CN111469946B - 一种具备爬行及滚动功能的仿生移动机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具备爬行及滚动功能的仿生移动机器人，包括具有容置腔的躯体、与躯体连接的蹬腿组件、四组第一二自由度腿组件和两组三自由度腿组件。四组第一二自由度腿组件分别与躯体连接，且分别位于躯体的左前端、左后端、右前端和右后端。两个三自由度腿组件分别和躯体连接，且分别位于躯体的左中端和右中端。三自由度腿组件包括与躯体连接的转动件和与转动件输出轴连接的第二二自由度腿组件；转动件的输出轴竖直。第一二自由度腿组件和第二二自由度腿组件的末端均为弧形足，弧形足能够配合形成用于本发明滚动前行滚动轮。本发明具有爬行状态和滚动状态，蹬腿组件用于给滚动状态提供动力。本发明共包含15个自由度，自由度少，控制简单。

Description

一种具备爬行及滚动功能的仿生移动机器人

技术领域

本发明属于仿生机器人领域，尤其涉及一种具备爬行及滚动功能的仿生移动机器人。

背景技术

随着科学技术的发展，人类对未知世界的探索范围正在逐渐扩大，为了更好辅助人类探索复杂未知的领域，人类将目光转移到移动机器人。对于移动机器人来说，现有的主要运动形式中最常见的结构有足式、轮式、履带式、轮足式等。在平坦地面中，轮式车辆、履带式车辆应用广泛，具有显著的优势。但当在不平坦地面上行驶时，它们的能量消耗太大，当遇到松软或严重崎岖的地形时，车轮的优势将严重丧失。在复杂崎岖地面环境中，轮式或履带式车辆很难到达，但自然界中很多足式动物却能够在这些地面行走自如，足式运动方式在不平地面和松散地面上的运动速度较高，而能耗较少。

现有的足式机器人一般有四足、六足、八足等机器人。四足机器人的关节少，便于操控，但稳定性较差；八足机器人稳定性好，但驱动关节多，控制复杂；六足移动机器人具有良好的稳定性和操控性。为了提高在平坦地面快速移动能力，可结合轮式机器人的特点构型成轮足式结构，兼具有平坦地面的快速移动性和崎岖地面的适应性，但现有的轮足式机器人多是在腿上外加一个驱动轮，运动关节较多，自由度较多，控制较为复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具备爬行及滚动功能的仿生移动机器人，以解决现有技术中六足移动机器人自由度较多的问题。

本发明的技术方案为：

一种具备爬行及滚动功能的仿生移动机器人，包括：

躯体，设置有容置腔；所述躯体具有与所述仿生移动机器人直线运动方向相同的前后两侧，以及与所述仿生移动机器人直线运动方向垂直的左右两侧；

蹬腿组件，与所述躯体连接；

两对第一二自由度腿组件，分别位于所述躯体左右两侧；每对的两个所述第一二自由度腿组件分别对称设置在在所述躯体前后两侧；所述第一二自由度腿组件均与所述躯体连接；

两个三自由度腿组件，对称分布于所述躯体的左右两侧，且均与所述躯体连接；所述三自由度腿组件包括转动件和第二二自由度腿组件；所述转动件的固定端与所述躯体连接，所述转动件的输出轴与所述第二二自由度腿组件连接，用于驱动所述第二二自由度腿组件绕所述转动件的输出轴的轴线转动；所述转动件的输出轴的轴线竖直；

所述第一二自由度腿组件和所述第二二自由度腿组件的末端均为弧形足；

爬行状态，所述第一二自由度腿组件和所述三自由度腿组件配合用于所述仿生移动机器人的行走；两组所述三自由度腿组件配合用于所述仿生移动机器人的转向；

滚动状态，所述转动件驱动所述第二二自由度腿组件转向至其所在平面与位于所述躯体同一侧的所述第一二自由度腿组件所处平面平行；位于所述躯体同一侧的所述二自由度腿组件和所述三自由度腿组件的所述弧形足配合形成具有缺口的滚动轮，所述蹬腿组件相对于所述缺口做伸缩运动，所述蹬腿组件伸出时穿设所述缺口，所述蹬腿组件做伸缩运动和所述滚动轮配合用于所述仿生移动机器人的滚动前行。

