CN114987643A - 一种可实现轮腿两态切换及高矮宽窄变化的仿生机器人 - Google Patents

一种可实现轮腿两态切换及高矮宽窄变化的仿生机器人 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可实现轮腿两态切换及高矮宽窄变化的仿生机器人，将为可变形机器人实际制作应用提供普遍适用的技术支持。该机器人的主要工作原理为通过舵机控制机构运动副的状态，以实现整体的宽窄变化、高矮变化以及轮腿两态的转化。该机器人可实现轮式、腿式两种形态，并能够根据需求调整高度和宽度，具有设计巧妙，工作原理简单，提高结构利用率、结构紧凑、控制容易等优点，用于保证各部分的正常运行。

Description

一种可实现轮腿两态切换及高矮宽窄变化的仿生机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体来说，是一种可实现轮腿两态切换及高矮宽窄变化的仿生机器人。
背景技术
人类对探索工具的要求越来越高，特别对于那些高危，环境恶劣，生物不能到达的应用场景。5G通讯技术越发的提高了超远距离信息传递的低延迟率，这使得远距离操控技术变的更有价值，而在硬件方面没有能较好实现“一机多能”的高适应性载体。因此，无论是移动机器人还是操作用的机械臂，都应具有一定的适应非结构化环境的能力。
为应对上述实现要求，近年来，一些新概念被提出，诸如轮腿式机器人、四足仿生机器人。依托上述概念的机构也应运而生。轮式移动机器人具有高效、灵活的特性，和其他机器人比较，结构更简单、自身重量小、消耗能量更低，而轮腿式机器人在此基础上更是可以适应不同的复杂地形，进而可以在更多的环境中代替人类进行工作，例如采集外界环境，在危险环境下作业等。但许多机器人难以通过狭窄地区以及一些障碍物，在面对与自身高度、宽度相近或更小的地区时，由于不够灵活变通而导致始终难以通过，显得十分笨重。
综上所述，开发出一种应用于可实现轮腿两态切换以及高矮宽窄变化的仿生机器人是十分必要且有实际应用价值的。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种应用于可实现轮腿两态切换以及高矮宽窄变化的仿生机器人。
本发明的目的是这样实现的：一种可实现轮腿两态切换及高矮宽窄变化的仿生机器人，包括躯体部分，以及四个支撑腿部分，每个支撑腿部分包括：
大腿结构件，所述大腿结构件的根部上下转动地连接躯体部分；
大腿驱动电机，所述大腿驱动电机安装在躯体部分，其输出轴传动连接大腿结构件的根部以驱使大腿结构件上下旋转；
小腿结构件，小腿结构件的上端转动连接大腿结构件的下端；
起支撑作用的电动推杆，所述电动推杆一端转动连接大腿结构件，其另一端转动连接小腿结构件；
结构形态变化组件；
其中，所述结构形态变化组件包括舵机、变形三角板、变形导杆、V型翻转架、支撑轮、轮体驱动电机，所述舵机安装在小腿结构件上，所述变形三角板转动连接小腿结构件并与舵机传动连接，所述变形导杆上端转动连接变形三角板，所述变形导杆下端转动连接V型翻转架一臂部；
所述支撑轮转动连接V型翻转架的顶角侧，所述轮体驱动电机安装在V型翻转架中，其输出端传动连接支撑轮以驱使支撑轮转动；
所述V型翻转架另一臂部转动连接小腿结构件下端并形成切换铰点，在进行轮腿两态切换动作时，所述V型翻转架围绕切换铰点转动；在机器人的支撑腿部分为腿状形态时，所述变形导杆下端与V型翻转架的转动连接点支撑地面，同时所述支撑轮倾斜支撑地面；在机器人的支撑腿部分为轮状形态时，仅所述支撑轮支撑地面。
