CN112389561A - 多足轮式机器人的可倾斜轮式足 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多足轮式机器人的可倾斜轮式足。它解决了现有技术设计不够合理等技术问题。包括升降机构和设置在升降机构下端的行走轮体,所述的升降机构上设有能驱动行走轮体滚动的滚动驱动机构和能够驱动行走轮体周向转动的转动驱动机构，升降机构的升降中轴线与行走轮体的滚动中轴线之间形成角度可调的夹角，升降机构上还设有倾斜及角度调整驱动机构。优点在于：既能实现行走轮体滚动、水平转向、升降，还能实现整个轮式足的倾斜，功能齐全，应用范围广泛。多个行走轮体相互配合时，可成功通过崎岖、台阶等路况，能轻易地穿越了各种复杂的自然地形。

Description

多足轮式机器人的可倾斜轮式足

技术领域

本发明涉及一种机器人，具体涉及一种多足轮式机器人的可倾斜轮式足。

背景技术

轮式足是机器人领域较为常用的组件，轮式足移动速度快，控制也很简单，但越障能力过差，通常难以满足楼梯或复杂地形的应用场景。为了保证轮式移动机器人在崎岖环境下的正常运行，增强其移动性能，尽可能减小在不平地面运动时产生的振动对机器人本体探测设备的影响，优化其行走机构至关重要。

为解决上述问题，人们进行了长期的探索，例如，中国专利公开了一种多足轮式平台机器人[申请号：201810914062.1]，包括平台车体，平台车体上设有若干行走轮体，行走轮体分别连接有轮体行走驱动机构，位于平台车体前后相邻两个行走轮体之间的间距大小固定不变，每一个行走轮体均连接有能驱动行走轮体沿竖直方向升降的轮体升降驱动机构，且当平台车体爬台阶时，行走轮体其中一个行走轮体升降，剩余的行走轮体中至少两个行走轮体位于同一水平面且分别和台阶接触从而使平台车体保持水平状态。

上述方案虽然在一定程度上解决了多足机器人无法在复杂路段移动的问题，例如，实现了多足机器人爬台阶等功能，但是该方案依然存在着：行走时稳定性差，执行转向等动作时容易出现倾覆等问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种多足轮式机器人的可倾斜轮式足。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本多足轮式机器人的可倾斜轮式足，设置在机器人机身上，包括升降机构和设置在升降机构下端的行走轮体,所述的升降机构上设有能驱动行走轮体滚动的滚动驱动机构和能够驱动行走轮体水平转动的转向驱动机构，其特征在于，所述的升降机构的升降中轴线与行走轮体的滚动中轴线之间形成角度可调的夹角，所述的升降机构上还设有能驱动升降机构的升降中轴线相对于竖直方向倾斜且在升降中轴线倾斜过程中自适应地调整所述夹角角度的倾斜及角度调整驱动机构，当所述的升降机构的升降中轴线竖直设置时所述的行走轮体的滚动中轴线水平设置从而使所述的夹角为直角，且当所述升降机构的升降中轴线相对于机器人机身倾斜设置时所述的夹角为锐角。

通过升降机构可以实现行走轮体的升降，当多个行走轮体相互配合时可以实现机器人在复杂路段行走，常态下这里的升降机构的升降中轴线竖直设置时所述的行走轮体的滚动中轴线水平设置，即夹角为直角，当需要提高行走稳定性，例如，转向、爬坡等，为了降低重心，倾斜及角度调整驱动机构可以实现驱动升降机构的升降中轴线相对于竖直方向倾斜且在升降中轴线倾斜过程中自适应地调整夹角角度，这样使得机器人在行走时稳定性更高，不易出现倾覆现象。

