CN112519914A - 一种野外探测用轮腿式机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种野外探测用轮腿式机器人，涉及机器人技术领域包括机械腿，转向机构，越障机构，机身前端，连接机构，机身后端；所述机械腿数量不少于4个，所述机械腿分别位于所述机身前端以及所述机身后端两侧；所述越障机构包括支撑腿油缸、支撑腿和辅助轮；所述越障机构与所述机身后端连接。本发明中野外探测用轮腿式机器人效率高、移动方式灵活、环境适应能力强和整体灵活性高。

Description

一种野外探测用轮腿式机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种野外探测用轮腿式机器人。

背景技术

随着科学技术的发展，人们越来越需要机器人在许多恶劣环境下进行工作，如：星球表面探索、消防、火场探测、有毒、易燃、易爆场所探测以及无人战场等。复杂、未知、多变的非结构环境对机器人的越障能力提出了很高的要求，越障机器人应具备良好的适应性、稳定性和灵活性，所以针对越障机器人的控制研发具有广泛的应用前景。

目前的越障机器人结构主要以足式、履带式及轮式为主，现有越障机器人各具优势也各有不足。其中，足式越障机器人运动灵活，地形适应能力强，足式机器人是所有运动机构中较灵活的，地形适应能力强，可以解决大多数环境下的行走问题，但是足式机器人的结构和控制系统复杂。履带式机器人在爬楼梯作业中应用比较广泛，履带式机构支撑面积大，下陷度小，地形适应能力强，运动平稳，但是履带式机构的体积较大，比较笨重，能量效率低，在阶梯越障过程中履带式机器人容易对台阶面造成磨损；轮式越障机器人结构较大，负重比高，在平坦路面负载行进时能够实现既平衡又快捷的移动，但轮式机器人的越障高度受限于轮径，当遇到障碍或者沟壑等特殊路面时，轮子会陷入地面出现打滑。

而足式移动机器人较轮式移动机器人和履带式移动机器人，在面对复杂的环境有更好的适应能力。但其在越障过程中容易出现重心偏移导致侧翻，故对自身结构及负载配置有较高的要求。

因此，研究设计一种高效率、移动方式灵活、环境适应能力强和整体灵活性高的越障机器人成为亟待解决的重要问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种野外探测用轮腿式机器人，提高了机器人在野外复杂地区进行探测、运送物资的运行效率、增强工作稳定性，也可以在较平坦的地面高速移动，遇到障碍使可快速稳定越过，具有控制操作简单，转向精度高等优点。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种野外探测用轮腿式机器人，包括机械腿、转向机构、越障机构、机身前端、连接机构和机身后端；

所述机身前端与所述机身后端通过所述连接机构连接；

所述转向机构用于调整所述机身前端与所述机身后端之间的夹角；

所述机械腿数量不少于4个，分别位于所述机身前端以及所述机身后端两侧，用于为机身前端和机身后端的连接体提供行走运动，各所述机械腿的末端均设置有主动轮；

所述越障机构设置在所述机身后端上，包括支撑腿、辅助轮和支撑腿动力机构，用于为所述机身后端提供支撑行为和越障行为。

进一步的，所述机械腿包括主动轮、小腿、大腿、大腿油缸和小腿油缸；

所述大腿的一端可转动连接在所述机身前端或所述机身后端上，另一端通过转轴连接所述小腿；所述大腿油缸的缸体可转动连接在所述机身前端或所述机身后端上，大腿油缸的伸缩推杆的末端可转动连接在所述大腿上；

