CN110920770A - 一种宽度可控的机器人c型腿 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种宽度可控的机器人C型腿，它包括弧腿主干、固定托盘、宽度调节内挡板、竖连杆、横连杆、电动推杆和宽度调节外挡板；所述的固定托盘与弧腿主干连接，宽度调节内挡板对称布置在弧腿主干上，宽度调节外挡板对称布置在弧腿主干的两侧，宽度调节外挡板的下沿与固定托盘接触，宽度调节内挡板的外沿与宽度调节外挡板接触；电动推杆与竖连杆连接，电动推杆与横连杆连接。其有益效果在于：弧腿主干的第一段腿、第二段腿、第三段腿在接触点处共切线，所以该处导数相等，无突变，提高了机器人的抗冲击能力，且第三段圆弧腿以转动中心为圆心，很容易实现类轮式运动提高了机器人的高速运动能力。

Description

一种宽度可控的机器人C型腿
技术领域
本发明属于机器人设计领域，具体涉及一种宽度可控的机器人C型腿。
背景技术
小型的移动机器人中以腿足式机器人灵活性和地形适应性较强，且现有机器人又以弧腿式机器人的运动稳定性和地形适应能力在实践中表现较好，可广泛应用在战后、灾后搜救，后勤辅助运输，固定路线巡逻等方面，在非结构化环境中具有极大应用价值。而机器人的弧腿结构对机器人整体性能影响较大。
在机器人运动过程中，机器人需要执行相应的任务，如通过摄像头观测伤员生理参数，这就要求机器人在高速运动的同时还是保证较小的质心波动。在国内外已有的研究中，除采用特殊步态规划外，还有人采用三轮辐以及刚度控制的方法来解决机器人质心上下起伏的问题。三轮辐及多轮辐因为特殊结构设计，使得机器人起伏被限制在一定范围内，从而减少质心波动，保证模块正常工作，但该方法没有彻底解决质心波动问题只是减弱，由于质心波动导致的一系列问题仍然存在，尤其是快速运动时尤为明显。
典型的三轮幅机器人如天津大学的田润在《一类新型轮腿式移动机器人的优化设计与实验研究》中经过若干种多轮辐机器人的越障能力对比优选出的三轮幅弧腿结构，虽然因为轮辐数目增加，导致机器人质心运动中可下降范围减少，但每段腿仍为圆心不在转动中心的圆弧构型，这就导致了起伏问题仍然存在。
为了增加机器人的地形适应能力，使得机器人适应不同的地形，可采用机器人运动机构宽度变化的方法。对于变宽度的机器人，可以分为两类，一类是在现阶段最成功的六弧腿机器人上增加特定结构导致的腿部结构宽度变化，另一类是整体可变的自重构机器人，然而可重构机器人控制算法复杂，大大增加了控制难度。
现有的增加特定结构导致宽度变化的方案如Shen-Chiang Chen在《Quattroped:ALeg–Wheel Transformable Robot》一文中展示了一款机器人可以通过转动机构实现宽度变化。该机器人预先将两个半圆弧构型腿重合放置，转动结构工作时将一侧弧腿转到前方形成一个轮。如此实现了宽度变化，但更应该看做轮腿和半圆弧腿的转化。当转换为轮腿时，机器人的越障能力已经大幅度下降，并且宽度变化也只有一个级别，面对复杂环境，缺乏适应性。
发明内容
本发明的目的是提供一种宽度可控的机器人C型腿，该结构可实现C型腿的宽度变化。
本发明的技术方案如下：一种宽度可控的机器人C型腿，它包括弧腿主干、固定托盘、宽度调节内挡板、竖连杆、横连杆、电动推杆和宽度调节外挡板；所述的固定托盘与弧腿主干连接，宽度调节内挡板对称布置在弧腿主干上，宽度调节外挡板对称布置在弧腿主干的两侧，宽度调节外挡板的下沿与固定托盘接触，宽度调节内挡板的外沿与宽度调节外挡板接触；电动推杆与竖连杆连接，电动推杆与横连杆连接。
所述的弧腿主干包括第一段腿、第二段腿、第三段腿、固定横板和固定轴环；第一段腿、第二段腿、第三段腿之间在接触点处共切线，固定横板通过固定轴环固定电动推杆，固定轴环通过拧紧螺栓固定在电动推杆上，固定轴环与电动推杆之间直接焊接或者通过两侧分别添加螺栓进行紧固。
所述的固定托盘包括托盘主干和橡胶防滑层，托盘主干焊接在弧腿主干上。