在上述多足轮式机器人的可倾斜轮式足中，所述的倾斜及角度调整驱动机构包括设置在升降机构下端和行走轮体之间的第一转动连接结构和设置在升降机构和机器人机身之间的第二转动连接结构，所述的第二转动连接结构位于第一转动连接结构上方，所述的第一转动连接结构为带驱动活动关节，所述的第二转动连接结构为带驱动活动关节。为了实现升降机构的升降中轴线相对于竖直方向倾斜由第一转动连接结构和第二转动连接结构带动升降机构倾斜运动。其中，第一转动连接结构还可以采用被动活动关节，显然此时需要配合锁定结构，以实现倾斜或竖直后的定位。

在上述多足轮式机器人的可倾斜轮式足中，所述的倾斜及角度调整驱动机构能驱动所述升降机构的升降中轴线相对于机器人机身倾斜向外设置；所述的第二转动连接结构的转动中轴线平行于所述机器人机身的水平中轴线。通过倾斜及角度调整驱动机构降低整个机器人机身的重心，从而提高稳定性。

在上述多足轮式机器人的可倾斜轮式足中，所述的夹角的角度范围为0-90度。

在上述多足轮式机器人的可倾斜轮式足中，所述的带驱动活动关节包括摆动驱动电机，所述的摆动驱动电机的电机本体与行走轮体相连，所述的摆动驱动电机的动力输出轴与升降机构相连。具体来讲，带驱动活动关节包括上部和下部，在上部和下部之间设有横向设置的摆动驱动电机，所述的摆动驱动电机的电机本体和动力轴分别与上部和下部相连，所述的下部通过传动轴与转向驱动电机的动力轴相连，所述的上部与丝杆下端固连。在摆动驱动电机作用下带驱动上部和下部实现张合动作，从而带动升降机构的升降中轴线相对于机器人机身倾斜向外或向内运动。

在上述多足轮式机器人的可倾斜轮式足中，所述的第二转动连接结构包括设置在升降机构与机器人机身之间的铰接结构，所述的机器人机身上固定有电动机，所述的电动机的输出轴与升降机构相连且能带动升降机构摆动。

在上述多足轮式机器人的可倾斜轮式足中，所述的升降机构包括螺套和丝杆，所述的丝杆与螺套螺纹连接，所述的螺套与能够驱动螺套转动的升降驱动器相连，所述的铰接结构设置在螺套与机器人机身之间。

在上述多足轮式机器人的可倾斜轮式足中，所述的铰接结构包括设置在旋转筒体上的铰接轴和设置在机器人机身上的铰接孔，所述的螺套周向转动设置在旋转筒体周向内侧，所述的铰接轴与铰接孔转动相连，所述的升降驱动器固定在旋转筒体的一侧且升降驱动器与螺套之间通过减速结构相连。

在上述多足轮式机器人的可倾斜轮式足中，所述的滚动驱动机构包括滚动驱动电机，所述的滚动驱动电机的动力轴与行走轮体相连，所述的滚动驱动电机固定在罩体内，转向驱动机构包括与滚动驱动电机固定相连且位于罩体上端的固定座，所述的固定座设有轮体转向电机，且所述的轮体转向电机的动力轴和带驱动活动关节相连，所述的固定座周向外侧设有防护板。即通过滚动驱动机构带动行走轮体滚动实现机器人机身行走移动，通过转向驱动电机实现驱动行走轮体水平转动。

在上述多足轮式机器人的可倾斜轮式足中，所述的丝杆上端设有可与螺套相抵靠的限位盘，且所述的机器人机身上设有供丝杆穿设的条形孔。优选地，这里的条形孔沿丝杆倾斜运动方向延伸设置，这里的限位盘可以防止丝杆升降时脱离螺套。

与现有的技术相比，本发明的优点在于：既能实现行走轮体滚动、水平转向、升降，还能实现整个轮式足的倾斜，功能齐全，应用范围广泛。多个行走轮体相互配合时，可成功通过崎岖、台阶等路况，能轻易地穿越了各种复杂的自然地形。