所述小腿的一端可转动连接在所述大腿上，另一端设置主动轮；所述小腿油缸的缸体可转动连接在所述大腿上，小腿油缸的伸缩推杆的末端可转动连接在所述小腿上；

所述小腿上设置有主动轮电机；所述主动轮电机用于带动所述主动轮。

进一步的，所述支撑腿的一端可转动连接在所述机身后端未与所述机身前端连接的末端中心部位；

所述支撑腿动力机构为支撑腿油缸，缸体可转动连接在所述机身后端上，伸缩推杆可转动连接所述支撑腿；

所述支撑腿上设置有辅助轮电机；所述辅助轮电机用于带动所述辅助轮。

进一步的，所述连接机构包括上连接板和下连接板；所述上连接板的一端固定设置在所述机身前端或所述机身后端之一上，另一端可转动连接在所述机身前端或所述机身后端之另一。

所述下连接板与所述上连接板相对设置。

进一步的，所述转向机构包括连接器、连接器滑槽和至少两个转向油缸；

所述连接器的一端与所述机身后端固定设置，另一端为滑块；所述连接器滑槽设置在所述机身前端上，用于提供所述滑块的滑动空间；

所述转向油缸分别连接于所述机身前端的转向前连接轴上及所述机身后端的转向后连接轴上。

进一步的，所述机身前端包括前端主体和侧面支撑座；所述侧面支撑座固定设置在所述前端主体的侧面，包括大腿安装轴和大腿油缸安装轴；所述大腿安装轴用于安装所述大腿；所述大腿油缸安装轴用于安装所述大腿油缸。

进一步的，所述前端主体还包括内置电池仓、电池仓盖板和固定摄像机。

进一步的，所述机身后端包括后端主体、辅助腿支撑座和支撑腿连接轴；所述辅助腿支撑座设置在所述后端主体的下端面，用于安装所述支撑腿油缸的缸体；所述辅助腿支撑座用于安装所述支撑腿。

进一步的，所述机身后端还包括汽油机、传动机组、液压油箱和激光雷达；

所述传动机组用于基于汽油机的动力将液压油箱的液压油分别传送至大腿油缸的液压油口、小腿油缸的液压油口、转向油缸的液压油口和支撑腿油缸的液压油口。

进一步的，所述机身后端还包括中央控制器；所述中央控制器用于控制所述传动机组和所述辅助轮电机的运转。

基于上述一种野外探测用轮腿式机器人，本发明还能够带来以下有益效果：

本发明的一种野外探测用轮腿式机器人，在面对复杂地形时有更好的适应能力。面对沟壑综合、高低不平的地面时，不会因为轮式移动机器人轮子被卡住而丧失移动能力；在面对垂直落差较大的阶梯状障碍时，机器人可利用自身机构越过障碍，也可调整油缸伸缩推杆的长度改变自身姿态，在自身出现重心偏移或机身被卡住时，及时调整回到正常姿态，同时尾部越障辅助腿可保证在越障过程中整机的稳定；当整机处于较平坦路面时，可使用轮子实现高速行驶，提高机体效率。转向方式稳定可靠，增加了机体的灵活性。在机身前端和机身后端安装有摄像头，激光雷达等传感器，可实现对环境的动态捕捉，通过内部算法分析，计算出最佳路径和环境中的主要信息，辅助操作者进行操作，有效提升了在无人环境下操作者对陌生环境的判断能力和机体的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明具体实施方式中一种野外探测用轮腿式机器人结构示意图；

图2为本发明具体实施方式中一种野外探测用轮腿式机器人的俯视图；

图3为本发明具体实施方式中一种野外探测用轮腿式机器人的主视图；

图4为本发明具体实施方式中转向机构与机身前端和机身后端的配合示意图；

图5为本发明具体实施方式中一种野外探测用轮腿式机器人的左视图；其中：1-机械腿；101-主动轮；102-小腿；103-大腿；104-大腿油缸；105-小腿油缸；106-液压油口；2-转向机构；201-转向油缸；3-越障机构；301-支撑腿油缸；302-支撑腿；303-辅助轮；4-机身前端；401-侧面支撑座；402-电池仓盖板；403-内置电池仓；404-转向前连接轴；405-连接器滑槽；406-固定摄像机；5-连接机构；501-上连接板；502-下连接板；503-滑块；6-机身后端；601-管线仓；602-传动机组；603-激光雷达；604-雷达固定支架；605-汽油机；606-油线管；607-辅助腿支撑座；608-油箱盖板；609-排气管；610-支撑腿连接轴；611-油箱口；612-中央控制器；613-液压油箱；614-油箱；615-转向后连接轴；616-液压油箱底板。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

