CN112590968A - 一种六足轮腿式爬行机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种六足轮腿式爬行机器人，通过所述第一延展部件调节所述机体头部和所述机体中部的间距，所述第一舵机和所述第二舵机配合调整所述机体头部和所述机体中部的偏航角和俯仰角，通过所述第二延展部件调整所述机体中部和所述机体后部的间距，所述第三舵机与所述第四舵机配合调整所述机体后部和所述机体中部的偏航角和俯仰角，增强了跨越沟渠的能力，增高了攀越阶梯的高度，减小了转弯半径，解决了现有技术中的轮腿式移动机器人不能根据地形调整自身形态的技术问题。

Description

一种六足轮腿式爬行机器人

技术领域

本发明涉及移动机器人技术领域，尤其涉及一种六足轮腿式爬行机器人。

背景技术

移动机器人有很强的适应性、机动性和灵活性，国内外对地面移动机器人的研究一直处于热门阶段。国内外的移动机器人大致可分为三大类，即轮式机器人、足式机器人和轮腿协同机器人。轮腿式移动机器人常被应用于军事领域、抢险救援领域以及危险地区的数据收集上，因此，轮腿式移动机器人具有较高的实际应用价值，以上的应用领域都要求移动机器人拥有适应复杂地形环境的能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种六足轮腿式爬行机器人，旨在解决现有技术中的轮腿式移动机器人不能根据地形调整自身形态的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的一种六足轮腿式爬行机器人，包括机身、两组轮腿机构和延展调整组件，每组所述轮腿机构分别与所述机身固定连接，并位于所述机身的侧方，两组轮腿机构沿所述机身轴线对称放置，所述延展调整组件嵌设在所述机身上；

所述延展调整组件包括第一延展部件和第二延展部件，所述第一延展部件包括第一舵机、第二舵机、第一摆臂和第一导轨，所述第一摆臂的两端分别与所述第一舵机和所述第二舵机的输出轴固定连接，所述第二舵机与所述第一导轨固定连接，并位于所述第一导轨的上方；

所述第二延展部件包括第三舵机、第四舵机、第二摆臂和第二导轨，所述第二摆臂的两端分别与所述第三舵机和所述第四舵机的输出轴固定连接，所述第三舵机与所述第二导轨固定连接，并位于所述第二导轨的上方；

所述第一导轨包括第一伺服电机、第一固定座、第一支撑座、第一丝杆和第一滑轨，所述第一伺服电机与所述第一固定座固定连接，并位于所述第一固定座的侧方，所述第一支撑座、所述第一丝杆和所述第一滑轨均设置在所述第一固定座内，所述第一丝杆与所述第一伺服电机通过联轴器相连，所述第一滑轨与所述第一丝杆相对平行设置；

所述第二导轨包括第二伺服电机、第二固定座、第二支撑座、第二丝杆和第二滑轨，所述第二伺服电机与所述第二固定座固定连接，并位于所述第二固定座的侧方，所述第二支撑座、所述第二丝杆和所述第二滑轨均设置在所述第一固定座内，所述第二丝杆与所述第二伺服电机通过联轴器相连，所述第二滑轨与所述第二丝杆相对平行设置。

其中，所述第二舵机与所述第一支撑座固定连接，并位于所述第一支撑座的上方，所述第三舵机与所述第二支撑座固定连接，且位于所述第二支撑座的上方。

其中，所述机身由机体头部、机体中部和机体后部组成，所述机体头部、所述机体中部和所述机体后部依次相连。

其中，所述第一舵机与所述机体头部固定连接，所述第四舵机与所述机体后部固定连接，所述第一导轨和所述第二导轨分别与所述机体中部固定连接，所述第一导轨与所述第二导轨沿所述机体中部中心对称设置。

其中，所述第一舵机与所述第二舵机的轴线投影垂直相交，所述第三舵机与所述第四舵机的轴线投影垂直相交。

其中，所述六足轮腿式爬行机器人还包括六组直流减速电机，每组所述直流减速电机分别与所述机身固定连接，并位于所述机身与所述轮腿机构的连接处。

其中，每组所述轮腿机构包括前轮腿、中轮腿和后轮腿，所述前轮腿、所述中轮腿和所述后轮腿采用圆弧结构，呈宽扁状，所述前轮腿与所述机体头部中的直流减速电机的输出轴固定连接，所述中轮腿与所述机体中部中的直流减速电机的输出轴固定连接，所述后轮腿与所述机体后部中的直流减速电机的输出轴固定连接。