附图说明

图1是本发明中实施例一的结构示意图；

图2为图1中A处放大图；

图3是本发明中实施例一的侧视图；

图4是本发明中实施例一的另一个视角的结构示意图；

图5是本发明中实施例一的局部结构示意图；

图6是本发明中实施例一的局部剖视图；

图中，机器人机身1、条形孔11、升降机构2、螺套21、旋转筒体211、丝杆22、升降驱动器23、限位盘24、行走轮体3、滚动驱动机构4、滚动驱动电机41、罩体42、固定座43、轮体转向电机44、防护板45、转向驱动机构5、倾斜及角度调整驱动机构6、第一转动连接结构61、摆动驱动电机611、上部612、下部 613、第二转动连接结构62、铰接轴621、铰接孔622、夹角α。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

实施例一

如图1-6所示，本多足轮式机器人的可倾斜轮式足，设置在机器人机身1上，包括升降机构2和设置在升降机构2下端的行走轮体3,升降机构2上设有能驱动行走轮体3滚动的滚动驱动机构4和能够驱动行走轮体3水平转动的转向驱动机构5，升降机构2的升降中轴线与行走轮体3的滚动中轴线之间形成角度可调的夹角α，优选地，这里的夹角α的角度范围为0-90度。升降机构2上还设有能驱动升降机构2的升降中轴线相对于竖直方向倾斜且在升降中轴线倾斜过程中自适应地调整所述夹角α角度的倾斜及角度调整驱动机构6，当升降机构2的升降中轴线竖直设置时行走轮体3的滚动中轴线水平设置从而使夹角α为直角，且当所述升降机构2的升降中轴线相对于机器人机身1倾斜设置时夹角α为锐角。

本实施例中通过升降机构2可以实现行走轮体3的升降，当多个行走轮体3相互配合时可以实现机器人在复杂路段行走，常态下这里的升降机构2的升降中轴线竖直设置时行走轮体的滚动中轴线水平设置，即夹角α为直角，当需要提高行走稳定性，例如，转向、爬坡等，为了降低重心，倾斜及角度调整驱动机构6 可以实现驱动升降机构2的升降中轴线相对于竖直方向倾斜且在升降中轴线倾斜过程中自适应地调整夹角α角度，这样使得机器人在行走时稳定性更高，不易出现倾覆现象。

具体来讲，本实施例中的倾斜及角度调整驱动机构6包括设置在升降机构2下端和行走轮体3之间的第一转动连接结构61 和设置在升降机构2和机器人机身1之间的第二转动连接结构 62，第二转动连接结构62位于第一转动连接结构61上方，第一转动连接结构61为带驱动活动关节，第二转动连接结构62为带驱动活动关节。

也就是说，这里的倾斜及角度调整驱动机构6能驱动升降机构2的升降中轴线相对于机器人机身1倾斜向外设置；第二转动连接结构62的转动中轴线平行于所述机器人机身1的水平中轴线，通过倾斜及角度调整驱动机构6降低整个机器人机身2的重心，从而提高稳定性。

具体来讲，这里的第一转动连接结构61，即带驱动活动关节包括摆动驱动电机611，摆动驱动电机611的电机本体与行走轮体3相连，摆动驱动电机611的动力输出轴与升降机构2相连。例如，带驱动活动关节包括上部612和下部613，在上部612和下部613之间设有横向设置的摆动驱动电机611，摆动驱动电机 611的电机本体和动力轴分别与上部612和下部613相连，下部 613通过传动轴与转向驱动电机44的动力轴相连，所述的上部612 与丝杆22下端固连。在摆动驱动电机611作用下带驱动上部612 和下部613实现张合动作，从而带动升降机构2的升降中轴线相对于机器人机身倾斜向外或向内运动。其中，所述的第二转动连接结构62包括设置在升降机构2与机器人机身1之间的铰接结构，所述的机器人机身1上固定有电动机，所述的电动机的输出轴与升降机构2相连且能带动升降机构2摆动。