优选地，所述第一二自由度腿组件还包括第一驱动件、第二驱动件和第一连杆；

所述第一驱动件的固定端与所述躯体连接，所述第一驱动件的输出轴与所述第一连杆连接，用于驱动所述第一连杆绕所述第一驱动件的输出轴的轴线转动；

所述第二驱动件的固定端与所述弧形足连接，所述第二驱动件的输出轴与所述连杆连接，用于驱动所述第一连杆绕所述第二驱动件的输出轴的轴线转动；

所述第一驱动件的输出轴的轴线与所述躯体的左右两侧方向平行，所述第一驱动件的输出轴的轴线与第二驱动件的输出轴的轴线平行。

优选地，所述第一二自由度腿组件还包括拉簧，所述拉簧两端分别连接所述第一连杆和所述弧形足。

优选地，所述第二二自由度腿组件还包括第三驱动件、第四驱动件和第二连杆；

所述第三驱动件的固定端与所述转动件的输出轴连接，所述第三驱动件的输出轴与所述第二连杆的第一端连接，用于驱动所述第二连杆绕所述第四驱动件的输出轴的轴线转动；

所述第四驱动件的固定端与所述弧形足连接，所述第四驱动件的输出轴与所述第二连杆的第二端连接，用于驱动所述第二连杆绕所述第四驱动件的输出轴的轴线转动；

所述第三驱动件的输出轴的轴线与所述转动件的输出轴的轴线垂直，所述第三驱动件的输出轴的轴线和所述第四驱动件的输出轴的轴线平行。

优选地，所述三自由度腿组件还包括联轴器和连接件；所述联轴器和所述连接件均设置于所述转动件的输出轴和所述第三驱动件的固定端的连接处；

所述连接件与所述第三驱动件的固定端连接，所述连接件具有一联轴器容置孔；

所述联轴器的输入端与所述转动件的输出轴相连，所述联轴器的输出端穿设所述联轴器容置孔并与所述连接件固连；

所述转动件的输出轴的轴线与所述联轴器的轴线同轴，所述第三驱动件的输出轴的轴线与所述联轴器的轴线垂直。

优选地，所述三自由度腿组件还包括拉簧，所述拉簧两端分别连接所述第二连杆和所述弧形足。

优选地，所述蹬腿组件包括蹬腿驱动件、第一杆、第二杆、蹬腿主板和两个蹬腿部；

所述蹬腿驱动件的固定端与所述躯体连接，所述蹬腿驱动件的输出轴与所述第一杆的第一端连接，用于驱动所述第一杆绕所述蹬腿驱动件的输出轴的轴线转动；所述第一杆的第二端与所述第二杆的第一端转动连接；

所述蹬腿主板具有与所述躯体的前侧相对应的第一侧和与所述躯体的后侧相对应的第二侧，以及与所述躯体的左右两侧相对应的第三侧和第四侧；所述蹬腿主板的第一侧与所述躯体的下表面转动连接，所述蹬腿主板的第二侧与所述第二杆的第二端转动连接；

所述第一杆、所述第二杆、所述蹬腿主板和所述躯体形成曲柄摇杆机构，所述蹬腿驱动件用于驱动所述曲柄摇杆机构；所述曲柄摇杆机构所在的平面与所述仿生移动机器人的滚动路径形成的直线平行；所述曲柄摇杆机构所在的平面与所述蹬腿主板所在的平面垂直；

两个所述蹬腿部对称设置于所述蹬腿主板的第三侧和第四侧，所述蹬腿部包括第三杆、第四杆、第五杆、第六杆、第七杆和连接杆；

所述第三杆的第一端与所述蹬腿主板的转动连接，所述第三杆的第二端与所述第五杆的第一端转动连接；

所述第四杆的第一端与所述蹬腿主板的转动连接，所述第四杆的第二端与所述第五杆的中间部位转动连接；

所述第三杆、所述第四杆、所述第五杆和所述蹬腿主板配合形成双摇杆机构；

所述第六杆的第一端与所述蹬腿主板转动连接，所述第六杆的第二端与所述第七杆的第一端转动连接，所述第七杆的第二端与所述第三杆或所述第四杆转动连接；

所述第六杆、所述第七杆、所述第三杆或所述第四杆与所述蹬腿主板配合形成第一四连杆机构，所述第一四连杆机构与所述蹬腿主板在同一平面内，用于驱动相对应的所述双摇杆机构转动；

所述连接杆的第一端与所述躯体转动连接，所述连接杆的第二端与所述第六杆或所述第七杆转动连接；所述蹬腿主板和所述躯体的连接处位于所述连接杆与所述躯体的连接处和所述蹬腿主板和所述第二杆的连接处之间；

所述第六杆、所述连接杆与所述蹬腿主板和所述躯体配合形成第二四连杆机构，所述第二四连杆机构用于驱动所述第一四连杆机构转动；

在滚动状态，所述蹬腿组件伸出时，所述第五杆的第二端最先伸出所述缺口。

优选地，所述双摇杆机构、所述第一四连杆机构和所述蹬腿主板在同一平面内。

优选地，所述蹬腿组件还包括第一旋转轴和第二旋转轴；

所述躯体的下表面设置有第一旋转轴安装件，所述第一旋转轴安装件设有第一旋转轴安装孔，所述第一旋转轴穿设所述第一旋转轴安装孔并与所述第一旋转轴安装件转动连接；所述蹬腿主板的第一侧与所述第一旋转轴固连，所述蹬腿主板绕第一旋转轴的轴线旋转；