其中，所述六足轮腿式爬行机器人还包括辅助控制盒组，所述辅助控制盒组与所述机体头部固定连接，并位于所述机体头部的前端。

本发明的一种六足轮腿式爬行机器人，通过所述第一延展部件调节所述机体头部和所述机体中部的间距，所述第一舵机和所述舵机配合调整所述机体头部和所述机体中部的间距、偏航角和俯仰角，相应的所述第二延展部件调整所述机体中部和所述机体后部的间距、偏航角和俯仰角，在不同的地形情况下选择不同机体形态，通过相应部件增强了跨越沟渠的能力，增高了攀越阶梯的高度，减小了转弯半径，解决了现有技术中的轮腿式移动机器人不能根据地形调整自身形态的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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发明的一些实施例，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他的附图。

图1是本发明的一种六足轮腿式爬行机器人的结构示意图。

图2是本发明的第一延展部件的结构示意图。

图3是本发明的第二延展部件的结构示意图。

图4是本发明的实施例的运动步态图。

1-机身、11-机体头部、12-机体中部、13-机体后部、2-轮腿机构、21-前轮腿、22-中轮腿、23-后轮腿、3-延展调整组件、31-第一延展部件、311-第一舵机、312-第二舵机、313-第一摆臂、314-第一导轨、32-第二延展部件、321-第三舵机、322-第四舵机、323-第二摆臂、324-第二导轨、4-直流减速电机、5-辅助控制盒组、60-第一伺服电机、61-第一固定座、62-第一支撑座、63-第一丝杆、64-第一滑轨、70-第二伺服电机、71-第二固定座、72-第二支撑座、73-第二丝杆、74-第二滑轨。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1至图3，本发明提供了一种六足轮腿式爬行机器人，包括机身1、两组轮腿机构2和延展调整组件3，每组所述轮腿机构2分别与所述机身1固定连接，并位于所述机身1的侧方，两组轮腿机构2沿所述机身1轴线对称放置，所述延展调整组件3嵌设在所述机身1上；

所述延展调整组件3包括第一延展部件31和第二延展部件32，所述第一延展部件31包括第一舵机311、第二舵机312、第一摆臂313和第一导轨314，所述第一摆臂313的两端分别与所述第一舵机311和所述第二舵机312的输出轴固定连接，所述第二舵机312与所述第一导轨314固定连接，并位于所述第一导轨314的上方；

所述第二延展部件32包括第三舵机321、第四舵机322、第二摆臂323和第二导轨324，所述第二摆臂323的两端分别与所述第三舵机321和所述第四舵机322的输出轴固定连接，所述第三舵机321与所述第二导轨324固定连接，并位于所述第二导轨324的上方；

所述第一导轨314包括第一伺服电机60、第一固定座61、第一支撑座62、第一丝杆63和第一滑轨64，所述第一伺服电机60与所述第一固定座61固定连接，并位于所述第一固定座61的侧方，所述第一支撑座62、所述第一丝杆63和所述第一滑轨64均设置在所述第一固定座61内，所述第一丝杆63与所述第一伺服电机60通过联轴器相连，所述第一滑轨64与所述第一丝杆63相对平行设置；

所述第二导轨324包括第二伺服电机70、第二固定座71、第二支撑座72、第二丝杆73和第二滑轨74，所述第二伺服电机70与所述第二固定座71固定连接，并位于所述第二固定座71的侧方，所述第二支撑座72、所述第二丝杆73和所述第二滑轨74均设置在所述第一固定座61内，所述第二丝杆73与所述第二伺服电机70通过联轴器相连，所述第二滑轨74与所述第二丝杆73相对平行设置。

所述第二舵机312与所述第一支撑座62固定连接，并位于所述第一支撑座62的上方，所述第三舵机321与所述第二支撑座72固定连接，且位于所述第二支撑座72的上方。

所述机身1由机体头部11、机体中部12和机体后部13组成，所述机体头部11、所述机体中部12和所述机体后部13依次相连。

所述第一舵机311与所述机体头部11固定连接，所述第四舵机322与所述机体后部13固定连接，所述第一导轨314和所述第二导轨324分别与所述机体中部12固定连接，所述第一导轨314与所述第二导轨324沿所述机体中部12中心对称设置。

所述第一舵机311与所述第二舵机312的轴线投影垂直相交，所述第三舵机321与所述第四舵机322的轴线投影垂直相交。

所述六足轮腿式爬行机器人还包括六组直流减速电机4，每组所述直流减速电机4分别与所述机身1固定连接，并位于所述机身1与所述轮腿机构2的连接处。

每组所述轮腿机构2包括前轮腿21、中轮腿22和后轮腿23，所述前轮腿21、所述中轮腿22和所述后轮腿23采用圆弧结构，呈宽扁状，所述前轮腿21与所述机体头部11中的直流减速电机的输出轴固定连接，所述中轮腿22与所述机体中部12中的直流减速电机的输出轴固定连接，所述后轮腿23与所述机体后部13中的直流减速电机的输出轴固定连接。