其中，这里的升降机构2包括螺套21和丝杆22，丝杆22与螺套21螺纹连接，螺套21与能够驱动螺套21转动的升降驱动器 23相连，铰接结构设置在螺套21与机器人机身1之间。通过升降驱动器23带动螺套21实现丝杆22升降。

进一步地，这里的铰接结构包括设置在旋转筒体211上的铰接轴621和设置在机器人机身1上的铰接孔622，螺套21周向转动设置在旋转筒体211周向内侧，铰接轴621与铰接孔622转动相连，升降驱动器23固定在旋转筒体211的一侧且升降驱动器 23与螺套21之间通过减速结构相连。显然，通过升降驱动器23 带动螺套21在旋转筒体211内周向转动，从而将实现螺套21带动丝杆22升降。机器人机身1上固定的电动机的输出轴与铰接轴 621相连。

优选，这里的丝杆22上端设有可与螺套21相抵靠的限位盘 24，且机器人机身1上设有供丝杆22穿设的条形孔11。优选地，这里的条形孔11沿丝杆22倾斜运动方向延伸设置，这里的限位盘24可以防止丝杆22升降时脱离螺套21。

优选地，这里的滚动驱动机构4包括滚动驱动电机41，滚动驱动电机41的动力轴与行走轮体3相连，滚动驱动电机41固定在罩体42内，转向驱动机构5包括与滚动驱动电机41固定相连且位于罩体42上端的固定座43，固定座43设有轮体转向电机44，且轮体转向电机44的动力轴和带驱动活动关节相连，固定座43 周向外侧设有防护板45，即通过滚动驱动机构41带动行走轮体3 滚动实现机器人机身1行走移动，行走轮体的滚动中轴线相对于地面水平设置，通过转向驱动电机44实现驱动行走轮体3相对于地面水平转动，转向驱动电机44的转向中轴线相对于地面竖直设置且行走轮体3位于转向中轴线的一侧。

本实施例的原理在于：使用时，机器人机身1可以配备多个可倾斜轮式足时，当行走轮体3需要升降时，通过升降驱动器23 带动螺套21实现丝杆22升降，配合摆动驱动电机611作用下带驱动活动关节实现张合动作，从而丝杆22相对于机器人机身1 倾斜向外或向内运动，实现降低机器人机身1的重心，提高行走或转向时的稳定性，同时，配合行走轮体3具有水平转动和行走功能，可成功通过崎岖、台阶等路况，能轻易地穿越了各种复杂的自然地形。

实施例二

本实施例的结构、原理以及实施步骤与实施例一类似，不同的地方在于，本实施例中的第一转动连接结构61和第二转动连接结构62中的一个为带驱动活动关节，另一个为被动活动关节。其中，被动活动关节需配备锁定结构，以实现倾斜或竖直后的定位。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了机器人机身1、条形孔11、升降机构 2、螺套21、旋转筒体211、丝杆22、升降驱动器23、限位盘24、行走轮体3、滚动驱动机构4、滚动驱动电机41、罩体42、固定座43、轮体转向电机44、防护板45、转向驱动机构5、倾斜及角度调整驱动机构6、第一转动连接结构61、摆动驱动电机611、第二转动连接结构62、铰接轴621、铰接孔622、夹角α等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种多足轮式机器人的可倾斜轮式足，设置在机器人机身(1)上，包括升降机构(2)和设置在升降机构(2)下端的行走轮体(3),所述的升降机构(2)上设有能驱动行走轮体(3)滚动的滚动驱动机构(4)和能够驱动行走轮体(3)水平转动的转向驱动机构(5)，其特征在于，所述的升降机构(2)的升降中轴线与行走轮体(3)的滚动中轴线之间形成角度可调的夹角(α)，所述的升降机构(2)上还设有能驱动升降机构(2)的升降中轴线相对于竖直方向倾斜且在升降中轴线倾斜过程中自适应地调整所述夹角(α)角度的倾斜及角度调整驱动机构(6)，当所述的升降机构(2)的升降中轴线竖直设置时所述的行走轮体(3)的滚动中轴线水平设置从而使所述的夹角(α)为直角，且当所述升降机构(2)的升降中轴线相对于机器人机身(1)倾斜设置时所述的夹角(α)为锐角。

