CN113120110A - 一种轮足机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了轮足机器人，涉及机器人技术领域。其中，这种轮足机器人包含主体组件、配置于主体组件上的控制组件、两个驱动组件和两个轮足组件。轮足组件包括可转动的配置于主体组件的第一上腿部件和第二上腿部件、铰接于第一上腿部件的第一下腿部件，铰接于第二上腿部件的第二下腿部件，以及配置于第一下腿部件的行走轮。第一下腿部件和第二下腿部件铰接。驱动组件包括配置于主体组件的两个腿驱动部件和配置于第一下腿部件的轮驱动部件。两个腿驱动部件分别用以驱动第一上腿部件和第二上腿部件转动。轮驱动部件用以驱动行走轮转动。控制组件电连接于两个腿驱动部件和轮驱动部件。只需要较小的驱动力就能够调整主体组件和行走轮的相对位置。

Description

一种轮足机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体而言，涉及一种轮足机器人。

背景技术

移动机器人目前广泛应用于生产生活中，如科考调查、工厂巡逻、物品配送等等。这些复杂的场景应用也给机器人相关技术提出了很大的挑战。传统轮式机器人具有平坦环境下行驶速度快的优点，但却无法应对较为复杂的环境。而足式机器人虽然能够越过许多复杂的障碍，但其行走速度慢。现有的轮足机器人结合了轮式机器人以及足式机器人的优点，同时由于采用的串联腿式结构，具有电机扭矩要求高，成本高昂等问题。

发明内容

本发明提供了一种轮足机器人，旨在改善现有的轮足机器人对电机扭矩要求高的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种轮足机器人，其包含主体组件、配置于所述主体组件上的控制组件、配置于所述主体组件上的两个驱动组件和两个轮足组件。

所述轮足组件包括可转动的配置于所述主体组件的第一上腿部件和第二上腿部件、铰接于所述第一上腿部件的第一下腿部件，铰接于所述第二上腿部件的第二下腿部件，以及配置于所述第一下腿部件的行走轮。所述第二下腿部件铰接于所述第一下腿部件。

所述驱动组件包括配置于所述主体组件的两个腿驱动部件和配置于所述第一下腿部件的轮驱动部件。两个所述腿驱动部件分别用以驱动所述第一上腿部件和所述第二上腿部件转动。所述轮驱动部件用以驱动所述行走轮转动。

所述控制组件电连接于两个所述腿驱动部件和所述轮驱动部件。

可选地，所述第一上腿部件和所述第一下腿部件的铰接处和所述第二上腿部件和所述第二下腿部件的铰接处分别可转动的配置有辅助轮。所述辅助轮为全向轮。

可选地，所述控制组件包括配置于所述主体组件的miniPC和深度相机。所述miniPC电连接于所述深度相机、两个所述腿驱动部件，以及所述轮驱动部件。

可选地，所述第一下腿部件和所述第二下腿部件均为板状。

所述第一上腿部件包括第一连接件和两个第一上腿件。两个所述第一上腿件的一端分别铰接在所述第一下腿部件一端的两侧。两个所述第一上腿件的另一端分别配置在所述第一连接件的两侧，以形成镂空结构。

所述第二上腿部件包括第二连接件和两个第二上腿件。两个所述第二上腿件的一端分别铰接在所述第二下腿部件一端的两侧。两个所述第二上腿件的另一端分别配置在所述第二连接件的两侧，以形成镂空结构。

可选地，所述腿驱动部件包括可转动的配置于所述主体组件的转轴、以及传动连接于所述转轴的腿驱动电机。两个所述腿驱动部件的转轴之间设置有第一间距。

所述第一上腿部件的一端和所述第一下腿部件的一端铰接,另一端配置在一转轴上。所述第二上腿部件的一端和所述第一下腿部件的一端铰接,另一端配置在另一转轴上。所述第一下腿部件的另一端可转动的设置有行走轮。所述第二下腿部件的另一端铰接在所述第一下腿部件上。