所述躯体的下表面设置有第二旋转轴安装件，所述第二旋转轴安装件设有第二旋转轴安装孔，所述第二旋转轴穿设所述第二旋转轴安装孔并与所述第二旋转轴安装件转动连接；两个所述连接杆分别和所述第二旋转轴固连，所述连接杆均绕所述第二旋转轴的轴线转动。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

(1)本发明提供的具备爬行及滚动功能的仿生移动机器人，包括四组第一二自由度腿组件和两组三自由度腿组共6足、14个自由度，加上蹬腿组件中的一个自由度，本发明共包含15个自由度，相较于现有技术中六足轮足式机器人，自由度少，控制简单。

(2)本发明提供的具备爬行及滚动功能的仿生移动机器人，综合了轮式机器人和腿式机器人的优点。既具有腿式全方位移动的能力，也有轮式机器人快速移动的功能。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：

图1为本发明的一种具备爬行及滚动功能的仿生移动机器人的结构示意图；

图2为本发明的第一二自由度腿组件的结构示意图；

图3为本发明的三自由度腿组件的结构示意图；

图4为本发明的第一驱动件的结构示意图；

图5为本发明的腿部安装件的结构示意图；

图6为本发明的腿部安装件处的局部放大图；

图7为本发明的腿部安装件处的另一角度局部放大图；

图8为本发明的蹬腿组件的结构侧视示意图；

图9为本发明的蹬腿组件的结构另一侧视示意图；

图10为本发明的蹬腿组件的结构背部示意图；

图11为本发明在滚动状态蹬腿组件缩回时的结构示意图；

图12为本发明在滚动状态蹬腿组件伸出时的结构示意图。

附图标记说明：

1：躯体；2：第一二自由度腿组件；21：第一驱动件；22：第二驱动件；23：第一连杆；3：三自由度腿组件；31：转动件；32：第三驱动件；33：第四驱动件；34：第二连杆；35：联轴器；36：连接件；37：固定座；4：蹬腿组件；40：连接杆；41：第一杆；42：第二杆；43：第三杆；44：第四杆；45：第五杆；46：第六杆；47：第七杆；48：蹬腿主板；49：蹬腿驱动件；5：拉簧；6：第一旋转轴；7：第二旋转轴；8：腿部安装件；9：弧形足。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种具备爬行及滚动功能的仿生移动机器人作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

同时，“第一”、“第二”等表述仅用于区分多个构型的目的，而不是限制构型或其他特征之间的顺序。

另外，“包括”元件的表述是“开放式”表述，该“开放式”表述仅仅是指存在对应的部件，不应当解释为排除附加的部件。

参看图1至图12，本实施例提供一种具备爬行及滚动功能的仿生移动机器人，包括躯体1、蹬腿组件4、四组第一二自由度腿组价和两组三自由度腿组件3。躯体1设置有容置腔。将与仿生移动机器人直线运动方向相同的一侧称为前侧，与直线运动方向相反的一侧称为后侧，与仿生移动机器人直线运动方向垂直的两侧称为左右两侧。蹬腿组件4与躯体1连接。

四组第一二自由度腿组件2均与躯体1连接，两组第一二自由度腿组件2组成一组第一二自由度腿组件2，四组第一二自由度腿组件2组成两组第一二自由度腿组件2。两对二自由度腿分别设置于躯体1的左右两侧，每对第一二自由度腿组件2均在躯体1前后两侧上对称设置。因此四组二自由度腿分别为仿生移动机器人的左前足、左后足、右前足和右后足。

两组三自由度腿组件3对称分布于躯体1的左右两侧，且均与躯体1连接。两组三自由度腿组件3分别为仿生移动机器人的左中足和右中足。三自由度腿组件3包括转动件31和第二二自由度腿组件；转动件31的固定端与躯体1连接，转动件31的输出轴与第二二自由度腿组件连接，用于驱动第二二自由度腿组件绕转动件31的输出轴的轴线转动；转动件31的输出轴的轴线竖直。

第一二自由度腿组件2和第二二自由度腿组件的末端均为弧形足9。弧形足9的足端用于仿生移动机器人爬行状态时的前进，弧形足9的弧形外侧用于仿生移动机器人滚动状态时的前进。

