CN206664749U - 一种球形轮腿式机器人 - Google Patents

Abstract

一种球形轮腿式机器人，设有进行越障的多个机械腿驱动变形装置，多个机械腿驱动变形装置呈环形均匀分布在中心球驱动装置四周，所述的中心球驱动装置由上环形支撑板、下环形支撑板、连接支撑杆、万向滚珠、驱动机构驱动的万向轮、中心球，上环形支撑板和下环形支撑板相互平形设置，可实现机器人的滚动移动，在运动过程中，两种不同的驱动方式根据路况的不同相互切换，以达到越障和快速移动的效果，水平面上主要采用中心球驱动装置运动，该运动速度快，运动方向多角度。

Description

一种球形轮腿式机器人

技术领域

本实用新型属于自动机器人技术领域，具体涉及一种轮腿切换快速移动球形轮腿式机器人。

背景技术

随着科学的进步，人类生产生活的发展，人们对机器人的运动要求也越来越复杂。工作环境的复杂性和多样化对移动机器人的机械结构设计提出了越来越高的要求，本作品针对移动机器人在恶劣（有毒、辐射）环境下工作（地震救援、火灾探测、反恐行动等）遇到凸凹不平的地面而不易跨越的难题，结合轮式和腿式移动机器人机构的运动优点以及无线遥控技术设计了一款高效、稳定的球形轮腿式机器人。国外研究的甲壳虫，一共八条腿，每条腿均有四个转动关节，配备了56个电机，通过多达18个的感应器感知外界环境和保持自身的平衡，可以灵活的适应各种地形。哈工大研发的其第二代六足机器人HITCR II，目前已完成机器人单腿部分的研究工作。单腿具有四个自由度，包括三个关节部分的旋转自由度和一个胫节处的被动柔顺装置，具有关节模块化。参考国内外有关机器人和相关文献，发现有几个问题： 1、结构简单，目前大多数的机器人的外形都是简单的球体，运动方向单一。2、运动的场地多以平底为主，局限性大，越障能力低。3、大多球形机器人是通过内部重心位置改变来控制机器人的运动，运动精度不高。4、机器人的平均移动速度慢。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种球形轮腿切换式装置。该装置能0-360°水平方向内无死角运动，具有较强的的越障能力，运动精度高，移动速度快。

为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种球形轮腿式机器人，设有进行越障的多个机械腿驱动变形装置，多个机械腿驱动变形装置呈环形均匀分布在中心球驱动装置四周，所述的中心球驱动装置由上环形支撑板、下环形支撑板、连接支撑杆、万向滚珠、驱动机构驱动的万向轮、中心球，上环形支撑板和下环形支撑板相互平形设置，在上环形支撑板和下环形支撑板之间夹设有中心球，中心球的下部从下环形支撑板的中心露出，上环形支撑板和下环形支撑板之间固定连接有多根连接支撑杆,在下环形支撑板的下表面上设有多个万向滚珠，在下环形支撑板的上表面上设有多个万向轮，每个万向轮的轮面均与中心球的表面相接触，当多个机械腿驱动变形装置收起，万向滚珠的底面与中心球的底面都与地面相接触。

本实用新型所述的中心球驱动装置还设有均匀设置在下环形支撑板板面上的多个球形轴承，多个球形轴承将中心球架起。

本实用新型所述的万向轮为4个，4个万向轮均匀设置在下环形支撑板的上表面。

本实用新型有益效果：

本实用新型具有机械腿驱动变形装置和中心球驱动装置，通过机械腿驱动变形装置和中心球驱动装置相结合，实现能0-360°方位无死角运动；在水平面无较复杂路况下采用中心球驱动装置行走，在复杂及特殊路况下切换到腿式运动模式，具有较强的的越障能力。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的打开结构示意图；

图中：1、万向滚珠，2、连接支撑杆，3、下环形支撑板，4、中心球，5、上环形支撑板，6、万向轮，7、轴承座，8、机械腿驱动变形装置，9、球形轴承。

具体实施方式

如图1所示，一种球形轮腿机器人包括中心球驱动装置和机械腿驱动装置，在运动过程中，两种不同的驱动方式根据路况的不同相互切换，以达到越障和快速移动的效果，水平面上主要采用中心球驱动装置运动，该运动速度快，运动方向多角度。