可选地，所述腿驱动部件还包括配置于所述主体组件的支架。所述转轴和所述腿驱动电机均配置于所述支架。

所述腿驱动部件还包括配置于所述转轴的输出带轮和配置于所述腿驱动电机的输出端的输入带轮，以及传动连接于所述输出带轮和所述输入带轮的同步带。

可选地，所述支架包括第一安装板、第二安装板、第一垫块和第二垫块。所述第一垫块和所述第二垫块配置在所述第一安装板和所述第二安装板之间，以使所述第一安装板和所述第二安装板之间能够形成容纳所述输出带轮、所述输入带轮和所述同步带的空间。

所述转轴通过两个轴承分别可转动的配置在所述第一安装板和所述第二安装板上。

所述第一安装板用以固定于所述主体组件。所述腿驱动电机配置于所述第二安装板上。

可选地，所述输入带轮和所述输出带轮之间为减速传动。输入带轮和输出带轮之间的传动比为3：1。

可选地，所述轮驱动部件包括轮驱动电机和调速器。所述轮驱动电机传动连接于所述行走轮。所述调速器电连接于所述轮驱动电机和所述控制组件。

可选地，所述主体组件为一箱体，所述箱体呈长方体。

两个所述轮足组件对称设置在所述箱体的外侧。两个所述驱动组件对称设置在所述箱体的内侧。所述控制组件配置于所述箱体的顶部。

通过采用上述技术方案，本发明可以取得以下技术效果：

本发明通过第一上腿部件、第二上腿部件、第一下腿部件和第二下腿部件的联动作用来调整主体组件和行走轮之间的位置关系，只需要较小的驱动力就能够完成驱动，不需要大扭矩。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是轮足机器人直立形态下的轴测图。

图2是轮足机器人卧倒形态下的轴测图。

图3是驱动组件和轮足组件的轴测图。

图4是轮足组件的爆炸图。

图中标记：1-控制组件、2-驱动组件、3-主体组件、4-轮足组件、5-miniPC、6-深度相机、7-轮驱动部件、8-轮驱动电机、9-调速器、10-腿驱动部件、11-支架、12-输出带轮、13-转轴、14-同步带、15-输入带轮、16-腿驱动电机、17-第二上腿部件、18-第一上腿部件、19-全向轮、20-第一下腿部件、21-第二下腿部件、22-行走轮、23-第二上腿件、24-连接件。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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设备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，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

由图1至图2所示，在本实施例提供一种轮足机器人，其包含主体组件3、配置于主体组件3上的控制组件1、配置于主体组件3上的两个驱动组件2和两个轮足组件4。

轮足组件4包括可转动的配置于主体组件3的第一上腿部件18和第二上腿部件17、铰接于第一上腿部件18的第一下腿部件20，铰接于第二上腿部件17的第二下腿部件21，以及配置于第一下腿部件20的行走轮22。第二下腿部件21铰接于第一下腿部件20。

驱动组件2包括配置于主体组件3的两个腿驱动部件10和配置于第一下腿部件20的轮驱动部件7。两个腿驱动部件10分别用以驱动第一上腿部件18和第二上腿部件17转动。轮驱动部件7用以驱动行走轮22转动。

控制组件1电连接于两个腿驱动部件10和轮驱动部件7。

如图1和图2所示，在本实施例中，主体组件3为一箱体，箱体呈长方体。两个轮足组件4对称设置在箱体的外侧。两个驱动组件2对称设置在箱体的内侧。控制组件1配置于箱体的顶部。控制组件1包括配置于主体组件3的miniPC5和深度相机6。miniPC5电连接于深度相机6、两个腿驱动部件10，以及轮驱动部件7。

具体地，箱体的六面由板材通过螺丝紧固件锁紧形成内部形成有用来安装驱动组件2的空腔、控制组件1还包括配置在箱体内部的电源。一对轮足组件4对称的设置在箱体组件的左右两侧。顶部安装有miniPC5和深度相机6，深度相机6采集图像数据传输给miniPC5，从而对于不同的情况作出相应的判断和操作。