爬行状态，第一二自由度腿组件2和三自由度腿组件3配合用于仿生移动机器人的行走；两组三自由度腿组件3配合用于仿生移动机器人的转向。具体地，直线行走时，仿生移动机器人的六足分为两组，左前足、左后足和右中足为一组，右前足、右后足和左中足为一组，两组以三角形支架结构交替前行。在转向时，左前足、左后足、右前足和右后足提起，左中足和右中足托起躯体1，并以其弧形足9的足端为支点通过转动件31旋转角度，然后放下躯体1，左前足、左后足、右前足和右后足支撑躯体1，左中足和右中足提起回到初始位置，重复动作，多次旋转方位，可实现任意角度的转向。在崎岖环境中，本实施例提供的仿生移动机器人可以实现仿生移动机器人的前进、转向以及爬越台阶和斜坡等障碍。

滚动状态，转动件31驱动第二二自由度腿组件转向至其所在平面与位于躯体1同一侧的第一二自由度腿组件2所处平面平行，然后左前足、左后足和左中足调整自身状态通过其弧形足9配合形成滚动轮，右前足、右后足和右中足调整自身状态通过其弧形足9配合形成滚动轮，两个滚动轮形成一个前行的车轮，使得本实施例提供的仿生移动机器人可以滚动前行。两个滚动轮在相同位置都具有缺口。蹬腿组件4可以相对于缺口做伸缩运动，蹬腿组件4伸出时穿设缺口。蹬腿组件4伸出的过程中与地面接触，在刚开始与地面接触时蹬腿组件4还未完全伸出，从此时到蹬腿组件4完全伸出的过程给所述车轮滚动提供动力；车轮滚动至滚动轮上的缺口与地面接触时，蹬腿组件4正好缩回滚动轮内，不影响滚动。因此，蹬腿组件4做伸缩运动和滚动轮配合用于仿生移动机器人的滚动前行，可以实现仿生移动机器人的快速移动。

现对本实施例的结构进行说明。

躯体1由几块板拼接成方形躯体1，因此拼接后的方形躯体内形成容置腔，容置腔内集中放置有控制器、电源、传感器等组件。

请主要参看图2，第一二自由度腿组件2除了弧形足9外还包括第一驱动件21、第二驱动件22、第一连杆23和拉簧5。第一驱动件21的固定端与躯体1连接，第一驱动件21的输出轴与第一连杆23连接，第一驱动件21用于驱动第一连杆23绕第一驱动件21的输出轴的轴线转动。第二驱动件22的固定端与同一第一二自由度腿组件2中的弧形足9连接，第二驱动件22的输出轴与第一连杆23连接，第二驱动件22用于驱动第一连杆23绕第二驱动件22的输出轴的轴线转动。同时，第一驱动件21的输出轴的轴线与躯体1的左右两侧方向平行，第一驱动件21的输出轴的轴线与第二驱动件22的输出轴的轴线平行。拉簧5的两端分别与第一连杆23的中间部位和弧形足9连接。

请主要参看图3，第二二自由度腿组件除了弧形足9之外还包括第三驱动件32、第四驱动件33、第二连杆34和拉簧5。第三驱动件32的固定端与转动件31的输出端连接，第三驱动件32的输出轴与第二连杆34连接，第三驱动件32用于驱动第二连杆34绕第三驱动件32的输出轴的轴线转动。第四驱动件33的固定端与弧形足9连接，第四驱动件33的输出轴与第二连杆34连接，第四驱动件33用于驱动第二连杆34绕第四驱动件33的输出轴的轴线转动。第三驱动件32的输出轴的轴线和转动件31的输出轴的轴线垂直，第三驱动件32的输出轴的轴线和第四驱动件33的输出轴的轴线平行。第二二自由度腿组件中的拉簧5的两端分别与第二连杆34的中间部位和第四驱动件33连接。

第一二自由度腿组件2和第二二自由度腿组件中拉簧5的设置，可以缓冲弧形足9足端触地时的冲击。

请主要参看图4，第一驱动件21、第二驱动件22、转动件31、第三驱动件32和第四驱动件33就是本实施例的仿生移动机器人的关节，可以将它们统一设计成关节驱动件，即采用模块化设计，减少仿生移动机器人的零件数量，便于加工装配。普通的关节驱动件可以直接由电机实现其功能，但本实施例选用效果更好的关节驱动件。本实施例的关节驱动件由伺服电机、减速器、蜗轮蜗杆、输入轴、输出轴、轴承、箱体组成，箱体是关节驱动件与其他构件连接的固定端，箱体的一表面为安装面，其上预留固定连接孔，通过螺钉与其他构件连接，便于安装。采用蜗轮蜗杆传动方式，具有自锁功能。输出轴采用键或联轴器35传递动力。

