CN111976860A - 一种可变形轮腿式机器人 - Google Patents

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    • B62D57/02—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members
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Abstract

一种基于四杆机构的可变形轮腿式机器人由四单元模块1、电机1、四单元模块2、电机2和机身组成，四单元模块1、电机1、四单元模块2、电机2与机身固定连接，电机1通过联轴器驱动四单元模块1运动，电机2通过联轴器驱动四单元模块2运动。机器人具有轮式和轮式两种移动模式，电机1和电机2分别驱动四单元模块1和四单元模块2的移动，辅助电机帮助轮腿单元越过奇异位置，通过变形提高机器人的适应能力。机器人既具有越障及攀爬能力，也能够在结构化路面上快速稳定的移动。

Description

一种可变形轮腿式机器人
技术领域
本发明涉及一种可变形轮腿式机器人，具体涉及一种由基于四杆机构的运动特点的变胞轮腿式机构构成的地面移动机器人。
背景技术
目前，轮腿式机器人由于其既具有轮式的稳定快速灵活的运动特点，还具有足式的高越障性的特点，成为机器人领域的研究热点，被广泛应用于地形探测、军事侦查和灾难救援等领域。
中国专利CN 108995728 A公开了“一种高机动轮足复合机器人”，它采用同一个结构形状即可实现足式模式高抬腿和轮式模式的高速滚动功能，设计并利用推杆形状作为轮子四分之一外轮廓，通过电机驱动四个轮腿结构的机架相对转动，组成整个轮子的外轮廓，进而实现轮足运动模式的切换。
发明内容
本发明针对现有足式机器人具有良好的地形适应能力和越障能力，但其移动速度较慢，移动过程噪音大；轮式机器人在结构化路面上移动速度快，噪音小，移动过程稳定灵活，但地形适应能力较差，越障性能较差，为结合轮式机器人和足式机器人的优点，进而提出一种可变形轮腿式机器人。
本发明的技术方案：设计一种可变形轮腿式机器人，其特征在于该机器人包括四单元模块1、电机1、四单元模块2、电机2和机身；所述的四单元模块1、电机1、四单元模块2、电机2与机身固定连接；所述的电机1通过联轴器驱动四单元模块1运动；所述的电机2通过联轴器驱动四单元模块2运动；所述的四单元模块1包括轮腿单元1、轮腿单元2、轮腿单元3、轮腿单元4和四单元模块机身；所述的轮腿单元1、轮腿单元2、轮腿单元3轮腿单元4与四单元模块机身进行机械连接实现四单元模块1的装配；所述的四单元模块机身包括固定轴1、同步带、输入轴、固定轴2、传动轴1、机身壳体和传动轴2；输入轴与传动轴1和传动轴2通过同步带实现带传动；轮腿单元1包括曲柄杆、曲柄轮、推杆连接块、推杆、接头足、辅助杆、辅助电机和变形杆；曲柄杆与曲柄轮固定连接，曲柄杆一端与传动轴2固定连接，曲柄杆另一端与推杆连接块一端以转动副的形式连接，推杆连接块另一端与推杆一端固定连接，推杆另一端与接头足一端固定连接，且与辅助杆一端以转动副的形式连接，辅助杆另一端与辅助电机输出轴固定连接，变形杆一端与辅助电机固定连接，变形杆另一端与固定轴1固定连接；轮腿单元2与轮腿单元1机械结构相同；轮腿单元4包括曲柄杆1、曲柄杆2、推杆连接块、推杆、接头足、辅助杆、辅助电机和变形杆；曲柄杆1与曲柄杆2固定连接，曲柄杆1一端与传动轴2固定连接，曲柄杆1另一端与推杆连接块一端以转动副的形式连接，其余结构的连接方式与轮腿单元1相同；轮腿单元3与轮腿单元4机械结构相同。
