CN114348135B - 六足轮腿履混合移动机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种六足轮腿履混合移动机器人，其包括腿履、中间万向腿、伸缩机构和底盘框架。位于前腿履的升降机构的第二端和伸缩机构的第三支撑杆连接，位于后腿履的升降机构的第二端和底盘框架的第一支撑杆连接，位于中间万向腿的升降机构的第二端和伸缩机构的第二支撑杆连接。在升降机构中，后滑轨的第二安装端和后滑块的第一安装端滑动连接，后滑块的第二安装端和连接板的第一端连接，连接板的第二端和拉杆的第一端连接，拉杆的第二端通过连接杆和大腿杆的第一安装端连接，大腿杆和副拉杆的安装端分别与上底板和下底板的安装端连接。本发明的升降机构使机器人在越障时改变行走姿态，同时高效率的通过障碍，并提高在复杂地形中的工作效率。

Description

六足轮腿履混合移动机器人

技术领域

本发明涉及移动机器人技术领域，特别涉及一种六足轮腿履混合移动机器人。

背景技术

机器人是自动执行工作的机器装置，它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动，目前已开发了多种类型的移动机器人机构，如轮式移动机器人、履带式移动机器人、足式移动机器人以及轮腿复合式移动机器人应用不同场合，完成不同的工作任务。

在石油以及一些化工厂中，两个厂房之间的液体物料都以管道运输为主，为了保证物料运输的快捷且物料不被污染。还有一些原料储存在室外的储存罐中，也需要管道的运输。一般管道都布置在地面上且距地面有一定距离，中间还具有控制阀门，其布置方式经常为数根管道并排排列，进而形成了相对封闭空间，一些移动机器人需要行进较长的路径，以到达目的地。这种环境形成了类似台阶式的悬空障碍，并且离地距离不足以通过巡检机器人。预防室外管道泄漏需要进行不定时地巡检，以及发生事故后可以进行有效地处理。移动机器人面对这种环境，必须具备高越障和大跨度的特点。

在一种两轮-腿-履带复合型移动机构的专利中，虽然实现了在复杂地形上的行进，但是需要对障碍物进行贴附，在面对光滑直径较大的运输管道时，无法进行有效附着，所以不能通过此类障碍。同时对于较薄的管道，可能会造成管道的变形。

在一种多运动模式轮-履-腿复合式机器人的专利中，虽然能实现行走姿态的转变，但在复杂地面行进时如果采用轮或履带行驶，无法通过障碍，必须采用足式行走，足式行走速率较低，驱动负载大。并且轮距固定，无法越过较宽的障碍物，并且在圆形管道上无法行走。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种六足轮腿履混合移动机器人，通过设置具有升降机构的前腿履、中间万向轮腿和后腿履，不仅增大了履带的中心距离，同时机器人的着地宽度也大大增加，代替人工在复杂的大面积场地的巡检，降低了工人的劳动强度，节约了时间成本。

本发明提供了一种六足轮腿履混合移动机器人，其包括腿履、中间万向腿、伸缩机构、底盘框架和机械臂。所述腿履，其包括升降机构、三角履带、履带轮、履带轴、电机和减速器，所述电机的输出端和所述减速器的输入端固定连接，所述减速器的输出端和所述履带轴的第一安装端连接，所述履带轴的第二安装端和所述履带轮的轴心连接，相邻的履带轮通过所述三角履带连接，所述升降机构的第一端和所述减速器的外壳固定连接；所述中间万向腿，其包括升降机构和万向轮，所述升降机构的第一端和所述万向轮固定连接；位于前腿履的所述升降机构的第二端和所述伸缩机构的第三支撑杆连接，位于后腿履的所述升降机构的第二端和所述底盘框架的第一支撑杆连接，位于中间万向腿的所述升降机构的第二端和所述伸缩机构的第二支撑杆连接。所述升降机构，其包括后滑轨、后滑块、拉杆、大腿杆、连接杆、连接板、副拉杆、下底板和上底板，位于前腿履的所述后滑轨的第一安装端和所述伸缩机构的第三支撑杆连接，位于后腿履的所述后滑轨的第一安装端和所述底盘框架的第一支撑杆连接，位于中间万向腿的所述后滑轨的第一安装端和所述底盘框架的第二支撑杆连接，所述后滑轨的第二安装端和所述后滑块的第一安装端滑动连接，所述后滑块的第二安装端和所述连接板的第一端连接，所述连接板的第二端和所述拉杆的第一端连接，所述拉杆的第二端通过连接杆和所述大腿杆的第一安装端连接，位于后腿履、前腿履、中间万向腿的所述大腿杆的第二安装端和第三安装端分别与所述上底板下端的第一安装端和所述下底板上端的第一安装端连接，所述副拉杆的第一安装端和第二安装端分别与所述上底板下端的第二安装端和所述下底板上端的第二安装端连接，所述上底板的上端分别和位于伸缩机构的下滑动架和底盘框架的下固定架的下端固定连接，所述下底板的下端分别与所述减速器外壳和所述万向轮固定连接。所述伸缩机构，其包括上滑轨、上滑块、下滑块、下滑轨、上滑动架、下滑动架和第三支撑杆，所述上滑动架的第一安装端通过第三支撑杆和所述下滑动架的第一安装端固定连接，所述上滑轨和所述下滑轨的第一安装端分别与所述上滑动架和所述下滑动架的第二安装端固定连接，所述上滑轨和所述下滑轨的第二安装端分别与所述上滑块和所述下滑块的第一安装端滑动连接，所述上滑块和所述下滑块的第二安装端分别与所述底盘框架中上固定架和下固定架的第三安装端固定连接。