机械腿驱动装置采用现有技术实现，实现三角步态行态达到越障的目的，以天牛类昆虫为例, 自躯体开始, 各足依次由基节、转节、腿节、胫节、附节和前纷节几个部分组成, 如图1所示， 除转节与腿节问为不可动连接外, 其余各节间皆以关节相联, 可分别以机构学上的转动副或球面副来表示。足端附节是理想的着地部位, 按自躯体向足端四个关节的排列标记天牛类昆虫的单一腿足为R R R S 形式，昆虫在平坦无阻的地形表面快速行进时, 多以交替的三角步态运动, 即六条足分为两组,身体一侧的前、后足与对侧的中足各作为一组, 形成一稳定的三角支撑. 两组腿交替地摆动和支撑, 实现昆虫的快速运动。

中心球驱动装置其结构包括中心球，万向滚珠，下环形支撑板，上环形支撑板，球形轴承，连接支撑杆，轴承支座，万向轮。所述的中心球支撑在上下两个环形支撑板的中间，上环形支撑板与下环形支撑板水平放置，中心球驱动装置在运动过程中，上环形支撑板与下环形支撑板一下保持水平方向不变。

所述的驱动机构驱动的万向轮的轮面与中心球球面相接触，最少设置4个，分别由4个电机驱动，4个万向轮也支撑中心球，通过驱动万向轮转动，通过摩擦力驱动中心球的运动和方向。

所述的3个连接支撑杆连接着上下环形支撑板，底部固连在万向滚珠上，也可固连在下环形支撑板与上环形支撑板之间，万向滚珠连接在下环形支撑板的底面上，该连接支撑杆支撑只有中心球运动时的平衡；所述的6个机械腿平均固连在下环形支撑板上，用于机械腿驱动，当遇到障碍无法通过中心球驱动装置移动时，6个机械腿驱动变形装置通过下环形支撑板带动中心球驱动装置移动。

所述的多个球形轴承通过轴承支座平均固定在下环形支撑板上，用于支撑中心球，防止中心球与下环形支撑板由摩擦力，在设计时，可根据中心球大小，以及上、下环形支撑板之间的距离，使中心球在放置时与上环形支撑板不接触而从上环形支撑板的中心空间露出，也不影响中心球的转动；

机械腿驱动变形装置和中心球驱动装置的运动与切换通过单片机集成的控制系统实现，单片机自动控制轮腿切换，能使机器人快速移动。

一种球形轮腿切换式机器人，该球形轮腿机器人包括中心球驱动装置和机械腿驱动装置，在运动过程中，两种不同的驱动方式根据路况的不同相互切换，以达到越障和快速移动的效果。在平坦的路面上，在连接支撑杆2支撑机器人平衡的条件下，机械腿驱动变形装置的机械腿先向上收缩离开地面，中心球驱动装置的中心球与万向滚珠与地面接触，对整个机械人进行支撑。然后在球形轴承9支撑中心球4的情况下，再通过控制电机驱动万向轮6，再通过万向轮6的摩擦力来驱动中心球4快速运动和方向，此时连接支撑杆2底部的万向滚珠1也一起运动，以便减少与地面的摩擦力，同时把握中心球驱动装置的整体平衡。在越障时，通过控制机器人切换到机械腿驱动变形装置驱动方式，机器人通过三角步态的行走达到越障的目的。

Claims (3)

1.一种球形轮腿式机器人，设有进行越障的多个机械腿驱动变形装置（8），多个机械腿驱动变形装置（8）呈环形均匀分布在中心球驱动装置四周，其特征在于：所述的中心球驱动装置由上环形支撑板（5）、下环形支撑板（3）、连接支撑杆（2）、万向滚珠（1）、驱动机构驱动的万向轮（6）、中心球（4），上环形支撑板（5）和下环形支撑板（3）相互平形设置，在上环形支撑板（5）和下环形支撑板（3）之间夹设有中心球（4），中心球（4）的下部从下环形支撑板（3）的中心露出，上环形支撑板（5）和下环形支撑板（3）之间固定连接有多根连接支撑杆（2）,在下环形支撑板（3）的下表面上设有多个万向滚珠（1），在下环形支撑板（3）的上表面上设有多个万向轮（6），每个万向轮（6）的轮面均与中心球（4）的表面相接触，当多个机械腿驱动变形装置（8）收起，万向滚珠（1）的底面与中心球（4）的底面都与地面相接触。

2.如权利要求1所述的一种球形轮腿式机器人，其特征在于：所述的中心球驱动装置还设有均匀设置在下环形支撑板（3）板面上的多个球形轴承（9），多个球形轴承（9）将中心球（4）架起。

3.如权利要求1所述的一种球形轮腿式机器人，其特征在于：所述的万向轮（6）为4个，4个万向轮（6）均匀设置在下环形支撑板（3）的上表面。