如图1至图4所示，在本实施例中，腿驱动部件10包括可转动的配置于主体组件3的转轴13、以及传动连接于转轴13的腿驱动电机16。两个腿驱动部件10的转轴13之间设置有第一间距。第一上腿部件18的一端和第一下腿部件20的一端铰接,另一端配置在一转轴13上。第二上腿部件17的一端和第一下腿部件20的一端铰接,另一端配置在另一转轴13上。第一下腿部件20的另一端可转动的设置有行走轮22。第二下腿部件21的另一端铰接在第一下腿部件20上。

具体地，从轮足机器人的单侧来进行详细介绍。主体组件3的一侧设置有两个转轴13。第一上腿部件18和第二上腿部件17的上端部分别配置在两个转轴13上。第一上腿部件18的下端部铰接在第一下腿部件20的上端部。第二上腿部件17的下端部铰接在第二下腿部件21的上端部。第一下腿部件20的下端部可转动的设置有行走轮22和用以驱动所述行走轮22转动的轮驱动电机8。第二下腿部件21的下端部铰接在第一下腿部件20靠近所述行走轮22的位置。

本发明实施例中，主体组件3、第一上腿部件18、第二上腿部件17、第一下腿部件20和第二下腿部件21之间形成五连杆结构。通过配置在主体组件3上的两根转轴13来分别带动第一上腿部件18和第二上腿部件17转动,就能够实现轮足机器人姿态上的变换。例如主体组件3的高度调整。通过两根转轴13来驱动轮足机器人的姿态进行变换，只需要较小的驱动力就能够完成驱动，不需要大扭矩,对于驱动电机的要求大大降低了。并且五连杆结构能够很好的缓冲行走国城中的冲击，稳定性更好。

具体地，机器人转向时，采用差动驱动方式。即左右行走轮22的转速不同，使得左右腿运动速度不一致，完成全向转动。机器人需要改变高度时，直接电机驱动上腿部件短腿运动，通过连杆机构带动下腿部件运动，完成伸缩腿运动。通过快速的改变高度还能够让机器人实现跳跃。机器人需要经过斜坡等复杂路面时，由于左右腿组件分别驱动，连杆机构可改变腿部姿态且互不干涉，从而实现主动悬挂功能，在高度不同的斜坡等复杂路面完成平稳移动；

如图3所示，在上述实施例的基础上，本发明一可选实施例中，腿驱动部件10还包括配置于主体组件3的支架11。转轴13和腿驱动电机16均配置于支架11。腿驱动部件10还包括配置于转轴13的输出带轮12和配置于腿驱动电机16的输出端的输入带轮15，以及传动连接于输出带轮12和输入带轮15的同步带14。具体地，支架11呈口字型。支架11包括第一安装板、第二安装板、第一垫块和第二垫块。第一垫块和第二垫块配置在第一安装板和第二安装板之间，以使第一安装板和第二安装板之间能够形成容纳输出带轮12、输入带轮15和同步带14的空间。转轴13通过两个轴承分别可转动的配置在第一安装板和第二安装板上。第一安装板用以固定于主体组件3。腿驱动电机16配置于第二安装板上。

通过支架11能够将腿驱动电机16、输入带轮15、同步带14、输出带轮12和转轴13固定成为一个整体。从而便于组装。具体地，输入带轮15和输出带轮12之间为减速传动。输入带轮15和输出带轮12之间的传动比为3：1。腿驱动电机16的输出扭矩通过带轮3:1减速比放大了三倍的扭矩。作用于与带轮刚性连接的转轴13上，从而将腿驱动电机16的扭矩传递出来。腿驱动电机16不需要很大的扭矩就能够实现驱动。

