CN206797516U - 轮足双模式机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种轮足双模式机器人，设有为一平台结构的机架，其设有多个足机构的固定位，该机架上安装有控制装置；足机构包括顶部的水平舵机、上足臂、下足臂及轮机构；水平舵机固定于机架的固定位上，其输出轴连接上足臂，上足臂的下部设有沿竖直方向转动的垂直舵机，垂直舵机的输出端与下足臂上端部固定连接；轮机构上设有能够沿垂直方向转动的切换舵机，切换舵机的输出轴与下足臂的下端部固定连接，切换舵机侧面设有滚轮，滚轮的旋转平面与切换舵机的输出轴垂直，滚轮的中心连接有电机；控制装置与所述水平舵机、垂直舵机、切换舵机及电机信号连接。本实用新型结构简单，并同时具有在平地上快速移动能力和适应复杂地形上移动的能力。

Description

轮足双模式机器人

技术领域

本实用新型涉及一种机器人，尤其是涉及一种能够实现轮足双模式切换移动的轮足双模式机器人。

背景技术

现有技术有两大种，一是轮式机器人，代表的有麦克纳姆轮或多关节轮式机器人；另一种是多足机器人，是根据昆虫和各种多足动物的步态研究而得到的仿生学技术。

轮式机器人优点是速度较快，但地形适应性不如多足机器人，当遇到复杂地形的时候，会有几率产生颠簸或是侧翻，甚至被阻挡无法移动；而多足机器人尽管地形适应性强，能够越障甚至爬楼梯、翻矮墙，但是步态行走的模式约束，使其在高速运动下整体稳定性差，要实现多足步态机器人的高速大位移运动，则必然对机构的耐用性和强度有着极高的要求。

如何设计出结构简单并具有足够机械强度的机器人结构，即保持对复杂地形的适应能力，同时又提成在平坦地形下的高速运动能力，是现有的机器人研发所需要解决的一个具有现实需求的问题。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是提供一种轮足双模式机器人，具有在平地上快速移动能力和适应复杂地形上移动的能力。

本实用新型的技术解决方案是：

一种轮足双模式机器人，其中，其包括

机架，为一平台结构，其于周边对称的位置上设有多个足机构的固定位，该机架上安装有控制装置；

所述足机构，其包括顶部的水平舵机、上足臂、下足臂及轮机构；所述水平舵机固定于所述机架的固定位上，其输出轴竖直向下连接所述上足臂，所述上足臂为向所述机架外延伸的结构，所述上足臂的下部设有沿竖直方向转动的垂直舵机，所述垂直舵机的输出端与所述下足臂上端部固定连接；所述轮机构上设有能够沿垂直方向转动的切换舵机，该切换舵机的输出轴与所述下足臂的下端部固定连接，所述切换舵机侧面设有滚轮，所述滚轮的旋转平面与所述切换舵机的输出轴垂直，所述滚轮的中心连接有电机；

所述控制装置与所述水平舵机、垂直舵机、切换舵机及电机信号连接。

如上所述的轮足双模式机器人，其中，所述机架为一对称的平板，其于四个对角处设有四个所述固定位，四个所述足机构分别固定连接于所述固定位上，且沿运动方向的两侧相对设置。

如上所述的轮足双模式机器人，其中，所述上足臂为一倒L型结构，所述水平舵机朝下安装在所述机架的上表面，其输出轴向下穿过所述机架，并与所述上足臂的横向部分端部固定连接，所述上足臂的横向部分朝向所述机架外延伸，所述水平舵机及所述上足臂构成横向移动组件。

如上所述的轮足双模式机器人，其中，所述下足臂上端部为U形结构，所述上足臂的下端的垂直舵机的输出轴与所述下足臂上端部的U型结构的一侧固定连接，于所述垂直舵机的输出轴相对一侧的上足臂上设有连接杆，所述连接杆与所述U型结构的另一侧可转动地连接。