本发明的一种野外探测用轮腿式机器人，在面对复杂地形时有更好的适应能力。面对沟壑综合、高低不平的地面时，不会因为轮式移动机器人轮子被卡住而丧失移动能力；在面对垂直落差较大的阶梯状障碍时，机器人可利用自身机构越过障碍，也可调整油缸伸缩推杆的长度改变自身姿态，在自身出现重心偏移或机身被卡住时，及时调整回到正常姿态，同时尾部越障辅助腿可保证在越障过程中整机的稳定

以下，对本发明的野外探测用轮腿式机器人的形状结构进行详细说明。

在本发明的一个实施例中，提出一种野外探测用轮腿式机器人，如图1-图5所示，包括机械腿1、转向机构2、越障机构3、机身前端4、连接机构5和机身后端6；

机身前端4与机身后端6通过连接机构5连接；

转向机构2用于调整机身前端4与机身后端6之间的夹角；

机械腿1数量不少于4个，分别位于机身前端4以及机身后端6两侧，用于为机身前端4和机身后端6的连接体提供行走运动，各机械腿1的末端均设置有主动轮101；

越障机构3设置在机身后端6上，包括支撑腿302、辅助轮303和支撑腿动力机构，用于为机身后端6提供支撑行为和越障行为。

在一个实施例中，机械腿1包括主动轮101、小腿102、大腿103、大腿油缸104和小腿油缸105；

大腿103的一端通过转动销或转动轴连接在机身前端4或机身后端6上，另一端通过通过转动销或转动轴连接小腿102；大腿油缸104的缸体通过转动销或转动轴连接在机身前端4或机身后端6上，大腿油缸104的伸缩推杆的末端通过转动销或转动轴连接在大腿103；

小腿102的一端通过转动销或转动轴连接在大腿103上，另一端设置主动轮101；小腿油缸105的缸体通过转动销或转动轴连接大腿103，小腿油缸105的伸缩推杆的末端通过转动销或转动轴连接小腿102；

小腿102上设置有主动轮电机；主动轮电机用于带动主动轮101。

在一个实施例中，如图3所示，支撑腿302的一端通过转动销或转动轴连接在机身后端6的末端中部；

支撑腿302动力机构为支撑腿油缸301，缸体通过支撑腿连接轴610连接机身后端6，伸缩推杆通过辅助腿支撑座607连接支撑腿302；

支撑腿302上设置有辅助轮电机；辅助轮电机用于带动辅助轮303。

在本实施例中，机身后端6包括后端主体、辅助腿支撑座607和支撑腿302连接轴；辅助腿支撑座607设置在后端主体的下端面，用于安装支撑腿油缸301的缸体；辅助腿支撑座607用于安装支撑腿302。

在本实施例中，将支撑腿302的支撑点设置在机身后端6的末尾中部，保证了支撑腿302工作时不会导致机身后端6产生重心偏移。

在一个实施例中，如图4所示，连接机构5包括上连接板501和下连接板502；上连接板501的一端固定设置在机身前端4或机身后端6之一上，另一端可转动连接在机身前端4或机身后端6之另一。下连接板502与上连接板501相对设置，即下连接板502与上连接板501结构相同且平行设置；上连接板501处于“机背”位置，下连接板502处于“机腹”位置。

在本实施例中，上下连接板502只与机身前端4或机身后端6之中的一个固定设置，与另一个通过转轴设置，保证了机身前端4与机身后端6之间的角度变化。

在一个实施例中，转向机构2包括连接器、连接器滑槽405和至少两个转向油缸201；

连接器的一端与机身后端6固定设置，另一端为滑块503；连接器滑槽405设置在机身前端4上，用于提供滑块503的滑动空间；

转向油缸201分别连接于机身前端4的转向前连接轴404上及机身后端6的转向后连接轴615上，在本实施例中，转向油缸201的数量为两组，以机身前端4和机身后端6的共同中心线为中线对称设置，保证了左右转向的稳定性。