如图3和图4所示，在上述实施例的基础上，本发明一可选实施例中，第一下腿部件20和第二下腿部件21均为板状。第一上腿部件18包括第一连接件24和两个第一上腿件。两个第一上腿件的一端分别铰接在第一下腿部件20一端的两侧。两个第一上腿件的另一端分别配置在第一连接件24的两侧，以形成镂空结构。第二上腿部件17包括第二连接件24和两个第二上腿件23。两个第二上腿件23的一端分别铰接在第二下腿部件21一端的两侧。两个第二上腿件23的另一端分别配置在第二连接件24的两侧，以形成镂空结构。具体地，轮驱动部件7包括轮驱动电机8和调速器9。轮驱动电机8传动连接于行走轮22。调速器9电连接于轮驱动电机8和控制组件1。

在本实施例中，连接件24和下腿部件的厚度相同。通过将两个上腿件分别配置在上腿部件和连接件24的两侧，以在上腿部件的中间形成镂空结构。在保证强度的同时节省材料。具体地，在上腿件上和下腿部件上均设置有多个通孔，用以减重。

转轴13的端部、连接件24和上腿件的上均设置有圆周均布的6个连接孔，用来将上腿件的上端部和连接件24固定在转轴13上。

在上述实施例的基础上，本发明一可选实施例中，控制组件1包括配置于主体组件3的第一角度测量部件和第二角度测量部件。第一角度测量部件用以检测第一上腿部件的摆动角度。第二角度测量部件用以检测第二上腿部件的摆动角度。

具体地，转轴13远离轮足组件4的一端，自支架11向外延伸。第一角度测量部件和第二角度测量部件的结构相同，均包括配置于支架11的传感器支架和配置在传感器支架上的角度传感器。转轴13远离轮足组件4的一侧沿着轴线设置有测量孔。角度传感器部分嵌入测量孔，从而对转轴13的旋转角度进行测量。从而间接的测量上腿部件的摆动角度。

在其它实施例中，腿驱动电机为伺服电机，可以不需要额外安装角度传感器。

如图1至图4所示，在上述实施例的基础上，本发明一可选实施例中，第一上腿部件18和第一下腿部件20的铰接处和第二上腿部件17和第二下腿部件21的铰接处分别可转动的配置有辅助轮。辅助轮为全向轮19。

具体地，机器人需要快速移动时，可采用机器人的四轮姿态。如图2所示，轮足机器人调整为四轮姿态，使用的辅助轮作为从动轮，且采用omni全向轮19可平稳实现四轮状态下机器人的转向功能，四轮姿态下可实现机器人的快速平稳移动功能，此姿态下亦可实现主动悬挂功能，适用于非平坦路面。

具体工作原理如下：转轴13转动，直接带动上腿部件转动，调整至辅助全向轮19与行走轮22左轮在同一水平面内，下腿部件保持跪姿，整个机器人由双足轮变成四轮机器人。此状态机器人需要转向时，调节两个轮驱动电机8的速度为不同值，形成差速，前置从动轮为omni全向轮19，亦可随后主动轮调节速度和方向，从而实现四轮姿态下的转向功能。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轮足机器人，其特征在于，包含主体组件(3)、配置于所述主体组件(3)上的控制组件(1)、配置于所述主体组件(3)上的两个驱动组件(2)和两个轮足组件(4)；

所述轮足组件(4)包括可转动的配置于所述主体组件(3)的第一上腿部件(18)和第二上腿部件(17)、铰接于所述第一上腿部件(18)的第一下腿部件(20)、铰接于所述第二上腿部件(17)的第二下腿部件(21)，以及配置于所述第一下腿部件(20)的行走轮(22)；所述第二下腿部件(21)铰接于所述第一下腿部件(20)；

所述驱动组件(2)包括配置于所述主体组件(3)的两个腿驱动部件(10)和配置于所述第一下腿部件(20)的轮驱动部件(7)；两个所述腿驱动部件(10)分别用以驱动所述第一上腿部件和所述第二上腿部件转动；所述轮驱动部件(7)用以驱动所述行走轮(22)转动；