可优选的是，还包括底盘框架，其包括上固定架、下固定架、第一支撑杆和第二支撑杆，所述上固定架的第一安装端和第二安装端分别通过第一支撑杆和第二支撑杆与所述下固定架的第一安装端和第二安装端固定连接，所述上底板的第一端和所述下固定架的下端固定连接。

可优选的是，还包括机械臂，其包括底座、大臂、小臂、腕部和机械爪，所述底座的第一端和所述上固定架的上端固定连接，所述底座的第二端和所述大臂的第一端连接，所述大臂的第二端和所述小臂的第一端连接，所述小臂的第二端和所述腕部的第一端连接，所述腕部的第二端和所述机械爪连接。

可优选的是，所述腿履由前腿履和后腿履组成，所述前腿履、所述中间万向腿和所述后腿履的数量相等，均为两个。

可优选的是，所述前腿履对称分布在所述伸缩机构的两侧，所述后腿履对称分布在所述底盘框架的两侧。

可优选的是，所述连接杆和所述连接板位于相邻的两个升降机构之间。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1.本发明的前腿履增大了履带中心距离，同时机器人的着地宽度大大增加，对于多数管道排列可以一次跨越，腿式结构可以进一步的增加履带中心距离，以适应不同的障碍跨度。

2.本发明三对轮腿履混合结构的交替升降保证了机器人不仅在正常地面可以高速行走，而且在越障时可以改变行走姿态，也可以高效率的通过障碍；实现了机器人在复杂地形中进行高跨障，大跨度。

3.本发明满足在了核电与石化管道交叉分布，不同的管道的高度和宽度的场地中巡视和处置。代替人工在复杂的大面积场地的巡检，降低了工人的劳动强度，节约了时间成本。

附图说明

图1为本发明六足轮腿履混合移动机器人的结构图；

图2为本发明六足轮腿履混合移动机器人的六足分布结构图；

图3为本发明六足轮腿履混合移动机器人中伸缩机构的结构图；

图4为本发明六足轮腿履混合移动机器人中机械臂的结构图；

图5为本发明六足轮腿履混合移动机器人中中间万向轮腿收折到底盘框架变成四腿履的示意图；

图6为本发明六足轮腿履混合移动机器人的前腿履伸展时的结构示意图。

主要附图标记：

后腿履1，中间万向腿2，前腿履3，伸缩机构4，底盘框架5，机械臂6，后滑轨7，后滑块8，拉杆9，大腿杆10，三角履带11，副拉杆12，上底板13，下底板14，万向轮15，上滑轨16，上滑块17，下滑块18，下滑轨19，电机20，减速器21，连接杆22，连接板23，底座24，大臂25，小臂26，腕部27，机械爪28，履带轮29，履带轴30，上固定架31，下固定架32，第一支撑杆33，上滑动架34，下滑动架35，第二支撑杆36，第三支撑杆37。