所述六足轮腿式爬行机器人还包括辅助控制盒组5，所述辅助控制盒组5与所述机体头部11固定连接，并位于所述机体头部11的前端。

在本实施方式中，所述延展调整组件3是所述六足轮腿式爬行机器人能改变形态的重要组件，所述六足轮腿式爬行机器人的机身1由三段相对独立的部分组成，分别为机体头部11、机体中部12和机体后部13，所述第一延展部件31连接所述机体头部11和所述机体中部12，所述第二延展部件32连接所述机体中部12和所述机体后部13，两组所述前轮腿21设置在所述机体头部11两侧，相应的，两组所述中轮腿22和所述后轮腿23分别设置在所述机体中部12和所述机体后部13，形成一个带六足支撑的行走机构，所述机身1整体框架呈扁平狭长状，所述机身1上下对称，没有上下分别，侧翻后也能正常移动，不会出现自卡死现象。

所述第一舵机311驱动所述第一摆臂313进行摆动，所述机体头部11与所述机体中部12在水平方向上形成相对偏移，偏移角度称之为偏航角，所述第一舵机311能提供±60°的偏航角；所述第一摆臂313在所述第二舵机312的驱动下摆动，所述机体头部11与所述机体中部12在竖直方向上形成相对偏移，偏移角度称之为俯仰角，所述第二舵机312能提供±60°的俯仰角。进一步的，所述第三舵机321为所述机体中部12和所述机体后部13提供了±60°的俯仰角，所述第四舵机322为所述机体中部12和所述机体后部13提供了±60°的偏航角。更大的俯仰角能增高攀越阶梯的高度，更大的偏航角能减小转弯半径。

所述第一伺服电机60驱动所述第一丝杆63带动所述第一支撑座62平移，并在所述第一固定座61内滑动，从而带动固定在所述第一支撑座62上的所述第二舵机312，改变所述机体头部11和所述机体中部12的间距，相应的，所述第二延展部件32在所述第二伺服电机70的驱动下，改变所述机体中部12和所述机体后部13的间距，通过改变所述机体的长度，增加了能跨越沟渠的宽度。

所述轮腿机构2由外围的胶垫和内围的加强筋组成，轮腿采用圆弧形结构，呈宽扁状，在石堆、浅滩、草地、沙滩等地表行走因为圆弧结构轮腿增加了与地表的接触面积，有防滑性能和抗震能力，能防卡死，适应大部分地面。轮腿式结构比直杆式结构具有更好缓冲能力，这避免了电机轴因为长期冲撞而造成电机的损坏。

进一步的，所述中轮腿22与所述前轮腿21和所述后轮腿23错位分布，不在同一个水平面内。避免了轮腿之间的相互干涉，减小了所述机身1的长度，使得轮腿的直径可以尽可能的最大化，从而提高了所述六足轮腿式爬行机器人的行进速度，增强了越障能力。

六组所述直流减速电机4分别对应一组轮腿，所述轮腿机构2的每一组轮腿都能以不同的速度运动，可以配合产生不同的步态。

进一步的，所述六足轮腿式爬行机器人还包括辅助控制盒组5，所述辅助控制盒组5内可以根据需求安装不同的设备丰富应用场景，例如摄像头、热成像仪、照明灯，同时也可以装配激光测距仪、陀螺仪、摄像头、GPS模块，配合主控电路实现自适应控制。

请参阅图4，本发明提供了所述六足轮腿式爬行机器人运动状态的实施例：

设所述六足轮腿式爬行机器人的左侧轮腿从前部到后部依次为轮腿一、轮腿二、轮腿三，同理，右侧轮腿从前到后依次为轮腿四、轮腿五、轮腿六。

当所述六足轮腿式爬行机器人前进时，轮腿一、三、五与轮腿二、四、六交叉旋转，轮腿旋转的速度与所处的位置有关，当轮腿处于机身1下部时,旋转的速度相对于机身1上部要慢。当轮腿一、三、五处于机身1下部的一定位置时，轮腿一、三、五作为前倾辅助腿，速度相对较慢；而轮腿二、四、六作为迈步腿，迈步腿处于空载，因此，增大迈步腿的速度能使所述六足轮腿式爬行机器人更快的移动。轮腿在前倾辅助腿和迈步腿之间切换，所述六足轮腿式爬行机器人完成前进功能。