所述控制组件(1)电连接于两个所述腿驱动部件(10)和所述轮驱动部件(7)。

2.根据权利要求1所述的轮足机器人,其特征在于,所述第一上腿部件(18)和所述第一下腿部件(20)的铰接处和所述第二上腿部件(17)和所述第二下腿部件(21)的铰接处分别可转动的配置有辅助轮；所述辅助轮为全向轮(19)。

3.根据权利要求1所述的轮足机器人,其特征在于,所述控制组件(1)包括配置于所述主体组件(3)的miniPC(5)和深度相机(6)；所述miniPC(5)电连接于所述深度相机(6)、两个所述腿驱动部件(10)，以及所述轮驱动部件(7)。

4.根据权利要求1所述的轮足机器人,其特征在于，所述第一下腿部件(20)和所述第二下腿部件(21)均为板状；

所述第一上腿部件(18)包括第一连接件(24)和两个第一上腿件；两个所述第一上腿件的一端分别铰接在所述第一下腿部件一端的两侧；两个所述第一上腿件的另一端分别配置在所述第一连接件(24)的两侧，以形成镂空结构；

所述第二上腿部件(17)包括第二连接件(24)和两个第二上腿件(23)；两个所述第二上腿件(23)的一端分别铰接在所述第二下腿部件一端的两侧；两个所述第二上腿件(23)的另一端分别配置在所述第二连接件(24)的两侧，以形成镂空结构。

5.根据权利要求1所述的轮足机器人,其特征在于，所述腿驱动部件(10)包括可转动的配置于所述主体组件(3)的转轴(13)、以及传动连接于所述转轴(13)的腿驱动电机(16)；两个所述腿驱动部件的转轴(13)之间设置有第一间距；

所述第一上腿部件的一端和所述第一下腿部件的一端铰接,另一端配置在一转轴(13)上；所述第二上腿部件的一端和所述第一下腿部件的一端铰接,另一端配置在另一转轴(13)上；所述第一下腿部件的另一端可转动的设置有行走轮(22)；所述第二下腿部件的另一端铰接在所述第一下腿部件上。

6.根据权利要求5所述的轮足机器人,其特征在于,所述腿驱动部件(10)还包括配置于所述主体组件(3)的支架(11)；所述转轴(13)和所述腿驱动电机(16)均配置于所述支架(11)；

所述腿驱动部件(10)还包括配置于所述转轴(13)的输出带轮(12)和配置于所述腿驱动电机的输出端的输入带轮(15)，以及传动连接于所述输出带轮(12)和所述输入带轮(15)的同步带(14)。

7.根据权利要求6所述的轮足机器人,其特征在于,所述支架(11)包括第一安装板、第二安装板、第一垫块和第二垫块；所述第一垫块和所述第二垫块配置在所述第一安装板和所述第二安装板之间，以使所述第一安装板和所述第二安装板之间能够形成容纳所述输出带轮(12)、所述输入带轮(15)和所述同步带(14)的空间；

所述转轴(13)通过两个轴承分别可转动的配置在所述第一安装板和所述第二安装板上；

所述第一安装板用以固定于所述主体组件(3)；所述腿驱动电机(16)配置于所述第二安装板上。

8.根据权利要求6所述的轮足机器人,其特征在于,所述输入带轮(15)和所述输出带轮(12)之间为减速传动；所述输入带轮(15)和所述输出带轮(12)之间的传动比为3：1。

9.根据权利要求1至8任一项所述的轮足机器人,其特征在于,所述轮驱动部件(7)包括轮驱动电机(8)和调速器(9)；所述轮驱动电机(8)传动连接于所述行走轮(22)；所述调速器(9)电连接于所述轮驱动电机(8)和所述控制组件(1)。

10.根据权利要求1至8任一项所述的轮足机器人,其特征在于,所述主体组件(3)为一箱体，所述箱体呈长方体；

两个所述轮足组件(4)对称设置在所述箱体的外侧；两个所述驱动组件(2)对称设置在所述箱体的内侧；所述控制组件(1)配置于所述箱体的顶部。

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