所述躯体部分包括两个左右分布的、分别构成躯体部分的左右部的侧向主体架，在两个侧向主体架之间设有宽窄调节部件，所述宽窄调节部件与两个侧向主体架活动连接以调节两个侧向主体架的间距。
本发明的有益效果在于：
该机器人可切换为轮式和腿式两种形态，并能够根据需求调整高度和宽度，具有设计巧妙，工作原理简单，提高结构利用率、结构紧凑、控制容易等优点，保证各部分的正常运行。
附图说明
图1是本发明的立体示意图。
图2是宽窄调节部件的示意图。
图3是腿状结构形态的示意图。
图4是轮状结构形态的示意图。
图5是本发明的分解示意图。
图6是转动轮盘和固定轮盘的相对关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图1-6和具体实施例对本发明进一步说明。
如图1、3、4、5所示，一种可实现轮腿两态切换及高矮宽窄变化的仿生机器人，包括躯体部分，以及四个支撑腿部分，每个支撑腿部分包括：
大腿结构件3，大腿结构件3的根部上下转动地连接躯体部分；
大腿驱动电机2，大腿驱动电机2安装在躯体部分，其输出轴传动连接大腿结构件3的根部以驱使大腿结构件3上下旋转；
小腿结构件5，小腿结构件5的上端转动连接大腿结构件3的下端；
起支撑作用的电动推杆4，电动推杆4一端转动连接大腿结构件3，其另一端转动连接小腿结构件5；
结构形态变化组件。
其中，结构形态变化组件包括舵机6、变形三角板7、变形导杆8、V型翻转架9、支撑轮13、轮体驱动电机12，舵机6安装在小腿结构件5上，变形三角板7转动连接小腿结构件5并与舵机6传动连接，变形导杆8上端转动连接变形三角板7，变形导杆8下端转动连接V型翻转架9一臂部。
上述支撑轮13转动连接V型翻转架9的顶角侧，轮体驱动电机12安装在V型翻转架9中，其输出端传动连接支撑轮13以驱使支撑轮13转动。
上述V型翻转架9另一臂部转动连接小腿结构件5下端并形成切换铰点11。
在进行轮腿两态切换动作时，舵机6驱使变形三角板7进行摆动旋转，利用变形三角板7带动变形导杆8进行上下活动，拉动V型翻转架9围绕切换铰点11进行上下转动，V型翻转架9的旋转轨迹面垂直于变形三角板7的旋转轨迹面，从而灵活切换腿状形态和轮状形态。
在机器人的支撑腿部分为腿状形态时，变形导杆8下端与V型翻转架9的转动连接点支撑地面，同时支撑轮13倾斜支撑地面，此时，机器人的支撑腿部分可以在地面爬行。
在机器人的支撑腿部分为轮状形态时，仅支撑轮13支撑地面，此时，机器人的支撑腿部分在地面滚动。
作为本实施例的优选方案，小腿结构件5包括分处外侧、内侧的小腿外侧板件5a、小腿内侧板件5b，还包括固定连接小腿外侧板件5a和小腿内侧板件5b的底支撑块10，切换铰点11位于底支撑块10。
作为本实施例的优选方案，变形三角板7、变形导杆8处于小腿结构件5的外侧方位，支撑轮13处于小腿结构件5的内侧方位；在机器人的支撑腿部分为腿状形态时，变形导杆8下端与V型翻转架9的转动连接点处于小腿结构件5的外侧方位，使得支撑点的位置分布更加合理，让内外侧均能进行支撑，最终使得支撑效果更加稳定。
作为本实施例的优选方案，如图1、2、6所示，为了使得躯体部分的宽度能够得到调节，躯体部分包括两个左右分布的、分别构成躯体部分的左右部的侧向主体架1，在两个侧向主体架1之间设有宽窄调节部件，宽窄调节部件与两个侧向主体架1活动连接以调节两个侧向主体架1的间距。
上述宽窄调节部件包括：
居中设于两侧向主体架1之间的、圆盘状的固定轮盘14；