进一步的，当所述六足轮腿式爬行机器人转弯时，同理上述的所述六足轮腿式爬行机器人前进，使用差速法能使所述六足轮腿式爬行机器人转弯。转弯有两种，一种是原地自转，一种是画圆转弯。如果是原地自转，则轮腿一、三、五与轮腿二、四、六的速度相同，旋转的方向相反。如果是画圆转弯，则轮腿一、三、五的速度与轮腿二、四、六的速度不同，旋转方向相同。

进一步的，当所述六足轮腿式爬行机器人跳跃时，轮腿一、四收起，位于所述六足轮腿式爬行机器人的上部，轮腿二、三、五、六与机身1平行，在弹跳的那一瞬间，轮腿二、三、五、六同时高速旋转，由于轮腿为弧形状，所述六足轮腿式爬行机器人会向前跳起，越过沟渠。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种六足轮腿式爬行机器人，其特征在于，

包括机身、两组轮腿机构和延展调整组件，每组所述轮腿机构分别与所述机身固定连接，并位于所述机身的侧方，两组轮腿机构沿所述机身轴线对称放置，所述延展调整组件嵌设在所述机身上；

所述延展调整组件包括第一延展部件和第二延展部件，所述第一延展部件包括第一舵机、第二舵机、第一摆臂和第一导轨，所述第一摆臂的两端分别与所述第一舵机和所述第二舵机的输出轴固定连接，所述第二舵机与所述第一导轨固定连接，并位于所述第一导轨的上方；

所述第二延展部件包括第三舵机、第四舵机、第二摆臂和第二导轨，所述第二摆臂的两端分别与所述第三舵机和所述第四舵机的输出轴固定连接，所述第三舵机与所述第二导轨固定连接，并位于所述第二导轨的上方；

所述第一导轨包括第一伺服电机、第一固定座、第一支撑座、第一丝杆和第一滑轨，所述第一伺服电机与所述第一固定座固定连接，并位于所述第一固定座的侧方，所述第一支撑座、所述第一丝杆和所述第一滑轨均设置在所述第一固定座内，所述第一丝杆与所述第一伺服电机通过联轴器相连，所述第一滑轨与所述第一丝杆相对平行设置；

所述第二导轨包括第二伺服电机、第二固定座、第二支撑座、第二丝杆和第二滑轨，所述第二伺服电机与所述第二固定座固定连接，并位于所述第二固定座的侧方，所述第二支撑座、所述第二丝杆和所述第二滑轨均设置在所述第一固定座内，所述第二丝杆与所述第二伺服电机通过联轴器相连，所述第二滑轨与所述第二丝杆相对平行设置。

2.如权利要求1所述的六足轮腿式爬行机器人，其特征在于，

所述第二舵机与所述第一支撑座固定连接，并位于所述第一支撑座的上方，所述第三舵机与所述第二支撑座固定连接，且位于所述第二支撑座的上方。

3.如权利要求2所述的六足轮腿式爬行机器人，其特征在于，

所述机身由机体头部、机体中部和机体后部组成，所述机体头部、所述机体中部和所述机体后部依次相连。

4.如权利要求3所述的六足轮腿式爬行机器人，其特征在于，

所述第一舵机与所述机体头部固定连接，所述第四舵机与所述机体后部固定连接，所述第一导轨和所述第二导轨分别与所述机体中部固定连接，所述第一导轨与所述第二导轨沿所述机体中部中心对称设置。

5.如权利要求4所述的六足轮腿式爬行机器人，其特征在于，

所述第一舵机与所述第二舵机的轴线投影垂直相交，所述第三舵机与所述第四舵机的轴线投影垂直相交。

6.如权利要求5所述的六足轮腿式爬行机器人，其特征在于，

所述六足轮腿式爬行机器人还包括六组直流减速电机，每组所述直流减速电机分别与所述机身固定连接，并位于所述机身与所述轮腿机构的连接处。

7.如权利要求6所述的六足轮腿式爬行机器人，其特征在于，

每组所述轮腿机构包括前轮腿、中轮腿和后轮腿，所述前轮腿、所述中轮腿和所述后轮腿采用圆弧结构，呈宽扁状，所述前轮腿与所述机体头部中的直流减速电机的输出轴固定连接，所述中轮腿与所述机体中部中的直流减速电机的输出轴固定连接，所述后轮腿与所述机体后部中的直流减速电机的输出轴固定连接。

8.如权利要求7所述的六足轮腿式爬行机器人，其特征在于，

所述六足轮腿式爬行机器人还包括辅助控制盒组，所述辅助控制盒组与所述机体头部固定连接，并位于所述机体头部的前端。

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