CN113928440A - 一种可自由切换运动模式的机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可自由切换运动模式的机器人，包括骨架与行走机构；行走机构包括上足杆与下足杆，上足杆的底端设有轮毂，骨架的侧部设有能够抵接下足杆底端的踏板；骨架上设有与行走机构一一对应的支撑组件，支撑组件包括第一支撑机构与第二支撑机构，上足杆与第一支撑机构或第二支撑机构相连；第一支撑机构上设有缓冲结构，以适配行走机构的轮式行走模式；第二支撑机构上设有旋转驱动结构与俯仰驱动结构，以适配行走机构的足式行走模式。通过连接机构与第一支撑机构和第二支撑机构的自由结合，从而实现足式与轮式运动模式的自由切换，且针对足式与轮式运动模式的特点与不同，连接机构不同的结构件相连，满足在不同运动的需求。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体是一种可自由切换运动模式的机器人。
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。传统移动机器人的移动模式分为足式行走与轮式行走两种，其中，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。
目前市面上已有轮足机器人，结合了轮式机器人以及足式机器人的优点，但其缺点也较明显，一方面由于采用的串联腿式结构，对电机扭矩要求高，成本颇高，另一方面，现有的轮足结合式的机器人未充分考虑避震及承载能力的问题，而导致轮足机器人在实际应用中存在诸多弊端。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种可自由切换运动模式的机器人，从而实现足式与轮式运动模式的自由切换，且针对足式与轮式运动模式的特点与不同，连接机构与不同的结构件相连，满足在不同运动的需求。
为实现上述目的，本发明提供一种可自由切换运动模式的机器人，包括骨架、设在所述骨架内的内部机身以及设在所述骨架上的多个行走机构；
所述行走机构包括活动相连的上足杆与下足杆，所述上足杆的底端设有轮毂电机，所述上足杆的侧部底端设有轮毂，且所述轮毂与所述轮毂电机传动相连，所述骨架的侧部设有能够抵接所述下足杆底端的踏板；
所述骨架上设有与所述行走机构一一对应的支撑组件，所述支撑组件包括第一支撑机构与第二支撑机构，所述上足杆的顶端通过连接机构与所述第一支撑机构或所述第二支撑机构相连；
所述第一支撑机构上设有缓冲结构，以适配所述行走机构的轮式行走模式；
所述第二支撑机构上设有旋转驱动结构与俯仰驱动结构，用于驱动所述行走机构旋转与俯仰，以适配所述行走机构的足式行走模式。
在其中一个实施例，所述骨架包括底槽以及固定设在所述底槽顶部的中梁，所述内部机身通过支架固定设在所述底槽内，所述中梁通过悬架与所述内部机身的顶部固定相连；
所述第一支撑机构包括第一接盘、第一连杆、第二连杆、第三连杆与缓冲弹簧；
所述第一接盘位于所述骨架的侧部，且所述第一接盘的底端与所述第一连杆的一端铰接，所述第一连杆的另一端与所述底槽的侧部铰接；
所述第一接盘的顶端与所述第二连杆的一端铰接，所述第二连杆的另一端与所述第三连杆的一端铰接，所述第三连杆的另一端与所述中梁固定相连；
所述缓冲弹簧套设在所述第二连杆上，所述上足杆的顶端通过连接机构与所述第一接盘可拆卸地相连。
在其中一个实施例，所述第二支撑机构包括第二接盘、第一电机与第二电机，所述第二接盘位于所述第一接盘的内侧且与所述第一接盘相对设置；
所述第二接盘与所述第一电机的输出端传动相连，以驱动所述第二接盘旋转；
所述第一电机与所述第二电机的输出端传动相连，以驱动所述第二接盘与所述第一电机俯仰；
所述第二电机设在所述内部机身上，所述上足杆的顶端通过连接机构与所述第二接盘可拆卸地相连。
在其中一个实施例，所述连接组件包括连接本体、第一连耳与第二连耳，所述第一连耳上设有第一连孔，所述第二连耳上设有第二连孔，所述上足杆的顶端可拆卸地连接在所述连接本体的底部；
所述第一连耳连接在所述连接本体的外侧，所述第一接盘的内侧设有所述第一连耳对应的第一嵌入槽，所述第一嵌入槽内设有与所述第一连孔对应的第一中轴；
所述第二连耳连接在所述连接本体的内侧，所述第二接盘的外侧设有所述第二连耳对应的第二嵌入槽，所述第二嵌入槽内设有与所述第二连孔对应的第二中轴；
当所述第一连耳完全嵌入所述第一嵌入槽、所述第一中轴完全嵌入所述第一连孔时，所述第二连耳与所述第二接盘分离；