相对转动地设于固定轮盘14之上的、圆盘状的转动轮盘16，转动轮盘16与固定轮盘14同轴设置，转动轮盘16的直径小于固定轮盘14的直径；
轮盘驱动电机15，轮盘驱动电机15安装在固定轮盘14上，轮盘驱动电机15与转动轮盘16传动连接以驱使转动轮盘16自转；
两个分处转动轮盘16左右两侧的连杆组，连杆组设为水平活动的连杆机构，连杆组活动连接转动轮盘16和侧向主体架1。
其中，固定轮盘14固定连接有分处左右两侧的两个支撑轨道22，侧向主体架1固定连接有活动滑块21，活动滑块21水平滑动地连接支撑轨道22并以支撑轨道22为滑动支撑基础，支撑轨道22的长度方向为左右方向。
每个连杆组均由前后两个单元构成，支撑轨道22和活动滑块21均处于两个单元之间，每个单元包括：
联动杆，联动杆一端转动连接转动轮盘16；
摆动连杆18，摆动连杆18一端转动连接联动杆另一端，摆动连杆18另一端转动连接侧向主体架1；
调节滑块19，转动连接联动杆与摆动连杆18的转轴转动连接调节滑块19。
其中，每个连杆组的每个单元还配置有固定连接固定轮盘14的支撑滑轨20，调节滑块19水平滑动地连接支撑滑轨20并以支撑滑轨20为滑动支撑基础，每个连杆组的两个支撑滑轨20呈八字状分布，且朝向侧向主体架1张开。
为了更加符合运动规律，以免造成干涉，联动杆设置为弯杆17，从俯瞰角度观察，弯杆17为弧形杆，所有弯杆17以顺时针方向排布于转动轮盘16的圆边。
在调节两侧向主体架1的间距时，利用轮盘驱动电机15驱使转动轮盘16进行水平旋转，从而带动两侧的弯杆17进行活动，弯杆17通过摆动连杆18带动侧向主体架1进行水平活动，使得两个侧向主体架1进行相对的水平活动，同时，活动滑块21在支撑轨道22上滑动，调节滑块19在支撑滑轨20上滑动，从而使得侧向主体架1能够稳定地进行水平滑动，使得两个侧向主体架1的相对活动过程更具导向性和稳定性。
以上是本发明的优选实施例，本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本发明总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本发明要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可实现轮腿两态切换及高矮宽窄变化的仿生机器人，包括躯体部分，以及四个支撑腿部分，其特征在于，每个支撑腿部分包括：
大腿结构件(3)，所述大腿结构件(3)的根部上下转动地连接躯体部分；
大腿驱动电机(2)，所述大腿驱动电机(2)安装在躯体部分，其输出轴传动连接大腿结构件(3)的根部以驱使大腿结构件(3)上下旋转；
小腿结构件(5)，小腿结构件(5)的上端转动连接大腿结构件(3)的下端；
起支撑作用的电动推杆(4)，所述电动推杆(4)一端转动连接大腿结构件(3)，其另一端转动连接小腿结构件(5)；
结构形态变化组件；
其中，所述结构形态变化组件包括舵机(6)、变形三角板(7)、变形导杆(8)、V型翻转架(9)、支撑轮(13)、轮体驱动电机(12)，所述舵机(6)安装在小腿结构件(5)上，所述变形三角板(7)转动连接小腿结构件(5)并与舵机(6)传动连接，所述变形导杆(8)上端转动连接变形三角板(7)，所述变形导杆(8)下端转动连接V型翻转架(9)一臂部；
所述支撑轮(13)转动连接V型翻转架(9)的顶角侧，所述轮体驱动电机(12)安装在V型翻转架(9)中，其输出端传动连接支撑轮(13)以驱使支撑轮(13)转动；