由于转动件31采用模块化设计的关节驱动件，传动件的输出轴伸出箱体的长度较短，不利于与第三驱动件32的连接。因此，在转动件31的输出轴和第三驱动件32的固定端的连接处设置联轴器35和连接件36。连接件36包括平面板和弧形板，弧形板的弧形两端均与平面板连接，且弧形板和平面板配合形成联轴器容置孔。转动件31的输出轴与联轴器35的输入端连接，联轴器35容置于联轴器容置孔内并与连接件36固连，连接件36的平面板与第三驱动件32连接，平面板和第三驱动件32的箱体安装面通过螺钉连接。其中，转动件31的输出轴的轴线与联轴器35的轴线同轴，第三驱动件32的输出轴的轴线与联轴器35的轴线垂直。转动件31利用联轴器35传递动力给连接件36从而传递给第三驱动件32，第三驱动件32传递动力给第二连杆34。

进一步地，在联轴器35上设置固定座37，固定座37包括用于与躯体1连接的安装面和用于容置联轴器35的套环结构。安装面与躯体1固连，联轴器35穿设在套环结构内，并与固定座37转动连接，转动连接处可设置轴承利于转动。

请主要参看图5至图7，本实施例的左前足、左后足和左中足通过腿部安装件8与躯体1的左侧表面连接，右前足、右后足和右中足也通过同样的腿部安装件8与躯体1的右侧表面连接。腿部安装件8类似于“工”字型，以躯体1左侧的安装为例，左前足和左后足的第一驱动件21的箱体安装面分别和腿部安装件8“工”字型的腹部两侧固定连接，左中足的转动件31的箱体安装面和躯体1的左侧表面分别和腿部安装件8“工”字型的上下两个“一”字面固定连接。腿部安装件8和其他构件连接时可采用螺钉连接，也可以采用其他方式固定连接，此处不做限制。

请主要参看图8至图12，蹬腿组件4包括蹬腿驱动件49、第一杆41、第二杆42、蹬腿主板48和两个蹬腿部。在本实施例中，蹬腿驱动件49采用上述的关节驱动件，在其他实施例中可以采用其他样式的驱动件。

蹬腿驱动件49的箱体安装面与躯体1连接，蹬腿驱动件49的输出轴与第一杆41的第一端连接，用于驱动第一杆41绕蹬腿驱动件49的输出轴轴线转动，第一杆41的第二端与第二杆42的第一端转动连接。

蹬腿主板48具有与躯体1的前侧相对应的第一侧和与躯体1的后侧相对应的第二侧，以及与躯体1的左右两侧相对应的第三侧和第四侧。蹬腿主板48的第一侧与躯体1的下表面转动连接，蹬腿主板48的第二侧与第二杆42的第二端转动连接。具体地，蹬腿主板48的第一侧固定连接有第一旋转轴6，方形躯体1的下表面设置有第一旋转轴6安装件，第一旋转轴6安装件上设有第一旋转轴6安装孔，第一旋转轴6穿设第一旋转轴6安装孔并与第一旋转轴6安装件转动连接，蹬腿主板48可绕第一旋转轴6旋转。

第一杆41、第二杆42、蹬腿主板48和躯体1配合形成曲柄摇杆机构，蹬腿驱动件49用于驱动曲柄摇杆机构。曲柄摇杆机构所在的平面与仿生移动机器人的滚动路径形成的直线平行，较佳的，曲柄摇杆机构所在的平面与蹬腿主板48所在的平面垂直，也与第一旋转轴6垂直。

两个蹬腿部对称设置于蹬腿主板48的第三侧和第四侧，蹬腿部包括第三杆43、第四杆44、第五杆45、第六杆46、第七杆47和连接杆40。接下来以设置于蹬腿主板48的第三侧的蹬腿部和蹬腿主板48的连接为例讲述蹬腿部以及其与蹬腿主板48的连接关系。

第三杆43的第一端与蹬腿主板48的第三侧转动连接，第三杆43的第二端与相对应的第五杆45的第一端转动连接。第四杆44的第一端与蹬腿主板48的第三侧转动连接，第四杆44的第二端与相对应的第五杆45的中间部位转动连接。第五杆45的第二端为蹬腿组件4在伸出时最先伸出滚动轮缺口的。第三杆43、第四杆44、第五杆45与蹬腿主板48配合形成双摇杆机构。较佳的，双摇杆机构与蹬腿主板48在同一平面内。

第六杆46的第一端与蹬腿主板48的第三侧转动连接，第六杆46的第二端与第七杆47的第一端转动连接，第七杆47的第二端与第三杆43或第四杆44转动连接，在本实施例中第七杆47的第二端与第三杆43转动连接。第六杆46、第七杆47、第三杆43与蹬腿主板48配合形成第一四连杆机构，用于驱动双摇杆机构转动。较佳的，第一四连杆机构与蹬腿主板48在同一平面内。