如上所述的轮足双模式机器人，其中，所述水平舵机、垂直舵机及切换舵机的输出轴上均固定连接有舵盘，并经由所述舵盘固定连接至对应的位置上。

如上所述的轮足双模式机器人，其中，所述滚轮的外侧面为突出的环状橡胶层，且所述滚轮的轮面与外侧面的转角处设有光滑的滑动面。

如上所述的轮足双模式机器人，其中，所述机架上设有无线通信装置、摄像头；所述机架或足机构上设有距离传感器。

如上所述的轮足双模式机器人，其中，所述无线通信装置为蓝牙通信装置，所述摄像头为双目摄像头，所述距离传感器为超声波传感器。

由以上说明得知，本实用新型与现有技术相比较，确实可达到如下的功效：

本实用新型的轮足双模式机器人，利用巧妙的结构设计，具有能够对应不同地形条件的轮足双模式，使得机器人达到在保持地形适应能力的前提下提升平坦地形下的运动速度，通过足机构的动作，改变了轮机构的滚轮的滚动方向，使得机器人具备了侧向平移的能力，提升了狭窄空间小的机器人机动性。此外，轮子可以经由切换舵机在垂直方向转动，形成了以滚轮行进的轮模式和以滚轮外侧面作为与地面接触的媒介行进的足模式，足模式下，增大了与地面的接触面积，增加了稳定性和减少了机械结构。同时利用机架作为一个可根据需要进行装载设备的操作平台，能够实现多种功能，完成多种工作需求；基础的例如图像、环境参数的收集与传输。

附图说明

图1为本实用新型的轮足双模式机器人的较佳实施例中足模式的立体结构示意图；

图2为本实用新型的轮足双模式机器人的较佳实施例中足模式的侧面结构示意图；

图3为本实用新型的轮足双模式机器人的较佳实施例中足模式的另一侧面结构示意图；

图4为本实用新型的轮足双模式机器人的较佳实施例中轮模式的立体结构示意图；

图5为本实用新型的轮足双模式机器人的较佳实施例中轮模式的侧面结构示意图。

主要元件标号说明：

本实用新型：

1：机架 2：足机构 21：水平舵机

22：上足臂 23：下足臂 24：轮机构

3：滚轮 4：电机 5：舵盘

6：垂直舵机 7：切换舵机

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明实用新型的具体实施方式。

本实用新型所述的各个方向，例如垂直、水平等均为仅示意性地为了说明本实用新型结构中相对的位置和方向，并不用以限定其绝对的方向。

请参照图1至5所示，为本实用新型的轮足双模式机器人的较佳实施例的结构示意图，该示意图中为本实用新型以滚轮行走模式下的结构示意图；如图所示，较佳的，本实用新型的一种轮足双模式机器人，其包括机架1、足机构2以及控制装置。所述机架1为一平台结构，其于周边对称的位置上设有多个足机构2的固定位，该机架1上安装有控制装置；该机架1形成了一个能够搭载多种传感器、检测装置和操作器械的平台，能够根据不同的需求于该平台上安装不同的仪器设备，实现不同的功能。所述足机构2，其包括顶部的水平舵机21、上足臂22、下足臂23及轮机构24；所述水平舵机21固定于所述机架1的固定位上，其输出轴竖直向下连接所述上足臂22，所述上足臂22为向所述机架1外延伸的结构，通过水平舵机21的转动，可以带动上足臂22沿水平方向转动，也由于上足臂22在水平方向的带动，可以使整个足机构2形成前后位移运动变化。所述上足臂22的下部设有沿竖直方向转动的垂直舵机6，所述垂直舵机6的输出端与所述下足臂23上端部固定连接；垂直舵机6能够带动所述下足臂23在竖直方向上转动，从而使下足臂23可以做出抬腿的动作，用于在步行过程中的抬腿或遇到较高的障碍时进行跨越。所述轮机构24上设有能够沿垂直方向转动的切换舵机7，该切换舵机7的输出轴与所述下足臂23的下端部固定连接，所述切换舵机7侧面设有滚轮3，所述滚轮3的旋转平面与所述切换舵机7的输出轴垂直，所述滚轮3的中心连接有电机4；该电机4可以是减速电机。如图1至图3所示，通过切换舵机7的转动实现滚轮3与地面接触面的切换，所述轮机构24的滚轮3的外侧面着地，进入足模式，该滚轮3即成了行走时的脚部；请参阅图4及图5所示，为本实用新型进入轮模式的结构示意图，切换舵机7转动后，所述轮机构24被转动至垂直方向，滚轮3的轮面着地，进入了轮模式，本实用新型便能够利用滚轮3快速行进。通过切换舵机7的旋转带动，能够实现轮机构24进行水平及垂直方向的切换，进入轮模式或足模式，根据不同的移动平面需求进行切换。在较佳的实施方式中，所述滚轮3通过联轴器与电机4和轮机构24相连接。所述控制装置与所述水平舵机21、垂直舵机6、切换舵机7及电机4信号连接。该控制装置可以安装在所述机架1上，也可以安装在远程控制终端上，例如手机、计算机或其他终端设备。控制装置主要是对所述水平舵机21、垂直舵机6、切换舵机7和电机4进行控制，使其能够按照设定的足程序或轮程序进行移动。同时控制装置也可以连接其他的监控设备对本实用新型进行实时的行动引导和报警。