具体实施方式

为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

六足轮腿履混合移动机器人，如图1所示，采用六足轮腿履混合结构，解决了现有移动机器人在大跨度、高障碍的环境下不能有效的移动问题，提高了移动机器人的越障能力和跨度距离，兼具行驶平稳，移动灵活的特点，在越障、行驶过程中至少四条腿履或轮腿着地，包括前腿履3、后腿履1、中间万向腿2、伸缩机构4、底盘框架5和机械臂6，各个部件所使用的材料均为铝合金，固定连接方式采用螺栓连接。

在本发明的一个优选实施例中，前腿履3、中间万向腿2和后腿履1的数量相等，均为两个；前腿履3对称分布在伸缩机构4的两侧，后腿履1对称分布在底盘框架5的两侧，每个腿履为独立电机驱动，在越障行进过程中前腿履1或后腿履3一定有一对腿履着地，可以正常行驶，前腿履3或后腿履1中左右两侧的履带可以不同的速度驱动，进行差速转向。

前腿履3，如图2和图3所示，包括升降机构、三角履带11、履带轮29、履带轴30、电机20和减速器21，电机20的输出端和减速器21的输入端固定连接，减速器21的输出端和履带轴30的第一安装端连接，履带轴30的第二安装端和履带轮29的轴心连接，相邻的履带轮29通过三角履带11连接，升降机构的第一端和减速器21的外壳固定连接，升降机构的第二端和伸缩机构4的第三支撑杆37连接。

中间万向腿2，如图2和图5所示，包括升降机构和万向轮15，升降机构的第一端和万向轮15固定连接，升降机构的第二端和伸缩机构4的第二支撑杆36连接。

后腿履1，如图2所示，包括升降机构、三角履带11、履带轮29、履带轴30、电机20和减速器21，电机20的输出端和减速器21的输入端固定连接，减速器21的输出端和履带轴30的第一安装端连接，履带轴30的第二安装端和履带轮29的轴心连接，相邻的履带轮29通过三角履带11连接，升降机构的第一端和减速器21的外壳固定连接，升降机构的第二端和底盘框架5的第一支撑杆33连接。

升降机构，如图2和图3所示，包括后滑轨7、后滑块8、拉杆9、大腿杆10、连接杆22、连接板23、副拉杆12、下底板14和上底板13，位于前腿履3的后滑轨7的第一安装端和伸缩机构4的第三支撑杆37连接，位于后腿履1的后滑轨7的第一安装端和底盘框架5的第一支撑杆33连接，位于中间万向腿2的后滑轨7的第一安装端和底盘框架5的第二支撑杆36连接，后滑轨7的第二安装端和后滑块8的第一安装端滑动连接。

后滑块8的第二安装端和连接板23的第一端连接，连接板23的第二端和拉杆9的第一端连接，拉杆9的第二端通过连接杆22和大腿杆10的第一安装端连接，连接杆22位于相邻两个前腿履3、两个中间万向腿2或者两个后腿履1之间，位于后腿履1、前腿履3、中间万向腿2的大腿杆10的第二安装端和第三安装端分别与上底板13下端的第一安装端和下底板14上端的第一安装端连接，副拉杆12的第一安装端和第二安装端分别与上底板13下端的第二安装端和下底板14上端的第二安装端连接，上底板13的上端分别和位于伸缩机构4的下滑动架35和底盘框架5的下固定架32的下端固定连接，下底板14的下端分别与减速器21外壳和万向轮15固定连接，在抬升过程中下底板14始终与底盘框架5保持平行。在一个优选实施方式中，连接杆22和连接板23位于相邻的两个升降机构之间。

伸缩机构4，如图3所示，包括上滑轨16、上滑块17、下滑块18、下滑轨19、上滑动架34、下滑动架35和第三支撑杆37，上滑动架34的第一安装端通过第三支撑杆37和下滑动架35的第一安装端固定连接，上滑轨16和下滑轨19的第一安装端分别与上滑动架34和下滑动架35的第二安装端固定连接，上滑轨16和下滑轨19的第二安装端分别与上滑块17和下滑块18的第一安装端滑动连接，上滑块17和下滑块18的第二安装端分别与底盘框架5中上固定架31和下固定架32的第三安装端固定连接。

底盘框架5，如图5所示，包括上固定架31、下固定架32、第一支撑杆33和第二支撑杆36，上固定架31的第一安装端和第二安装端分别通过第一支撑杆33和第二支撑杆36与下固定架32的第一安装端和第二安装端固定连接。