连接杆40的第一端与躯体1转动连接，连接杆40的第二端与相对应的第六杆46或第七杆47转动连接，在本实施例中连接杆40的第二端与第六杆46转动连接。第四杆44和蹬腿主板48的连接处位于第三杆43和第六杆46与蹬腿主板48的连接处中间，因此，连接杆40为经过弯折的杆，从蹬腿主板48的上方或下方与第六杆46连接。第六杆46、连接杆40与蹬腿主板48和躯体1配合形成第二四连杆机构，第二四连杆机构用于驱动第一四连杆机构转动。

具体地，躯体1下方在第一旋转轴6的前方还设有第二旋转轴7。躯体1的下表面设置有第二旋转轴7安装件，第二旋转轴7安装件设有第二旋转轴7安装孔，第二旋转轴7穿设第二旋转轴7安装孔并与第二旋转轴7安装件转动连接。而两个蹬腿部的两个连接杆40的第一端均与第二旋转轴7固定连接。

在蹬腿组件4中，第一杆41、第二杆42、蹬腿主板48和躯体1配合形成曲柄摇杆机构，安装于躯体1上的蹬腿驱动件49为动力源。第三杆43、第四杆44、第五杆45和蹬腿主板48配合形成双摇杆机构。第六杆46、第七杆47、第三杆43和蹬腿主板48配合形成第一个四连杆机构。第六杆46、连接杆40、蹬腿主板48和躯体1配合形成第二个四连杆机构。

蹬腿驱动件49驱动第一杆41转动，因此曲柄摇杆机构转动，蹬腿主板48绕第一旋转轴6转动。蹬腿主板48转动带动第二个四连杆机构转动，因此第六杆46转动。第六杆46转动带动第一四连杆机构转动，因而使第三杆43转动。第三杆43转动带动双摇杆机构转动，从而使得第五杆45转动。所以，蹬腿驱动件49的转动使得曲柄摇杆机构、第二四连杆机构、第一四连杆机构和双摇杆机构都转动，最后使得蹬腿组件4能够相对于滚动轮做伸缩运动，伸出时第五杆45能够伸出滚动轮的缺口。

由于蹬腿组件4在躯体1左右两侧方向上的宽度较大，因此第一二自由度腿组件2和三自由度腿组件3形成的滚动轮需要具有缺口，来避免蹬腿组件4的运动干扰车轮的滚动。

在其他实施例中，蹬腿组件4也可是一个液压杆，液压杆的固定端与躯体1固连，液压杆的输出端缩回时位于滚动轮内不妨碍两个滚动轮形成的车轮滚动前进，液压杆的输出端伸出时能够伸出滚动轮外与地面接触提供动力。蹬腿组件4可以有多种形式，此处不做限制。

为了提高机器人运动的稳定性和协调性，左前足、左后足、右前足、右后足、左中足和右中足对称均匀分布在躯体1四周，蹬腿组件4与躯体1底板相连，整个仿生移动机器人构型对称。

本实施例的仿生移动机器人通过控制六足的运动完成机器人的爬行。六足的位置状态决定了仿生移动机器人有爬行和翻滚两种运动模式，即爬行状态和滚动状态。在崎岖环境中，六足采用爬行状态可以实现机器人前进、转向、爬越台阶和斜坡等障碍；在平坦地面采用滚动状态快速移动。以下做进一步说明。

在爬行状态的直线行走时，六足分为两组，以三角形支架结构交替前行。左前足、左后足和右中足为一组，右前足、右后足和左中足为另一组，分别组成两个三角形支架。当一组三角形支架中所有的足同时提起时，另一组三角形支架的三只足原地不动，支撑身体，并以足端为支点，前足拉动身体向前，后足将躯体1往前推，完成后躯体1的重心落在另一组“三角形支架”的三足上，然后再重复前一组的动作，相互轮换。这种行走方式使机器人可以随时随地停息下来，因为重心总是落在三角支架之内，这就是典型的三角步态行走法。

在爬行状态的转向时，六足分为两组，左中足和右中足为第一组，其余四足为第二组。转向时，左中足和右中足托起躯体1，并以其足端为支点，旋转角度，完成后放下躯体1，第二组的四足支撑躯体1，左中足和右中足抬起后回到初始位置，重复动作，多次旋转方位，实现任意角度的转向。

在滚动状态时，仿生移动机器人可将左前足、左后足和左中足以及右前足、右后足和右中足调整自身状态使其弧形足9分别配合形成两滚动轮，从而形成一个车轮。蹬腿组件4中的蹬腿驱动件49驱动曲柄摇杆机构往复摆动从而使得整个蹬腿组件4并相对于滚动轮做伸缩运动，提供车轮滚动前进的动力。