在一个实施例中，为了降低结构的复杂性，机身前端4包括前端主体和侧面支撑座401；侧面支撑座401固定设置在前端主体的侧面，包括大腿103安装轴和大腿油缸104安装轴；大腿103安装轴用于安装大腿103；大腿油缸104安装轴用于安装大腿油缸104。

在一个实施例中，前端主体还包括内置电池仓403、电池仓盖板402和固定摄像机406。内置电池仓403内的电源用于给机器人上所设置的固定摄像机406、设置在雷达固定支架604上的激光雷达603、主动轮电机、辅助轮电机和中央控制器612供电；电池仓盖板402用于保护内置电池仓403。

进一步的，机身后端6还包括汽油机605、传动机组602和液压油箱613；

传动机组602用于基于汽油机605的动力将液压油箱613的液压油分别传送至大腿油缸104的液压油口106、小腿油缸105的液压油口106、转向油缸201的液压油口106和支撑腿油缸301的液压油口106。

在本实施例中，如图2或图4或图5所示，管线仓601、传动机组602、激光雷达603、雷达固定支架604、汽油机605、油线管606、辅助腿支撑座607、油箱盖板608、排气管609、支撑腿连接轴、油箱口611、中央控制器612、液压油箱613、油箱614、转向后连接轴615、液压油箱底板616均设置在机身后端6上。

汽油机605用于提供原动力，经传动机组602将动力转化后，驱动液压油箱613内的液压油至各油缸，传动机组602能够控制通至各油缸的油量大小及选择进入控制伸缩推杆伸出的液压油口106还是控制伸缩推杆缩回的液压油口106。

在一个实施例中，机身后端6还包括中央控制器612；中央控制器612用于控制传动机组602、转向机构和辅助轮电机的运转。

本发明的一种野外探测用轮腿式机器人的四条机械腿结构基本相同，通过腿内部电机连接的主动轮101、大腿油缸104、小腿油缸105控制整机在地面的快速移动和腿的起落，辅助越障腿3通过腿内部电机连接的辅助轮303、和支撑腿油缸301辅助整机的运动，通过对五条腿的协调控制，满足多种运动方式和地形环境需求。工作人员在机器人旁启动机器，通过遥控器对机器人发出控制命令，使机器人开始工作。

当腿部装置工作时，由大腿油缸104和小腿油缸105协调工作完成腿部的伸出或者收回动作，大腿油缸104控制推杆的伸缩带动大腿103的抬起与放下，小腿油缸105控制推杆的伸缩带动小腿102绕大腿103与小腿102的连接拴旋转，当大腿油缸104收回推杆时机械腿放下，小腿油缸105和支撑腿油缸301伸出推杆时可使整机的高度下降。前移时，主动轮101和辅助轮303通过电机锁死不再转动，大腿油缸104伸出推杆使大腿103伸出，小腿油缸105收缩使小腿102顺时针旋转，使主动轮101接触地面，大腿油缸104收回推杆带动机身向前移动，在这个过程中五条腿相互协调工作，共同作用，从而完成前进或者后退动作，当遇到障碍沟壑或地面突起时，整机也可用此方式像越过障碍。

当转向装置工作时，上连接板501与下连接板502与机身后端6固定，但机身前端4可以按照连接器滑槽405的形状与连接器5进行相对滑动，从而使机身前端4转动一个角度，在越障过程中出现轨迹错误也可通过转向装置2进行修正。

在平坦的地面整机可通过主动轮101和辅助轮303进行高速移动，同时可通过油缸调整整机的高度实现更平稳的运行，提高机体效率。

转向方式稳定可靠，增加了机体的灵活性。在机身前端和机身后端安装有摄像头，激光雷达等传感器，可实现对环境的动态捕捉，通过内部算法分析，计算出最佳路径和环境中的主要信息，辅助操作者对机体下达指令，有效提升了在无人环境下操作者对陌生环境的判断能力和机体的安全性。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种野外探测用轮腿式机器人，其特征在于：包括机械腿、转向机构、越障机构、机身前端、连接机构和机身后端；