当所述第二连耳完全嵌入所述第二嵌入槽、所述第二中轴完全嵌入所述第二连孔时，所述第一连耳与所述第一接盘分离。
在其中一个实施例，所述第一连孔与所述第一中轴之间、所述第二连孔与所述第二中轴之间均为螺纹配合；
所述连接本体上设有第一驱动机构与第二驱动机构，所述第一驱动机构与所述第一连耳传动相连，以驱动所述第一连耳绕所述第一连孔的轴转动；
所述第二驱动机构与所述第二连耳传动相连，以驱动所述第二连耳绕所述第二连孔的轴转动。
在其中一个实施例，所述连接本体底部设有第三嵌入槽，所述上足杆顶部设有嵌入块，所述嵌入块嵌入所述第三嵌入槽，且所述嵌入块与所述第三嵌入槽螺栓相连。
在其中一个实施例，所述行走机构的数量为四个，四个所述行走结构呈矩形结构分布在所述骨架的两侧。
本发明提供的一种可自由切换运动模式的机器人，通过连接机构与第一支撑机构和第二支撑机构的自由结合，从而实现足式与轮式运动模式的自由切换，且针对足式与轮式运动模式的特点与不同，连接机构不同的结构件相连，满足在不同运动的需求。
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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明实施例中可自由切换运动模式的机器人的整体结构俯视图；
图2为本发明实施例中可自由切换运动模式的机器人的剖视图；
图3为本发明实施例中可自由切换运动模式的机器人在足式行走模式下的侧视图；
图4为本发明实施例中可自由切换运动模式的机器人在轮式行走模式下的侧视图；
图5为本发明实施例中行走机构的局部结构示意图；
图6为本发明实施例中连接机构与行走机构的局部连接结构爆炸图；
图7为本发明实施例中连接机构与行走机构的局部连接结构剖视图；
图8为本发明实施例中连接机构的爆炸结构示意图；
图9为本发明实施例中在轮式行走模式下连接机构的连接结构示意图；
图10为本发明实施例中在行走模式切换过程中连接机构的连接结构示意图；
图11为本发明实施例中在足式行走模式下连接机构的连接结构示意图；
图12为本发明实施例中在足式行走模式下行走机构下俯角10°的结构示意图；
图13为本发明实施例中在足式行走模式下行走机构上仰角10°的结构示意图。
附图标号：。
底槽101、中梁102、内部机身103、踏板104、支架105、悬架106、头部107；
上足杆201、嵌入块2011、下足杆202、轮毂203、轮毂电机204；
第一接盘301、第一嵌入槽3011、第一中轴3012、第一连杆302、第二连杆303、第三连杆304、缓冲弹簧305；
第二接盘401、第二嵌入槽4011、第二中轴4012、第一电机402、第二电机403；
连接本体501、第三嵌入槽5011、第一连耳502、第一连孔5021、第二连耳503、第二连孔5031、第三电机504、第一转盘505、第四电机506、第二转盘507。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，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“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”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，还可以是物理连接或无线通信连接；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，除非另有明确的限定。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。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
如图1-13所示为本实施例公开的一种可自由切换运动模式的机器人，其主要包括骨架、设在骨架内的内部机身103以及设在骨架上的多个行走机构，内部机身103包括电机、电池以及电路板组成的整体结构，骨架的一端还设置有机器人的头部107。其中，行走机构的数量为四个，四个行走结构呈矩形结构分布在骨架的两侧，具体地，行走机构包括活动相连的上足杆201与下足杆202，上足杆201与下足杆202之间可采用现有技术中的连接方式，例如CN112519916A、CN112455567A等公开的实施方式。上足杆201的底端设有轮毂电机204，上足杆201的侧部底端设有轮毂203，且轮毂203与轮毂电机204传动相连，骨架的侧部设有能够抵接下足杆202底端的踏板104，即可以通过转动下足杆202使其抵接在踏板104上，再通过上足杆201上的轮毂203与轮毂电机204实现机器人的整体移动，进而实现机械人行走模式在足式与轮式之间的切换。