如上所述的本实用新型的轮足双模式机器人，其较佳的实施例中，请参阅图1所示，所述机架1为一对称的平板，其于四个对角处设有四个所述固定位，四个所述足机构2分别固定连接于所述固定位上，且沿运动方向的两侧相对设置。当然平板的形状可以是各种各样的，只要其重心能够位于本实用新型的轮足双模式机器人的内即可，当然还需要考虑到移动过程中的晃动，尽可能的减少。该实施例中，设置了四个固定位，能够安装四个对称分布的足机构2，结构简单。当然，在其他更进一步的实施例中，可以设定为偶数个的对称设置的固定位，设置有更多的足机构2。

如上所述的本实用新型的轮足双模式机器人，其较佳的实施例中，请再参阅图1及2所示，所述上足臂22为一倒L型结构，所述水平舵机21朝下安装在所述机架1的上表面，其输出轴向下穿过所述机架1，并与所述上足臂22的横向部分端部固定连接，所述上足臂22的横向部分朝向所述机架1外延伸，所述水平舵机21及所述上足臂22构成横向移动组件。通过简单的倒L型结构的上足臂22的设置，能够使得水平舵机21旋转后带动上足臂22转动并使得倒L型结构的另一端形成在移动平面上的位移距离，达到在足模式下行走的目的；同时也可以通过该水平舵机21带动上足臂22的过程达到在轮模式下的转向的目的。

如上所述本实用新型的轮足双模式机器人，请参见图3所示，为本实用新型的较佳实施例的侧面结构示意图，在本实用新型的较佳的实施例中，所述下足臂23上端部为U形结构，所述上足臂22的下端的垂直舵机6的输出轴与所述下足臂23上端部的U型结构的一侧固定连接，于所述垂直舵机6的输出轴相对一侧的上足臂22上设有连接杆，所述连接杆与所述U型结构的另一侧可转动地连接。U型结构的的连接方式，能够使足机构2具有更好的稳定性，减少单侧的支撑压力，增强足机构2的结构强度，延长足机构2的使用寿命。当然，在一些情况下，可以只设定单侧连接的方式，减少占用空间。

如上所述的本实用新型的轮足双模式机器人，请参照图1至5所示，其较佳的实施例中，所述水平舵机21、垂直舵机6及切换舵机7的输出轴上均固定连接有舵盘5，并经由所述舵盘5固定连接至对应的位置上。如图所示，各个舵机的输出轴都先连接至一舵盘5上，该托盘能够与需要连接的部位更好连接固定，提高结构强度。同时，也能够通过舵盘5上的辐条用以反馈监测舵机的转动幅度，实现更好的控制。