所述的曲柄轮为圆形截面的平板结构，中心设有通孔，用于与曲柄杆和传动轴2连接，其轮毂上设有通孔，用于与推杆连接块相连接；
所述的推杆连接块横截面为矩形，一端设有与曲柄轮或曲柄杆2相连接的通孔，另一端设有安装槽，用于与推杆固定连接；
所述的接头足横截面为矩形，一端设有与推杆固定连接的安装槽和与变形杆铰接的通孔。
所述的推杆和辅助电机帮助机器人实现轮式运动模式和足式运动模式切换，当辅助杆和变形杆共线且推杆处于原长时，辅助电机锁定，机器人处于足式运动模式，当变形杆和机身平行且推杆处于伸长状态即此时轮腿单元为双曲柄结构时，固定轴锁定，机器人处于轮式运动模式，其锁定方式可采用电磁锁等机械结构或手动锁定的方式。
所述的电机1和电机2分别驱动四单元模块1和四单元模块2的移动，辅助电机帮助轮腿单元跨越奇异位置，通过控制电机的旋转方向，实现机器人前进、后退和转向。
本发明的有益效果：本发明所述的可变形轮腿式机器人，具有轮式移动模式和足式移动模式，可在非结构化路面上移动，可实现对障碍物的跨越和攀爬，也可在结构化路面上稳定快速的移动。机器人变形时选择双曲柄机构的奇异位置作为变形节点，提高机器人的适应能力，可实现八足-四足状态的切换，机器人倾翻后仍具有运动能力，且正常实现运动模式切换，由于两种运动模式下机器人质心高度不同，还可以实现对不同空间的通过性能。
附图说明
图1可变形轮腿式机器人整体结构三维图
图2可变形轮腿式机器人四单元模块1三维图
图3可变形轮腿式机器人四单元模块机身三维图
图4可变形轮腿式机器人轮腿单元1三维图
图5可变形轮腿式机器人轮腿单元4三维图
图6曲柄轮三维图
图7推杆连接块三维图
图8接头足三维图
图9轮腿单元足式模式下三维图
图10轮腿单元轮式模式下三维图
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。但本申请的权利要求保护范围不限于所述实施例的描述范围。
本发明所设计一种可变形轮腿式机器人，其特征在于该机器人包括四单元模块1(A)、电机1(B)、四单元模块2(C)、电机2(D)和机身(E)；所述的四单元模块1(A)、电机1(B)、四单元模块2(C)、电机2(D)与机身(E)固定连接；所述的电机1(B)通过联轴器驱动四单元模块1(A)运动；所述的电机2(D)通过联轴器驱动四单元模块2(C)运动(参见图1)。
所述的四单元模块1(A)包括轮腿单元1(A-1)、轮腿单元2(A-2)、轮腿单元3(A-3)、轮腿单元4(A-4)和四单元模块机身(A-5)；所述的轮腿单元1(A-1)、轮腿单元2(A-2)、轮腿单元3(A-3)轮腿单元4(A-4)与四单元模块机身(A-5)进行机械连接实现四单元模块1(A)的装配；所述的四单元模块机身(A-5)包括固定轴1(A-5-1)、同步带(A-5-2)、输入轴(A-5-3)、固定轴2(A-5-4)、传动轴1(A-5-5)、机身壳体(A-5-6)和传动轴2(A-5-7)；输入轴(A-5-3)与传动轴1(A-5-5)和传动轴2(A-5-7)通过同步带(A-5-2)实现带传动；轮腿单元1(A-1)包括曲柄杆(A-1-1)、曲柄轮(A-1-2)、推杆连接块(A-1-3)、推杆(A-1-4)、接头足(A-1-5)、辅助杆(A-1-6)、辅助电机(A-1-7)和变形杆(A-1-8)；曲柄杆(A-1-1)与曲柄轮(A-1-2)固定连接，曲柄杆(A-1-1)一端与传动轴