所述的宽度调节内挡板包括内挡板主干、挡圈和竖向弹簧；内挡板主干经由竖向弹簧安装在弧腿主干上，并通过挡圈与竖连杆相连。
所述的竖连杆，两端通过销轴与宽度调节内挡板和电动推杆相连，横连杆穿过定位圆环和凸台圆环通过焊接连接。
所述的电动推杆包括电动推杆主干、固定圆环、定位圆环和连接挡圈；定位圆环与横连杆相连，连接挡圈与竖连杆相连，电动推杆通过竖连杆、横连杆带动宽度调节内挡板和宽度调节外挡板，实现宽度调节。
所述的宽度调节外挡板包括外挡板主干、凸台圆环、一级挡板、二级挡板、三级挡板和横向弹簧；宽度调节外挡板对称布置在弧腿主干两侧，宽度调节外挡板的下沿与第三段腿和固定托盘接触，宽度调节内挡板外沿与宽度调节外挡板接触，一级挡板、二级挡板、三级挡板由内向外按照由长到短的顺序分布。
本发明的有益效果在于：(1)弧腿主干的第一段腿、第二段腿、第三段腿在接触点处共切线，所以该处导数相等，无突变，提高了机器人的抗冲击能力，且第三段圆弧腿以转动中心为圆心，很容易实现类轮式运动提高了机器人的高速运动能力；(2)通过电动推杆带动宽度调节内挡板和宽度调节外挡板的变化，使得宽度调节内挡板和宽度调节外挡板的位置关系分为三类，从而实现三级宽度调节，全程无死点；(3)通过横向弹簧和竖向弹簧的设置，既能够启动某一固定宽度时运动的减震作用，又可以在冲击发生时利用弹簧的特性阻碍宽度误变化的发生，既提高了运动稳定性又提高了腿部结构变形控制的鲁棒性。
附图说明
图1为本发明所提供的一种宽度可控的机器人C型腿示意图；
图2为弧腿主干结构示意图；
图3为固定托盘结构示意图；
图4为宽度调节内挡板结构示意图；
图5为竖连杆与横连杆结构结构示意图；
图6为电动推杆结构示意图；
图7为宽度调节外挡板结构示意图。
图中：1弧腿主干，2固定托盘，3宽度调节内挡板，4竖连杆，5横连杆，6电动推杆，7宽度调节外挡板，11第一段腿，12第二段腿，13第三段腿，14固定横板，15固定轴环，16螺栓，21托盘主干，22橡胶防滑层，31内挡板主干，32挡圈，33竖向弹簧，41销轴，61电动推杆主干，62固定圆环，63定位圆环，64连接挡圈，71宽度调节外挡板主干，72凸台圆环，73一级挡板，74二级挡板，75三级挡板，76横向弹簧。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种宽度可控的机器人C型腿包括弧腿主干1、固定托盘2、宽度调节内挡板3、竖连杆4、横连杆5、电动推杆6和宽度调节外挡板7；其中，固定托盘2的尾部对齐弧腿主干1的尾部进行焊接，宽度调节内挡板3通过竖向弹簧33对称布置在弧腿主干1上，宽度调节外挡板7对称布置在弧腿主干1的两侧，宽度调节外挡板7的下沿与第三段腿13和固定托盘2接触，宽度调节内挡板3的外沿与宽度调节外挡板7接触；电动推杆6与竖连杆4通过销轴连接，电动推杆6与横连杆5通过定位圆弧链接，电动推杆6与固定横板14通过固定轴环15连接。
如图2所示，所述的弧腿主干1包括第一段腿11、第二段腿12、第三段腿13、固定横板14和固定轴环15；第一段腿11、第二段腿12、第三段腿13之间在接触点处共切线，在接触点处导数相等无突变，无突变提高机器人C型腿的抗冲击能力，且第三段腿13以机器人C型腿的转动中心为圆心，使得机器人C型腿很容易实现类轮式运动，固定横板14通过固定轴环15固定电动推杆6，固定轴环15通过拧紧螺栓16固定在电动推杆6上，固定轴环15与电动推杆6之间可直接焊接也可通过两侧分别添加螺栓进行紧固。
如图3所示，所述的固定托盘2包括托盘主干21和橡胶防滑层22，托盘主干21焊接在弧腿主干1上。
如图4所示，所述的宽度调节内挡板3包括内挡板主干31、挡圈32和竖向弹簧33；内挡板主干31经由竖向弹簧33安装在弧腿主干1上，并通过挡圈32与竖连杆4相连。
如图5所示，所述的竖连杆4，两端通过销轴41与宽度调节内挡板3和电动推杆6相连。横连杆5两端孔径较大，将横连杆5穿过定位圆环63和凸台圆环72然后焊死。