如上所述的本实用新型的轮足双模式机器人，其较佳的实施例中，所述滚轮3的外侧面为突出的环状橡胶层，且所述滚轮3的轮面与外侧面的转角处设有光滑的滑动面(图中未示)。在足模式下，在行走的过程中，采用滚轮3侧面作为与地面的接触面，在做抬脚跨步的过程中，通过垂直舵机6的向外旋转，可以将下足臂23沿圆弧方向抬起，此时，滚轮3为与地面之间具有一定角度的倾斜状态，为了避免已经倾斜的滚轮3边角与地面摩擦阻碍前进，因此通过在边角处设有光滑的滑动面来减少抬起的滚轮3与地面或障碍物的摩擦，使得滚轮形式的足部能够顺利的向前移动。由于一般滚轮是橡胶制成，因此可以在橡胶滚轮的边角位置加装一层光滑的环状的塑料层，以减少摩擦。

如上所述的本实用新型的轮足双模式机器人，可以加装多种监测和测量设备，以配合控制装置对本实用新型的轮足双模式机器人的行进动作提供更准确的指令判断。较佳的实施例中，所述机架1上设有无线通信装置、摄像头；通过无线通信装置可以令本实用新型的轮足双模式机器人通过远程进行指令控制；所述机架1或足机构2上设有距离传感器，通过距离传感器的监测，可以给予本实用新型的轮足双模式机器人在移动过程中进行障碍物的判断，并按照设定的移动程序实施对应的动作。

如上所述的本实用新型的轮足双模式机器人，其较佳的实施例中，所述无线通信装置为蓝牙通信装置，所述摄像头为双目摄像头，所述距离传感器为超声波传感器。当然，根据需要可以为其他形式的通信装置、摄像头、距离传感器，实现信号传输、视频监控、障碍物判断等功能。

以上述较佳的一实施例为例，本实用新型的轮足双模式机器人，可以利用蓝牙通信装置(例如蓝牙手柄)，以无线方式发送指令信号给连接着蓝牙接收端的具有单片机的控制装置，使其控制各个舵机做出反应从而驱动足机构2的运动；当切换为轮模式时舵机接受指令锁死，在锁死状态下，足机构2不会进行相对转动，而驱动轮子的电机4开始运转，其中一种方式，可以通过左右轮的速度差完成机器人的转向，也可以通过水平舵机21的转动带动滚轮而转向。同时，可以利用转轴将轮子平放，从而实现四足行走的足模式。平台上安装有双目摄像头，可以将前方影像通过图像传送的方式传送到手机或者接收机上。该机器人的四周安装有超声波传感器，可以感受周围的情况，主动进行避障，也可以使足机构2针对不同高度的障碍物进行跨越动作。

本实用新型可以通过利用数控机床切割加工材料得到机架1和足机构2的各个部件，再进行水平舵机21和机架1的组装。将水平舵机21的控制线与机器人搭载的具有单片机的控制装置相连，利用电脑软件对单片机进行编程，将足机构2的步态动作写入单片机。

具体的，将足机构2安装在水平舵机21的舵盘5上，并在足机构2上安装好轮机构24，并连接好各个舵机和电机4的控制线；安装电机4及轮子、联轴器，连接电机4与单片机。

安装头部以及摄像头并且与图传进行连接，实现远程的视频观察和监控。

把蓝牙模块连接到单片机上；在机架1上安装超声波模块，以及环境监测模块，如检测温湿度，紫外线强度，酒精含量，PM2.5含量，其他空气质量参数等的监测模块，用以实现不同的功能。

对于步态的设定过程中，用电脑软件将足机构2对正并锁死舵机的动作写入单片机，并指定其对应的蓝牙模块指令。利用电脑软件将蓝牙模块的输入指令与动作组绑定，使其动作(前进、后退、向左、向右)与蓝牙手柄的按键输入一一对应，可以根据具体的控制装置的按钮进行动作指令的绑定。编程过程中，将减速电机的在不同动作下(前进、后退、向左、向右)的转速配置写入单片机；同时，利用软件将轮机构24旋转90度的两个位置生成两个固定状态，并将锁死或释放舵机的动作写入单片机，并指定其对应的蓝牙模块指令，以形成轮模式和足模式的两个状态。