本实施例提供的仿生移动机器人，每组第一二自由度腿组件2包括第一驱动件21和第二驱动件22，即包括两个关节，两个自由度；每组三自由度腿组件3包括转动件31、第三驱动件32和第四驱动件33，即包括三个关节，三个自由度；蹬腿组件4包括蹬腿驱动件49一个关节，一个自由度。因此，仿生移动机器人一共包括15个关节，15个自由度。

本实施例提供的仿生移动机器人，综合了轮式机器人和腿式机器人的优点。既具有腿式全方位移动的能力，也有轮式机器人快速移动的功能。

本实施例提供的仿生移动机器人，具有丰富的步态和运动形式，能实现爬坡、越障、翻滚等动作，环境适应能力强。相对于传统轮腿式机器人，只有15个自由度，关节和电机数较少，运动控制难度交底。且同时功能全面，地形适应能力强，稳定性好，可用于探测、侦查等领域。

本实施例提供的仿生移动机器人的主体材料可以采用铝合金，质量较轻，弧形足9可采用3D打印，便于加工复杂曲面。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种具备爬行及滚动功能的仿生移动机器人，其特征在于，包括：

躯体，设置有容置腔；所述躯体具有与所述仿生移动机器人直线运动方向相同的前后两侧，以及与所述仿生移动机器人直线运动方向垂直的左右两侧；

蹬腿组件，与所述躯体连接；

两对第一二自由度腿组件，分别位于所述躯体左右两侧；每对的两个所述第一二自由度腿组件分别对称设置在在所述躯体前后两侧；所述第一二自由度腿组件均与所述躯体连接；

两个三自由度腿组件，对称分布于所述躯体的左右两侧，且均与所述躯体连接；所述三自由度腿组件包括转动件和第二二自由度腿组件；所述转动件的固定端与所述躯体连接，所述转动件的输出轴与所述第二二自由度腿组件连接，用于驱动所述第二二自由度腿组件绕所述转动件的输出轴的轴线转动；所述转动件的输出轴的轴线竖直；

所述第一二自由度腿组件和所述第二二自由度腿组件的末端均为弧形足；

爬行状态，所述第一二自由度腿组件和所述三自由度腿组件配合用于所述仿生移动机器人的行走；两组所述三自由度腿组件配合用于所述仿生移动机器人的转向；

滚动状态，所述转动件驱动所述第二二自由度腿组件转向至其所在平面与位于所述躯体同一侧的所述第一二自由度腿组件所处平面平行；位于所述躯体同一侧的所述第一二自由度腿组件和所述三自由度腿组件的所述弧形足配合形成具有缺口的滚动轮，所述蹬腿组件相对于所述缺口做伸缩运动，所述蹬腿组件伸出时穿设所述缺口，所述蹬腿组件做伸缩运动和所述滚动轮配合用于所述仿生移动机器人的滚动前行。

2.根据权利要求1所述的具备爬行及滚动功能的仿生移动机器人，其特征在于，所述第一二自由度腿组件还包括第一驱动件、第二驱动件和第一连杆；

所述第一驱动件的固定端与所述躯体连接，所述第一驱动件的输出轴与所述第一连杆连接，用于驱动所述第一连杆绕所述第一驱动件的输出轴的轴线转动；

所述第二驱动件的固定端与所述弧形足连接，所述第二驱动件的输出轴与所述连杆连接，用于驱动所述第一连杆绕所述第二驱动件的输出轴的轴线转动；

所述第一驱动件的输出轴的轴线与所述躯体的左右两侧方向平行，所述第一驱动件的输出轴的轴线与第二驱动件的输出轴的轴线平行。

3.根据权利要求2所述的具备爬行及滚动功能的仿生移动机器人，其特征在于，所述第一二自由度腿组件还包括拉簧，所述拉簧两端分别连接所述第一连杆和所述弧形足。

4.根据权利要求1所述的具备爬行及滚动功能的仿生移动机器人，其特征在于，所述第二二自由度腿组件还包括第三驱动件、第四驱动件和第二连杆；

所述第三驱动件的固定端与所述转动件的输出轴连接，所述第三驱动件的输出轴与所述第二连杆的第一端连接，用于驱动所述第二连杆绕所述第四驱动件的输出轴的轴线转动；

所述第四驱动件的固定端与所述弧形足连接，所述第四驱动件的输出轴与所述第二连杆的第二端连接，用于驱动所述第二连杆绕所述第四驱动件的输出轴的轴线转动；

所述第三驱动件的输出轴的轴线与所述转动件的输出轴的轴线垂直，所述第三驱动件的输出轴的轴线和所述第四驱动件的输出轴的轴线平行。

5.根据权利要求4所述的具备爬行及滚动功能的仿生移动机器人，其特征在于，所述三自由度腿组件还包括联轴器和连接件；所述联轴器和所述连接件均设置于所述转动件的输出轴和所述第三驱动件的固定端的连接处；