如图6所示，所述的电动推杆6包括电动推杆主干61、固定圆环62、定位圆环63和连接挡圈64；定位圆环63与横连杆5相连，连接挡圈64与竖连杆4相连，电动推杆6则通过竖连杆4、横连杆5带动宽度调节内挡板3和宽度调节外挡板7，进而实现宽度调节。
如图7所示，所述的宽度调节外挡板7包括外挡板主干71、凸台圆环72、一级挡板73、二级挡板74、三级挡板75和横向弹簧76；宽度调节外挡板7对称布置在弧腿主干1两侧，宽度调节外挡板7的下沿与第三段腿13和固定托盘2接触，宽度调节内挡板3外沿与宽度调节外挡板7接触，一级挡板73、二级挡板74、三级挡板75由内向外按照由长到短的顺序分布，使得机器人C型腿可以实现三级宽度调节，极大得增加了机器人C型腿的地形适应能力；横向弹簧76的布置使得机器人C型腿具有防误触导致宽度变化的能力，增加了机器人C型腿的鲁棒性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该提出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种宽度可控的机器人C型腿，其特征在于：它包括弧腿主干(1)、固定托盘(2)、宽度调节内挡板(3)、竖连杆(4)、横连杆(5)、电动推杆(6)和宽度调节外挡板(7)；所述的固定托盘(2)与弧腿主干(1)连接，宽度调节内挡板(3)对称布置在弧腿主干(1)上，宽度调节外挡板(7)对称布置在弧腿主干(1)的两侧，宽度调节外挡板(7)的下沿与固定托盘(2)接触，宽度调节内挡板(3)的外沿与宽度调节外挡板(7)接触，电动推杆(6)与竖连杆(4)连接，电动推杆(6)与横连杆(5)连接。
2.如权利要求1所述的一种宽度可控的机器人C型腿，其特征在于：所述的弧腿主干(1)包括第一段腿(11)、第二段腿(12)、第三段腿(13)、固定横板(14)和固定轴环(15)；第一段腿(11)、第二段腿(12)、第三段腿(13)之间在接触点处共切线，固定横板(14)通过固定轴环(15)固定电动推杆(6)，固定轴环(15)通过拧紧螺栓(16)固定在电动推杆(6)上，固定轴环(15)与电动推杆(6)之间直接焊接或者通过两侧分别添加螺栓进行紧固。
3.如权利要求1所述的一种宽度可控的机器人C型腿，其特征在于：所述的固定托盘(2)包括托盘主干(21)和橡胶防滑层(22)，托盘主干(21)焊接在弧腿主干(1)上。
4.如权利要求1所述的一种宽度可控的机器人C型腿，其特征在于：所述的宽度调节内挡板(3)包括内挡板主干(31)、挡圈(32)和竖向弹簧(33)；内挡板主干(31)经由竖向弹簧(33)安装在弧腿主干(1)上，并通过挡圈(32)与竖连杆(4)相连。
5.如权利要求1所述的一种宽度可控的机器人C型腿，其特征在于：所述的竖连杆(4)，两端通过销轴(41)与宽度调节内挡板(3)和电动推杆(6)相连，横连杆(5)穿过定位圆环(63)和凸台圆环(72)通过焊接连接。
6.如权利要求1所述的一种宽度可控的机器人C型腿，其特征在于：所述的电动推杆(6)包括电动推杆主干(61)、固定圆环(62)、定位圆环(63)和连接挡圈(64)；定位圆环(63)与横连杆(5)相连，连接挡圈(64)与竖连杆(4)相连，电动推杆(6)通过竖连杆(4)、横连杆(5)带动宽度调节内挡板(3)和宽度调节外挡板(7)，实现宽度调节。
7.如权利要求1所述的一种宽度可控的机器人C型腿，其特征在于：所述的宽度调节外挡板(7)包括外挡板主干(71)、凸台圆环(72)、一级挡板(73)、二级挡板(74)、三级挡板(75)和横向弹簧(76)；宽度调节外挡板(7)对称布置在弧腿主干(1)两侧，宽度调节外挡板(7)的下沿与第三段腿(13)和固定托盘(2)接触，宽度调节内挡板(3)外沿与宽度调节外挡板(7)接触，一级挡板(73)、二级挡板(74)、三级挡板(75)由内向外按照由长到短的顺序分布。
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