2(A-5-7)固定连接，曲柄杆(A-1-1)另一端与推杆连接块(A-1-3)一端以转动副的形式连接，推杆连接块(A-1-3)另一端与推杆(A-1-4)一端固定连接，推杆(A-1-4)另一端与接头足(A-1-5)一端固定连接，且与辅助杆(A-1-6)一端以转动副的形式连接，辅助杆(A-1-6)另一端与辅助电机(A-1-7)输出轴固定连接，变形杆(A-1-8)一端与辅助电机(A-1-7)固定连接，变形杆(A-1-8)另一端与固定轴1(A-5-1)固定连接；轮腿单元2(A-2)与轮腿单元1(A-1)机械结构相同；轮腿单元4(A-4)包括曲柄杆1(A-4-1)、曲柄杆2(A-4-2)、推杆连接块(A-4-3)、推杆(A-4-4)、接头足(A-4-5)、辅助杆(A-4-6)、辅助电机(A-4-7)和变形杆(A-4-8)；曲柄杆1(A-4-1)与曲柄杆2(A-4-2)固定连接，曲柄杆1(A-4-1)一端与传动轴2(A-5-7)固定连接，曲柄杆1(A-4-1)另一端与推杆连接块(A-1-3)一端以转动副的形式连接，其余结构的连接方式与轮腿单元1(A-1)相同；轮腿单元3(A-3)与轮腿单元4(A-4)机械结构相同(参见图2、3、4、5)。
所述的曲柄轮(A-1-2)为圆形截面的平板结构，中心设有通孔，用于与曲柄杆(A-1-1)和传动轴2(A-5-7)连接，其轮毂上设有通孔，用于与推杆连接块(A-1-3)相连接(参见图6)。
所述的推杆连接块(A-1-3)横截面为矩形，一端设有与曲柄轮(A-1-2)或曲柄杆2(A-4-2)相连接的通孔，另一端设有安装槽，用于与推杆(A-1-4)固定连接(参见图7)。
所述的接头足(A-1-5)横截面为矩形，一端设有与推杆(A-1-4)固定连接的安装槽和与变形杆(A-1-8)铰接的通孔(参见图8)。
所述的推杆和辅助电机帮助机器人实现轮式运动模式和足式运动模式切换，当辅助杆和变形杆共线且推杆处于原长时，辅助电机锁定，机器人处于足式运动模式，当变形杆和机身(E)平行且推杆处于伸长状态即此时轮腿单元为双曲柄结构时，固定轴锁定，机器人处于轮式运动模式，其锁定方式可采用电磁锁等机械结构或手动锁定的方式(参见图9、10)。
所述的电机1(B)和电机2(D)分别驱动四单元模块1(A)和四单元模块2(C)的移动，辅助电机帮助轮腿单元跨越奇异位置，通过控制电机的旋转方向，实现机器人前进、后退和转向(参见图1)。
本发明轮腿式机器人轮腿结构的工作原理和过程为：本发明轮腿式机器人由电机1(B)和电机2(D)分别带动四单元模块1(A)和四单元模块2(C)的输入轴转动，由同步带传动将输入的运动传递到每个轮腿单元的曲柄，曲柄整周旋转带动轮腿单元结构运转，形成地面移动，特别地轮式模式下还需要辅助电机帮助跨越奇异位置。轮腿单元结构由辅助电机和推杆控制运动模式切换，每个轮腿单元自主变形，可根据不同路面环境选择不同运动模式，以适应不同的工作任务。

Claims (4)

1.一种可变形轮腿式机器人，其特征在于：一种可变形轮腿式机器人包括：四单元模块1(A)、电机1(B)、四单元模块2(C)、电机2(D)和机身(E)；所述的四单元模块1(A)、电机1(B)、四单元模块2(C)、电机2(D)与机身(E)固定连接；所述的电机1(B)通过联轴器驱动四单元模块1(A)运动；所述的电机2(D)通过联轴器驱动四单元模块2(C)运动；