2.根据权利要求1所述多足轮式机器人的可倾斜轮式足，其特征在于，所述的倾斜及角度调整驱动机构(6)包括设置在升降机构(2)下端和行走轮体(3)之间的第一转动连接结构(61)和设置在升降机构(2)和机器人机身(1)之间的第二转动连接结构(62)，所述的第二转动连接结构(62)位于第一转动连接结构(61)上方，所述的第一转动连接结构(61)为带驱动活动关节，所述的第二转动连接结构(62)为带驱动活动关节。

3.根据权利要求2所述多足轮式机器人的可倾斜轮式足，其特征在于，所述的倾斜及角度调整驱动机构(6)能驱动所述升降机构(2)的升降中轴线相对于机器人机身(1)倾斜向外设置；所述的第二转动连接结构(62)的转动中轴线平行于所述机器人机身(1)的水平中轴线。

4.根据权利要求2所述多足轮式机器人的可倾斜轮式足，其特征在于，所述的夹角(α)的角度范围为0-90度。

5.根据权利要求2或3或4所述多足轮式机器人的可倾斜轮式足，其特征在于，所述的带驱动活动关节包括摆动驱动电机(611)，所述的摆动驱动电机(611)的电机本体与行走轮体(3)相连，所述的摆动驱动电机(611)的动力输出轴与升降机构(2)相连。

6.根据权利要求5所述多足轮式机器人的可倾斜轮式足，其特征在于，所述的第二转动连接结构(62)包括设置在升降机构(2)与机器人机身(1)之间的铰接结构，所述的机器人机身(1)上固定有电动机，所述的电动机的输出轴与升降机构(2)相连且能带动升降机构(2)摆动。

7.根据权利要求6所述多足轮式机器人的可倾斜轮式足，其特征在于，所述的升降机构(2)包括螺套(21)和丝杆(22)，所述的丝杆(22)与螺套(21)螺纹连接，所述的螺套(21)与能够驱动螺套(21)转动的升降驱动器(23)相连，所述的铰接结构设置在螺套(21)与机器人机身(1)之间。

8.根据权利要求7所述多足轮式机器人的可倾斜轮式足，其特征在于，所述的铰接结构包括设置在旋转筒体(211)上的铰接轴(621)和设置在机器人机身(1)上的铰接孔(622)，所述的螺套(21)周向转动设置在旋转筒体(211)周向内侧，所述的铰接轴(621)与铰接孔(622)转动相连，所述的升降驱动器(23)固定在旋转筒体(211)的一侧且升降驱动器(23)与螺套(21)之间通过减速结构相连。

9.根据权利要求5所述多足轮式机器人的可倾斜轮式足，其特征在于，所述的滚动驱动机构(4)包括滚动驱动电机(41)，所述的滚动驱动电机(41)的动力轴与行走轮体(3)相连，所述的滚动驱动电机(41)固定在罩体(42)内，转向驱动机构(5)包括与滚动驱动电机(41)固定相连且位于罩体(42)上端的固定座(43)，所述的固定座(43)设有轮体转向电机(44)，且所述的轮体转向电机(44)的动力轴和带驱动活动关节相连，所述的固定座(43)周向外侧设有防护板(45)。

10.根据权利要求7所述多足轮式机器人的可倾斜轮式足，其特征在于，所述的丝杆(22)上端设有可与螺套(21)相抵靠的限位盘(24)，且所述的机器人机身(1)上设有供丝杆(22)穿设的条形孔(11)。

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