机械臂6，如图4所示，包括底座24、大臂25、小臂26、腕部27和机械爪28，底座24的第一端和上固定架31的上端固定连接，底座24的第二端和大臂25的第一端连接，大臂25的第二端和小臂26的第一端连接，小臂26的第二端和腕部27的第一端连接，腕部27的第二端和机械爪28连接。

以下结合实施例对本发明一种六足轮腿履混合移动机器人做进一步描述：

当本发明装置需要通过障碍去抓取阀门时，具体运动过程是这样实现地：

本发明装置在正常路面行驶时，通过中间万向腿2的后滑块8沿着位于底盘框架5上第二支撑杆36的后滑轨7向上运动，带动拉杆9拉动大腿杆10绕这固定轴旋转，驱动使得连接板23上升，从而拉杆9把中间万向轮腿2抬起，此时只有前腿履3和后腿履1与地面接触，可以保证本发明装置的行驶，如图5所示。通过前腿履1和后腿履3上的电机20，通过减速器21带动履带轮29绕着履带轴30在三角履带11中运动。

当本发明装置运动到障碍物面前时，先通过中间万向腿2的后滑块8沿着位于底盘框架5上第二支撑杆36的后滑轨7向下运动，带动拉杆9拉动大腿杆10绕这固定轴旋转，驱动使得连接板23下降，从而拉杆9把中间万向轮腿2放下；接着通过前腿履3的后滑块8沿着位于伸缩机构4的第三支撑杆37的后滑轨7向上运动，带动拉杆9拉动大腿杆10绕这固定轴旋转，驱动使得连接板23上升，从而拉杆9把前腿履3抬起；位于后腿履1上的副拉杆12，使与副拉杆12第一安装端和第二安装端分别连接的上底板13和下底板14，保持着后腿履1上的大腿杆10的同步运动，以及使下底板14始终与底盘框架5保持平行，使得三角履带11和万向轮15始终与地面保持有效接触。前腿履3的抬起增加了前腿履3和中间万向轮腿2之间的间距，从跨越较宽的障碍或者沟壑。

接着，本发明装置的伸缩机构4中的上滑块17和下滑块18分别沿着位于上滑动架34和下滑动架35上的上滑轨16和下滑轨19滑动，使得伸缩机构4沿着底盘框架5中的上固定架31和下固定架32伸长，从而增加前腿履3和后腿履1中三角履带11之间的距离，使得前腿履3跨越障碍，如图3所示。

当前腿履3跨越障碍物后，通过前腿履3的后滑块8沿着位于伸缩机构4的第三支撑杆37的后滑轨7向下运动，带动拉杆9拉动大腿杆10绕这固定轴旋转，驱动使得连接板23下降，从而拉杆9把前腿履3放下。

然后，在保证越过障碍物时有足够的空间，通过中间万向腿2的后滑块8沿着位于底盘框架5上第二支撑杆36的后滑轨7向上运动，带动拉杆9拉动大腿杆10绕这固定轴旋转，驱动使得连接板23上升，从而拉杆9把中间万向轮腿2抬起，跨越障碍；当中间万向腿2跨越障碍物后，通过中间万向腿2的后滑块8沿着位于底盘框架5上第二支撑杆36的后滑轨7向下运动，带动拉杆9拉动大腿杆10绕这固定轴旋转，驱动使得连接板23下降，从而拉杆9把中间万向轮腿2放下。

接着，通过后腿履1的后滑块8沿着位于底盘框架5的第一支撑杆33的后滑轨7向上运动，带动拉杆9拉动大腿杆10绕这固定轴旋转，驱动使得连接板23上升，从而拉杆9把后腿履1抬起，跨越障碍；当后腿履1跨越障碍物后，通过后腿履1的后滑块8沿着位于底盘框架5的第一支撑杆33的后滑轨7向下运动，带动拉杆9拉动大腿杆10绕这固定轴旋转，驱动使得连接板23下降，从而拉杆9把后腿履1放下，如果在障碍物前方无法通过后腿履1时，可以通过前腿履3之间的差速，使整个发明装置进行转向，将后腿履1摆动通过障碍。