所述连接件与所述第三驱动件的固定端连接，所述连接件具有一联轴器容置孔；

所述联轴器的输入端与所述转动件的输出轴相连，所述联轴器的输出端穿设所述联轴器容置孔并与所述连接件固连；

所述转动件的输出轴的轴线与所述联轴器的轴线同轴，所述第三驱动件的输出轴的轴线与所述联轴器的轴线垂直。

6.根据权利要求4所述的具备爬行及滚动功能的仿生移动机器人，其特征在于，所述三自由度腿组件还包括拉簧，所述拉簧两端分别连接所述第二连杆和所述弧形足。

7.根据权利要求1所述的具备爬行及滚动功能的仿生移动机器人，其特征在于，所述蹬腿组件包括蹬腿驱动件、第一杆、第二杆、蹬腿主板和两个蹬腿部；

所述蹬腿驱动件的固定端与所述躯体连接，所述蹬腿驱动件的输出轴与所述第一杆的第一端连接，用于驱动所述第一杆绕所述蹬腿驱动件的输出轴的轴线转动；所述第一杆的第二端与所述第二杆的第一端转动连接；

所述蹬腿主板具有与所述躯体的前侧相对应的第一侧和与所述躯体的后侧相对应的第二侧，以及与所述躯体的左右两侧相对应的第三侧和第四侧；所述蹬腿主板的第一侧与所述躯体的下表面转动连接，所述蹬腿主板的第二侧与所述第二杆的第二端转动连接；

所述第一杆、所述第二杆、所述蹬腿主板和所述躯体形成曲柄摇杆机构，所述蹬腿驱动件用于驱动所述曲柄摇杆机构；所述曲柄摇杆机构所在的平面与所述仿生移动机器人的滚动路径形成的直线平行；所述曲柄摇杆机构所在的平面与所述蹬腿主板所在的平面垂直；

两个所述蹬腿部对称设置于所述蹬腿主板的第三侧和第四侧，所述蹬腿部包括第三杆、第四杆、第五杆、第六杆、第七杆和连接杆；

所述第三杆的第一端与所述蹬腿主板的转动连接，所述第三杆的第二端与所述第五杆的第一端转动连接；

所述第四杆的第一端与所述蹬腿主板的转动连接，所述第四杆的第二端与所述第五杆的中间部位转动连接；

所述第三杆、所述第四杆、所述第五杆和所述蹬腿主板配合形成双摇杆机构；

所述第六杆的第一端与所述蹬腿主板转动连接，所述第六杆的第二端与所述第七杆的第一端转动连接，所述第七杆的第二端与所述第三杆或所述第四杆转动连接；

所述第六杆、所述第七杆、所述第三杆或所述第四杆与所述蹬腿主板配合形成第一四连杆机构，所述第一四连杆机构与所述蹬腿主板在同一平面内，用于驱动相对应的所述双摇杆机构转动；

所述连接杆的第一端与所述躯体转动连接，所述连接杆的第二端与所述第六杆或所述第七杆转动连接；所述蹬腿主板和所述躯体的连接处位于所述连接杆与所述躯体的连接处和所述蹬腿主板和所述第二杆的连接处之间；

所述第六杆、所述连接杆与所述蹬腿主板和所述躯体配合形成第二四连杆机构，所述第二四连杆机构用于驱动所述第一四连杆机构转动；

在滚动状态，所述蹬腿组件伸出时，所述第五杆的第二端最先伸出所述缺口。

8.根据权利要求7所述的具备爬行及滚动功能的仿生移动机器人，其特征在于，所述双摇杆机构、所述第一四连杆机构和所述蹬腿主板在同一平面内。

9.根据权利要求7所述的具备爬行及滚动功能的仿生移动机器人，其特征在于，所述蹬腿组件还包括第一旋转轴和第二旋转轴；

所述躯体的下表面设置有第一旋转轴安装件，所述第一旋转轴安装件设有第一旋转轴安装孔，所述第一旋转轴穿设所述第一旋转轴安装孔并与所述第一旋转轴安装件转动连接；所述蹬腿主板的第一侧与所述第一旋转轴固连，所述蹬腿主板绕第一旋转轴的轴线旋转；

所述躯体的下表面设置有第二旋转轴安装件，所述第二旋转轴安装件设有第二旋转轴安装孔，所述第二旋转轴穿设所述第二旋转轴安装孔并与所述第二旋转轴安装件转动连接；两个所述连接杆分别和所述第二旋转轴固连，所述连接杆均绕所述第二旋转轴的轴线转动。

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