所述V型翻转架(9)另一臂部转动连接小腿结构件(5)下端并形成切换铰点(11)，在进行轮腿两态切换动作时，所述V型翻转架(9)围绕切换铰点(11)转动；在机器人的支撑腿部分为腿状形态时，所述变形导杆(8)下端与V型翻转架(9)的转动连接点支撑地面，同时所述支撑轮(13)倾斜支撑地面；在机器人的支撑腿部分为轮状形态时，仅所述支撑轮(13)支撑地面。
2.根据权利要求1所述的一种可实现轮腿两态切换及高矮宽窄变化的仿生机器人，其特征在于：所述小腿结构件(5)包括分处外侧、内侧的小腿外侧板件(5a)、小腿内侧板件(5b)，还包括固定连接小腿外侧板件(5a)和小腿内侧板件(5b)的底支撑块(10)，所述切换铰点(11)位于底支撑块(10)。
3.根据权利要求1所述的一种可实现轮腿两态切换及高矮宽窄变化的仿生机器人，其特征在于：所述变形三角板(7)、变形导杆(8)处于小腿结构件(5)的外侧方位，所述支撑轮(13)处于小腿结构件(5)的内侧方位；在机器人的支撑腿部分为腿状形态时，所述变形导杆(8)下端与V型翻转架(9)的转动连接点处于小腿结构件(5)的外侧方位。
4.根据权利要求1所述的一种可实现轮腿两态切换及高矮宽窄变化的仿生机器人，其特征在于：所述躯体部分包括两个左右分布的、分别构成躯体部分的左右部的侧向主体架(1)，在两个侧向主体架(1)之间设有宽窄调节部件，所述宽窄调节部件与两个侧向主体架(1)活动连接以调节两个侧向主体架(1)的间距。
5.根据权利要求4所述的一种可实现轮腿两态切换及高矮宽窄变化的仿生机器人，其特征在于：所述宽窄调节部件包括：
居中设于两侧向主体架(1)之间的、圆盘状的固定轮盘(14)；
相对转动地设于固定轮盘(14)之上的、圆盘状的转动轮盘(16)，所述转动轮盘(16)与固定轮盘(14)同轴设置；
轮盘驱动电机(15)，所述轮盘驱动电机(15)安装在固定轮盘(14)上，所述轮盘驱动电机(15)与转动轮盘(16)传动连接以驱使转动轮盘(16)自转；
两个分处转动轮盘(16)左右两侧的连杆组，所述连杆组设为水平活动的连杆机构，所述连杆组活动连接转动轮盘(16)和侧向主体架(1)；
其中，所述固定轮盘(14)固定连接有分处左右两侧的两个支撑轨道(22)，所述侧向主体架(1)固定连接有活动滑块(21)，所述活动滑块(21)水平滑动地连接支撑轨道(22)并以支撑轨道(22)为滑动支撑基础，所述支撑轨道(22)的长度方向为左右方向。
6.根据权利要求5所述的一种可实现轮腿两态切换及高矮宽窄变化的仿生机器人，其特征在于：每个连杆组均由前后两个单元构成，每个单元包括：
联动杆，所述联动杆一端转动连接转动轮盘(16)；
摆动连杆(18)，所述摆动连杆(18)一端转动连接联动杆另一端，所述摆动连杆(18)另一端转动连接侧向主体架(1)；
调节滑块(19)，转动连接联动杆与摆动连杆(18)的转轴转动连接调节滑块(19)；
其中，每个连杆组的每个单元还配置有固定连接固定轮盘(14)的支撑滑轨(20)，所述调节滑块(19)水平滑动地连接支撑滑轨(20)并以支撑滑轨(20)为滑动支撑基础。
7.根据权利要求6所述的一种可实现轮腿两态切换及高矮宽窄变化的仿生机器人，其特征在于：所述联动杆设置为弯杆(17)，从俯瞰角度观察，所述弯杆(17)为弧形杆，所有弯杆(17)以顺时针方向排布于转动轮盘(16)的圆边。
8.根据权利要求所述的一种可实现轮腿两态切换及高矮宽窄变化的仿生机器人，其特征在于：所述转动轮盘(16)的直径小于固定轮盘(14)的直径。
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