最终整个发明装置完成障碍物的跨越，如图6所示，在通过位于底盘框架5中上固定架31的两个机械臂6，通过控制两机械臂6的协调作业，通过机械爪28去抓取阀门，病增大扭矩完成阀门扭转。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种六足轮腿履混合移动机器人，其包括腿履、中间万向腿、伸缩机构、底盘框架和机械臂，其特征在于，

所述腿履，其包括升降机构、三角履带、履带轮、履带轴、电机和减速器，所述电机的输出端和所述减速器的输入端固定连接，所述减速器的输出端和所述履带轴的第一安装端连接，所述履带轴的第二安装端和所述履带轮的轴心连接，相邻的履带轮通过所述三角履带连接，所述升降机构的第一端和所述减速器的外壳固定连接；所述中间万向腿，其包括升降机构和万向轮，所述升降机构的第一端和所述万向轮固定连接；位于前腿履的所述升降机构的第二端和所述伸缩机构的第三支撑杆连接，位于后腿履的所述升降机构的第二端和所述底盘框架的第一支撑杆连接，位于中间万向腿的所述升降机构的第二端和所述伸缩机构的第二支撑杆连接；

所述升降机构，其包括后滑轨、后滑块、拉杆、大腿杆、连接杆、连接板、副拉杆、下底板和上底板，位于前腿履的所述后滑轨的第一安装端和所述伸缩机构的第三支撑杆连接，位于后腿履的所述后滑轨的第一安装端和所述底盘框架的第一支撑杆连接，位于中间万向腿的所述后滑轨的第一安装端和所述底盘框架的第二支撑杆连接，所述后滑轨的第二安装端和所述后滑块的第一安装端滑动连接，所述后滑块的第二安装端和所述连接板的第一端连接，所述连接板的第二端和所述拉杆的第一端连接，所述拉杆的第二端通过连接杆和所述大腿杆的第一安装端连接，位于后腿履、前腿履、中间万向腿的所述大腿杆的第二安装端和第三安装端分别与所述上底板下端的第一安装端和所述下底板上端的第一安装端连接，所述副拉杆的第一安装端和第二安装端分别与所述上底板下端的第二安装端和所述下底板上端的第二安装端连接，所述上底板的上端分别和位于伸缩机构的下滑动架和底盘框架的下固定架的下端固定连接，所述下底板的下端分别与所述减速器外壳和所述万向轮固定连接；

所述伸缩机构，其包括上滑轨、上滑块、下滑块、下滑轨、上滑动架、下滑动架和第三支撑杆，所述上滑动架的第一安装端通过第三支撑杆和所述下滑动架的第一安装端固定连接，所述上滑轨和所述下滑轨的第一安装端分别与所述上滑动架和所述下滑动架的第二安装端固定连接，所述上滑轨和所述下滑轨的第二安装端分别与所述上滑块和所述下滑块的第一安装端滑动连接，所述上滑块和所述下滑块的第二安装端分别与所述底盘框架中上固定架和下固定架的第三安装端固定连接；

还包括底盘框架，其包括上固定架、下固定架、第一支撑杆和第二支撑杆，所述上固定架的第一安装端和第二安装端分别通过第一支撑杆和第二支撑杆与所述下固定架的第一安装端和第二安装端固定连接，所述上底板的第一端和所述下固定架的下端固定连接；

所述连接杆和所述连接板位于相邻的两个升降机构之间；

三对轮腿履混合结构的交替升降使机器人不仅在正常地面能够高速行走，而且在越障时能够改变行走姿态。

2.根据权利要求1所述的六足轮腿履混合移动机器人，其特征在于，还包括机械臂，其包括底座、大臂、小臂、腕部和机械爪，所述底座的第一端和所述上固定架的上端固定连接，所述底座的第二端和所述大臂的第一端连接，所述大臂的第二端和所述小臂的第一端连接，所述小臂的第二端和所述腕部的第一端连接，所述腕部的第二端和所述机械爪连接。

3.根据权利要求1所述的六足轮腿履混合移动机器人，其特征在于，所述腿履由前腿履和后腿履组成，所述前腿履、所述中间万向腿和所述后腿履的数量相等，均为两个。

4.根据权利要求1或者3所述的六足轮腿履混合移动机器人，其特征在于，所述前腿履对称分布在所述伸缩机构的两侧，所述后腿履对称分布在所述底盘框架的两侧。

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