所述的四单元模块1(A)包括轮腿单元1(A-1)、轮腿单元2(A-2)、轮腿单元3(A-3)、轮腿单元4(A-4)和四单元模块机身(A-5)；所述的轮腿单元1(A-1)、轮腿单元2(A-2)、轮腿单元3(A-3)轮腿单元4(A-4)与四单元模块机身(A-5)进行机械连接实现四单元模块1(A)的装配；所述的四单元模块机身(A-5)包括固定轴1(A-5-1)、同步带(A-5-2)、输入轴(A-5-3)、固定轴2(A-5-4)、传动轴1(A-5-5)、机身壳体(A-5-6)和传动轴2(A-5-7)；输入轴(A-5-3)与传动轴1(A-5-5)和传动轴2(A-5-7)通过同步带(A-5-2)实现带传动；轮腿单元1(A-1)包括曲柄杆(A-1-1)、曲柄轮(A-1-2)、推杆连接块(A-1-3)、推杆(A-1-4)、接头足(A-1-5)、辅助杆(A-1-6)、辅助电机(A-1-7)和变形杆(A-1-8)；曲柄杆(A-1-1)与曲柄轮(A-1-2)固定连接，曲柄杆(A-1-1)一端与传动轴2(A-5-7)固定连接，曲柄杆(A-1-1)另一端与推杆连接块(A-1-3)一端以转动副的形式连接，推杆连接块(A-1-3)另一端与推杆(A-1-4)一端固定连接，推杆(A-1-4)另一端与接头足(A-1-5)一端固定连接，且与辅助杆(A-1-6)一端以转动副的形式连接，辅助杆(A-1-6)另一端与辅助电机(A-1-7)输出轴固定连接，变形杆(A-1-8)一端与辅助电机(A-1-7)固定连接，变形杆(A-1-8)另一端与固定轴1(A-5-1)固定连接；轮腿单元2(A-2)与轮腿单元1(A-1)机械结构相同；轮腿单元4(A-4)包括曲柄杆1(A-4-1)、曲柄杆2(A-4-2)、推杆连接块(A-4-3)、推杆(A-4-4)、接头足(A-4-5)、辅助杆(A-4-6)、辅助电机(A-4-7)和变形杆(A-4-8)；曲柄杆1(A-4-1)与曲柄杆2(A-4-2)固定连接，曲柄杆1(A-4-1)一端与传动轴2(A-5-7)固定连接，曲柄杆1(A-4-1)另一端与推杆连接块(A-1-3)一端以转动副的形式连接，其余结构的连接方式与轮腿单元1(A-1)相同；轮腿单元3(A-3)与轮腿单元4(A-4)机械结构相同。
2.如权利要求1所述的一种可变形轮腿式机器人，其特征在于：
所述的曲柄轮(A-1-2)为圆形截面的平板结构，中心设有通孔，用于与曲柄杆(A-1-1)和传动轴2(A-5-7)连接，其轮毂上设有通孔，用于与推杆连接块(A-1-3)相连接；
所述的推杆连接块(A-1-3)横截面为矩形，一端设有与曲柄轮(A-1-2)或曲柄杆2(A-4-2)相连接的通孔，另一端设有安装槽，用于与推杆(A-1-4)固定连接；
所述的接头足(A-1-5)横截面为矩形，一端设有与推杆(A-1-4)固定连接的安装槽和与变形杆(A-1-8)铰接的通孔。
3.如权利要求1所述的一种可变形轮腿式机器人，其特征在于：所述的推杆和辅助电机帮助机器人实现轮式运动模式和足式运动模式切换，当辅助杆和变形杆共线且推杆处于原长时，辅助电机锁定，机器人处于足式运动模式，当变形杆和机身(E)平行且推杆处于伸长状态即此时轮腿单元为双曲柄结构时，固定轴锁定，机器人处于轮式运动模式，其锁定方式可采用电磁锁等机械结构或手动锁定的方式。
4.如权利要求1所述的一种可变形轮腿式机器人，其特征在于：所述的电机1(B)和电机2(D)分别驱动四单元模块1(A)和四单元模块2(C)的移动，辅助电机帮助轮腿单元跨越奇异位置，通过控制电机的旋转方向，实现机器人前进、后退和转向。
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