所述机身前端与所述机身后端通过所述连接机构连接；

所述转向机构用于调整所述机身前端与所述机身后端之间的夹角；

所述机械腿数量不少于4个，分别位于所述机身前端以及所述机身后端两侧，用于为机身前端和机身后端的连接体提供行走运动，各所述机械腿的末端均设置有主动轮；

所述越障机构设置在所述机身后端上，包括支撑腿、辅助轮和支撑腿动力机构，用于为所述机身后端提供支撑行为和越障行为。

2.根据权利要求1所述的轮腿式机器人，其特征在于：所述机械腿包括主动轮、小腿、大腿、大腿油缸和小腿油缸；

所述大腿的一端可转动连接在所述机身前端或所述机身后端上，另一端通过转轴连接所述小腿；所述大腿油缸的缸体可转动连接在所述机身前端或所述机身后端上，大腿油缸的伸缩推杆的末端可转动连接在所述大腿上；

所述小腿的一端可转动连接在所述大腿上，另一端设置主动轮；所述小腿油缸的缸体可转动连接在所述大腿上，小腿油缸的伸缩推杆的末端可转动连接在所述小腿上；

所述小腿上设置有主动轮电机；所述主动轮电机用于带动所述主动轮。

3.根据权利要求1所述的轮腿式机器人，其特征在于：所述支撑腿的一端可转动连接在所述机身后端未与所述机身前端连接的末端中心部位；

所述支撑腿动力机构为支撑腿油缸，缸体可转动连接在所述机身后端上，伸缩推杆可转动连接所述支撑腿；

所述支撑腿上设置有辅助轮电机；所述辅助轮电机用于带动所述辅助轮。

4.根据权利要求1所述的轮腿式机器人，其特征在于：所述连接机构包括上连接板和下连接板；

所述上连接板的一端固定设置在所述机身前端或所述机身后端之一上，另一端可转动连接在所述机身前端或所述机身后端之另一；

所述下连接板与所述上连接板相对设置。

5.根据权利要求1所述的轮腿式机器人，其特征在于：所述转向机构包括连接器、连接器滑槽和至少两个转向油缸；

所述连接器的一端与所述机身后端固定设置，另一端为滑块；所述连接器滑槽设置在所述机身前端上，用于提供所述滑块的滑动空间；

所述转向油缸分别连接于所述机身前端的转向前连接轴上及所述机身后端的转向后连接轴上。

6.根据权利要求2所述的轮腿式机器人，其特征在于：所述机身前端包括前端主体和侧面支撑座；所述侧面支撑座固定设置在所述前端主体的侧面，包括大腿安装轴和大腿油缸安装轴；所述大腿安装轴用于安装所述大腿；所述大腿油缸安装轴用于安装所述大腿油缸。

7.根据权利要求1所述的轮腿式机器人，其特征在于：所述前端主体还包括内置电池仓、电池仓盖板和固定摄像机。

8.根据权利要求3所述的轮腿式机器人，其特征在于：所述机身后端包括后端主体、辅助腿支撑座和支撑腿连接轴；所述辅助腿支撑座设置在所述后端主体的下端面，用于安装所述支撑腿油缸的缸体；所述辅助腿支撑座用于安装所述支撑腿。

9.根据权利要求2或3或5所述的轮腿式机器人，其特征在于：所述机身后端还包括汽油机、传动机组、液压油箱和激光雷达；

所述传动机组用于基于汽油机的动力将液压油箱的液压油分别传送至大腿油缸的液压油口、小腿油缸的液压油口、转向油缸的液压油口和支撑腿油缸的液压油口。

10.根据权利要求9所述的轮腿式机器人，其特征在于：所述机身后端还包括中央控制器；所述中央控制器用于控制所述主动轮、传动机组和所述辅助轮电机的运转。

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