22也做圆周运动，该种情况可以提高车轮34的抓地力。在本实施例中，所述轮足移动机构包括分别设于所述本体2底部四个角处的4套轮足组件4，可以实现±60度的直线移动、原地转向、各种半径自由转向，具备出色的轮式移动性能。该轮式工作模式作为传统轮式，本身的冗余自由度会增加整个系统稳定性，当某些关节出现问题时，该轮足移动机构也能实现移动。通过锁死第三驱动装置改变大腿杆与车轮的位置关系(如大腿杆与车轮锁定的角度)，可以改变车轮实际运转时的有效直径，能很好的解决车轮打滑情况，同时也增加了在轮式工作模式下的跨越障碍的能力。
足式工作模式：当所述轮足移动机构处于足式工作模式时，所述大腿组件20的大腿杆24在所述第二驱动装置26驱动下绕着所述第一转轴22做第一角度的往返运动，所述小腿组件30的车轮34在第三驱动装置36驱动下绕着所述第二转轴做第二角度的往返摆动，第一转轴22和第二转轴相配合联动，如：所述第二驱动装置26驱动大腿杆24顺时针转动时，所述第三驱动装置36驱动所述车轮34逆时针转动；所述第二驱动装置26驱动大腿杆24逆时针转动时，所述第三驱动装置36驱动所述车轮34顺时针转动。这样，当某一大腿杆24(顺时针)转动带动车轮34向上运动时，由于第二转轴为车轮34的偏心轴，所述车轮34(逆时针)转动可以进一步加快车轮34向上运动；当某一大腿杆24(逆时针)转动带动车轮34向下运动时，由于第二转轴为车轮34的偏心轴，所述车轮34(顺时针)转动可以进一步加快车轮34向下运动，从而可以给所述轮足移动机构提供向前的蹬力，通过4套轮足组件4的相互配合即可实现轮足移动机构的行走，并且通过四套轮足组件的协调运动就能实现类似四足动物的行走状态，如：四套轮足组件按左前轮-右前轮-左后轮-右后轮的次序依次完成抬起-下蹬动作；左前轮和左后轮一组，右前轮和右后轮一组，两组依次完成抬起-下蹬动作；等等。其中，所述第一角度大于0°且小于45°，所述第二角度大于0°且小于45°。
为了使足式工作模式得到更好的行走效果，所述大腿部件20的大腿杆24与所述连接杆14的竖部所成的角度大于120°且小于180°，且所述第二转轴离地面的高度大于所述小腿组件30高度的三分之一，这样可以保证本体2离地面的高度较高。所述第一角度为15°，所述第二角度为15°。
综上所述，本发明提供的新型轮足移动机构通过关节耦合，减少电机数量，降低成本；在相对平坦的地面，可以切换成车轮模式，具备速度高和能耗低的特点；在遇到障碍时可以切换成足式模式，具备灵活、跨越障碍等足式移动平台的特点；同一套机构实现了车轮模式和足式模式，高效实用，结构简单，成本低，设计灵活，应用面广；采用分开单独控制每一轮足组件，可以实现单足、多足灯多足与多轮的轮足平台。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种新型轮足移动机构，其特征在于，包括本体以及可转动地安装于所述本体上的若干套轮足组件，每一所述轮足组件包括：安装腿组件、通过第一转轴可转动地安装于所述安装腿组件上的大腿组件、以及通过第二转轴可转动地安装于所述大腿组件上的小腿组件；
每一所述安装腿组件包括：顶部通过第三转轴可转动地安装于所述本体上的连接杆以及固定于所述本体上的第一驱动装置，所述第一驱动装置驱动所述第三转轴转动；
所述大腿组件包括大腿杆与第二驱动装置，所述第一转轴设于所述大腿杆的内侧面上，所述第二驱动装置固设于所述连接杆的横部中，所述第二驱动装置驱动所述第一转轴转动；
所述小腿组件包括小腿与第三驱动装置，所述小腿为车轮，所述第二转轴设于所述车轮上，所述第二转轴为所述车轮的偏心轴，且所述第二转轴与所述车轮中心轴的距离等于所述第二转轴与第一转轴的距离，所述第三驱动装置安装于所述大腿杆远离所述连接杆这一端，所述第三驱动装置驱动所述第二转轴转动；
所述轮足移动机构具有轮式工作模式和足式工作模式，当所述轮足移动机构处于轮式工作模式时，所述大腿组件以所述第一转轴为转轴转动，并锁定所述小腿组件与所述大腿组件的相对位置，所述小腿组件转动的中心轴与所述第一转轴重合或不重合；当所述轮足移动机构处于足式工作模式时，所述大腿组件绕着所述第一转轴做第一角度的往返运动，所述小腿组件绕着所述第二转轴做第二角度的往返摆动；
当所述轮足移动机构处于足式工作模式时，所述大腿组件的大腿杆与所述连接杆的竖部所成的角度大于120°且小于180°，且所述第二转轴离地面的高度大于所述小腿组件高度的三分之一。
2.根据权利要求1所述的新型轮足移动机构，其特征在于，所述第一角度大于0°且小于45°，所述第二角度大于0°且小于45°。
3.根据权利要求1所述的新型轮足移动机构，其特征在于，所述连接杆呈“L”型，其包括竖部以及与所述竖部连接的横部，所述第三转轴设于所述竖部的顶部。
4.根据权利要求1所述的新型轮足移动机构，其特征在于，所述第一驱动装置为第一电机，所述第一电机的输出轴与所述第三转轴连接。
5.根据权利要求4所述的新型轮足移动机构，其特征在于，所述第二驱动装置为第二电机，所述第二电机的输出轴与所述第一转轴连接；
所述大腿杆内侧面设有一凹部，所述第一转轴设于所述凹部内，所述连接杆的横部远离所述竖部端嵌入至所述凹部内。
6.根据权利要求1所述的新型轮足移动机构，其特征在于，所述第三驱动装置为第三电机，所述第三电机的输出轴与所述第二转轴连接。
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