考虑到机器人在足式与轮式两种运动模式下需要不同支撑的问题，本实施例在骨架上设置有与行走机构一一对应的支撑组件。该支撑组件包括第一支撑机构与第二支撑机构，上足杆201的顶端通过连接机构与第一支撑机构或第二支撑机构相连，可通过手动的方式将连接机构在第一支撑机构或第二支撑机构之间切换。其中，第一支撑机构上设有缓冲结构，以适配行走机构的轮式行走模式下对避震及承载能力的需求。第二支撑机构上设有旋转驱动结构与俯仰驱动结构，用于驱动行走机构旋转与俯仰，以适配行走机构的足式行走模式，满足机器人应对复杂环境的需求。
骨架包括底槽101以及固定设在底槽101顶部的中梁102，内部机身103通过支架105固定设在底槽101内，中梁102通过悬架106与内部机身103的顶部固定相连。
第一支撑机构包括第一接盘301、第一连杆302、第二连杆303、第三连杆304与缓冲弹簧305。第一接盘301位于骨架的侧部，且第一接盘301的底端与第一连杆302的一端铰接，第一连杆302的另一端与底槽101的侧部铰接。第一接盘301的顶端与第二连杆303的一端铰接，第二连杆303的另一端与第三连杆304的一端铰接，第三连杆304的另一端与中梁102固定相连，其中，同一第一支撑机构中的第一连杆302、第二连杆303、第三连杆304位于同一平面，且中梁102与该平面垂直。缓冲弹簧305套设在第二连杆303上，上足杆201的顶端通过连接机构与第一接盘301可拆卸地相连。
第二支撑机构包括第二接盘401、第一电机402与第二电机403，第二接盘401位于第一接盘301的内侧且与第一接盘301相对设置，第一电机402与第二电机403可选用现有的AI电机。第二接盘401与第一电机402的输出端传动相连，以驱动第二接盘401旋转，进而带动行走机构前后转动，实现机器人的行走；第一电机402与第二电机403的输出端传动相连，以驱动第二接盘401与第一电机402俯仰，即可调节行走机构与底槽101之间的角度，进而适用于复杂的环境需求。第二电机403设在内部机身103上，上足杆201的顶端通过连接机构与第二接盘401可拆卸地相连。
连接组件包括连接本体501、第一连耳502与第二连耳503，第一连耳502上设有第一连孔5021，第二连耳503上设有第二连孔5031，上足杆201的顶端可拆卸地连接在连接本体501的底部。第一连耳502连接在连接本体501的外侧，第一接盘301的内侧设有第一连耳502对应的第一嵌入槽3011，第一嵌入槽3011内设有与第一连孔5021对应的第一中轴3012。第二连耳503连接在连接本体501的内侧，第二接盘401的外侧设有第二连耳503对应的第二嵌入槽4011，第二嵌入槽4011内设有与第二连孔5031对应的第二中轴4012。当第一连耳502完全嵌入第一嵌入槽3011、第一中轴3012完全嵌入第一连孔5021时，第二连耳503与第二接盘401分离。当第二连耳503完全嵌入第二嵌入槽4011、第二中轴4012完全嵌入第二连孔5031时，第一连耳502与第一接盘301分离。
作为优选地实施方式，第一连孔5021与第一中轴3012之间、第二连孔5031与第二中轴4012之间均为螺纹配合。连接本体501上设有第一驱动机构与第二驱动机构，第一驱动机构包括第三电机504与第一转盘505，第三电机504固定设在连接主体的外侧面上，第一连耳502通过第一转盘505与第三电机504的输出端传动相连，以驱动第一连耳502绕第一连孔5021的轴转动。第二驱动机构包括第四电机506与第二转盘507，第四电机506固定设在连接主体的内侧面上，第二连耳503通过第二转盘507与第四电机506的输出端传动相连，以驱动第二连耳503绕第二连孔5031的轴转动。在切换运动模式的过程中，通过第三电机504、第四电机506驱动第一连耳502、第二连耳503转动，进而在第一中轴3012旋入第一连孔5021的同时使第二中轴4012旋出第二连孔5031，或在第一中轴3012旋出第一连孔5021的同时使第二中轴4012旋入第二连孔5031，即完成连接机构与第一支撑机构、第二支撑机构之间的连接切换。