更进一步地，利用电脑软件对单片机进行编程，将减速电机的在螃蟹模式下(左移、右移、右前、右后、左前、左后)的转速配置写入单片机。以实现更多样化的移动方式。使用者也可以利用基础的移动指令对本实用新型的机器人进行控制，通过不同指令的配合，形成不同的行进动作。

本实用新型的轮足双模式机器人，利用巧妙的结构设计，具有能够对应不同地形条件的轮足双模式，使得机器人达到在保持地形适应能力的前提下提升平坦地形下的运动速度，通过足机构2的动作，改变了轮机构24的滚轮3的滚动方向，使得机器人具备了侧向平移的能力，提升了狭窄空间小的机器人机动性。此外，轮子可以经由切换舵机7在垂直方向转动，形成了以滚轮行进的轮模式和以滚轮3外侧面作为与地面接触的媒介行进的足模式，足模式下，增大了与地面的接触面积，增加了稳定性和减少了机械结构。同时利用机架作为一个可根据需要进行装载设备的操作平台，能够实现多种功能，完成多种工作需求；基础的例如图像、环境参数的收集与传输。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (8)

1.一种轮足双模式机器人，其特征在于，其包括

机架，为一平台结构，其于周边对称的位置上设有多个足机构的固定位，该机架上安装有控制装置；

所述足机构，其包括顶部的水平舵机、上足臂、下足臂及轮机构；所述水平舵机固定于所述机架的固定位上，其输出轴竖直向下连接所述上足臂，所述上足臂为向所述机架外延伸的结构，所述上足臂的下部设有沿竖直方向转动的垂直舵机，所述垂直舵机的输出端与所述下足臂上端部固定连接；所述轮机构上设有能够沿垂直方向转动的切换舵机，该切换舵机的输出轴与所述下足臂的下端部固定连接，所述切换舵机侧面设有滚轮，所述滚轮的旋转平面与所述切换舵机的输出轴垂直，所述滚轮的中心连接有电机；

所述控制装置与所述水平舵机、垂直舵机、切换舵机及电机信号连接。

2.如权利要求1所述的轮足双模式机器人，其特征在于，所述机架为一对称的平板，其于四个对角处设有四个所述固定位，四个所述足机构分别固定连接于所述固定位上，且沿运动方向的两侧相对设置。

3.如权利要求1或2所述的轮足双模式机器人，其特征在于，所述上足臂为一倒L型结构，所述水平舵机朝下安装在所述机架的上表面，其输出轴向下穿过所述机架，并与所述上足臂的横向部分端部固定连接，所述上足臂的横向部分朝向所述机架外延伸，所述水平舵机及所述上足臂构成横向移动组件。

4.如权利要求3所述的轮足双模式机器人，其特征在于，所述下足臂上端部为U形结构，所述上足臂的下端的垂直舵机的输出轴与所述下足臂上端部的U型结构的一侧固定连接，于所述垂直舵机的输出轴相对一侧的上足臂上设有连接杆，所述连接杆与所述U型结构的另一侧可转动地连接。

5.如权利要求4所述的轮足双模式机器人，其特征在于，所述水平舵机、垂直舵机及切换舵机的输出轴上均固定连接有舵盘，并经由所述舵盘固定连接至对应的位置上。

6.如权利要求5所述的轮足双模式机器人，其特征在于，所述滚轮的外侧面为突出的环状橡胶层，且所述滚轮的轮面与外侧面的转角处设有光滑的滑动面。

7.如权利要求1或6所述的轮足双模式机器人，其特征在于，所述机架上设有无线通信装置、摄像头；所述机架或足机构上设有距离传感器。

8.如权利要求7所述的轮足双模式机器人，其特征在于，所述无线通信装置为蓝牙通信装置，所述摄像头为双目摄像头，所述距离传感器为超声波传感器。