本实施例中，连接本体501底部设有第三嵌入槽5011，上足杆201顶部设有嵌入块2011，嵌入块2011嵌入第三嵌入槽5011，且嵌入块2011与第三嵌入槽5011螺栓相连。
本实施例中，上足杆201上的轮毂电机204的放置方式也分两种，一种是直接安装在上足杆201内进行驱动，此般轮毂电机204体积小且功率较小，适合室内平坦路面，另一种通过机器人主体结构上设置大功率的轮毂电机204，轮毂电机204通过线路连接足杆上的驱动器，驱动轮毂203运动，此般可配置大功率电机带动轮毂203运动，可应对复杂路面情况。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种可自由切换运动模式的机器人，其特征在于，包括骨架、设在所述骨架内的内部机身以及设在所述骨架上的多个行走机构；
所述行走机构包括活动相连的上足杆与下足杆，所述上足杆的底端设有轮毂电机，所述上足杆的侧部底端设有轮毂，且所述轮毂与所述轮毂电机传动相连，所述骨架的侧部设有能够抵接所述下足杆底端的踏板；
所述骨架上设有与所述行走机构一一对应的支撑组件，所述支撑组件包括第一支撑机构与第二支撑机构，所述上足杆的顶端通过连接机构与所述第一支撑机构或所述第二支撑机构相连；
所述第一支撑机构上设有缓冲结构，以适配所述行走机构的轮式行走模式；
所述第二支撑机构上设有旋转驱动结构与俯仰驱动结构，用于驱动所述行走机构旋转与俯仰，以适配所述行走机构的足式行走模式。
2.根据权利要求1所述可自由切换运动模式的机器人，其特征在于，所述骨架包括底槽以及固定设在所述底槽顶部的中梁，所述内部机身通过支架固定设在所述底槽内，所述中梁通过悬架与所述内部机身的顶部固定相连；
所述第一支撑机构包括第一接盘、第一连杆、第二连杆、第三连杆与缓冲弹簧；
所述第一接盘位于所述骨架的侧部，且所述第一接盘的底端与所述第一连杆的一端铰接，所述第一连杆的另一端与所述底槽的侧部铰接；
所述第一接盘的顶端与所述第二连杆的一端铰接，所述第二连杆的另一端与所述第三连杆的一端铰接，所述第三连杆的另一端与所述中梁固定相连；
所述缓冲弹簧套设在所述第二连杆上，所述上足杆的顶端通过连接机构与所述第一接盘可拆卸地相连。
3.根据权利要求2所述可自由切换运动模式的机器人，其特征在于，所述第二支撑机构包括第二接盘、第一电机与第二电机，所述第二接盘位于所述第一接盘的内侧且与所述第一接盘相对设置；
所述第二接盘与所述第一电机的输出端传动相连，以驱动所述第二接盘旋转；
所述第一电机与所述第二电机的输出端传动相连，以驱动所述第二接盘与所述第一电机俯仰；
所述第二电机设在所述内部机身上，所述上足杆的顶端通过连接机构与所述第二接盘可拆卸地相连。
4.根据权利要求3所述可自由切换运动模式的机器人，其特征在于，所述连接组件包括连接本体、第一连耳与第二连耳，所述第一连耳上设有第一连孔，所述第二连耳上设有第二连孔，所述上足杆的顶端可拆卸地连接在所述连接本体的底部；
所述第一连耳连接在所述连接本体的外侧，所述第一接盘的内侧设有所述第一连耳对应的第一嵌入槽，所述第一嵌入槽内设有与所述第一连孔对应的第一中轴；
所述第二连耳连接在所述连接本体的内侧，所述第二接盘的外侧设有所述第二连耳对应的第二嵌入槽，所述第二嵌入槽内设有与所述第二连孔对应的第二中轴；
当所述第一连耳完全嵌入所述第一嵌入槽、所述第一中轴完全嵌入所述第一连孔时，所述第二连耳与所述第二接盘分离；
当所述第二连耳完全嵌入所述第二嵌入槽、所述第二中轴完全嵌入所述第二连孔时，所述第一连耳与所述第一接盘分离。
5.根据权利要求4所述可自由切换运动模式的机器人，其特征在于，所述第一连孔与所述第一中轴之间、所述第二连孔与所述第二中轴之间均为螺纹配合；
所述连接本体上设有第一驱动机构与第二驱动机构，所述第一驱动机构与所述第一连耳传动相连，以驱动所述第一连耳绕所述第一连孔的轴转动；
所述第二驱动机构与所述第二连耳传动相连，以驱动所述第二连耳绕所述第二连孔的轴转动。
6.根据权利要求4或5所述可自由切换运动模式的机器人，其特征在于，所述连接本体底部设有第三嵌入槽，所述上足杆顶部设有嵌入块，所述嵌入块嵌入所述第三嵌入槽，且所述嵌入块与所述第三嵌入槽螺栓相连。
7.根据权利要求1-5任一项所述可自由切换运动模式的机器人，其特征在于，所述行走机构的数量为四个，四个所述行走结构呈矩形结构分布在所述骨架的两侧。
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