CN211391499U - 一种四轮足式全方位移动机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种四轮足式全方位移动机器人，其包括所主体框架、控制装置及驱动装置，所述驱动装置包括四条运动机构，所述控制装置包括测距模块、控制板及摄像组件。本实用新型通过设置超声波传感器用于检测距离避障，防止碰撞的情况出现；通过采用舵机一、舵机二、舵机三、正交连接件、平行连接件及末端支撑座构成的四条运动机构可自由切换直角结构或竖直结构，使得四轮足式全方位移动机器人可切换成轮子移动或足式直立行走移动，通过结构的优化设计，减少舵机的使用，只需两个舵机进行动作即可使得轮式移动与足式行走移动切换，提高切换效率，本实用新型在尽量减少舵机的情况下满足提高轮足切换效率、运动效率以及实现全方位移动。

Description

一种四轮足式全方位移动机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人的技术领域，具体涉及一种四轮足式全方位移动机器人。

背景技术

随着科技的发展，机器人的应用越来越广泛，其中分为工业机器人、环境应用机器人人等，环境应用机器人主要用于地图系统，在仓储、救援等领域，目前市场上常见的环境应用机器人主要可以分为轮式机器人和足式机器人。轮式机器人移动速度快，但难以越过前方的障碍物；相比之下，足式机器人被采用较少，因为其移动速度慢，但可以便捷地跨越前方较高的障碍物。针对轮式与足式其优点，轮足式机器人被研发出来，常见的是四轮足式和六轮足式机器人，现有的四轮足式和六轮足式机器人的结构较为复杂，存在着切换麻烦，轮式移动与足式行走移动切换效率慢，舵机数量多以及不能全方位移动的缺点，且其轮子一般设置在主体外侧，当需要通过轮子移动时，需要将4条腿进行收纳方可轮子移动，转换时间长，影响使用。现有的移动机器人的防碰撞方式多采用碰撞停止组件进行保护，但该方式存在一定的缺陷，且复位弹簧长时间使用可能出现不复位的情况出现，导致移动机器人不工作的情况出现，影响使用。

实用新型内容

本项实用新型是针对现在的技术不足，提供一种四轮足式全方位移动机器人。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种四轮足式全方位移动机器人，所述四轮足式全方位移动机器人包括主体框架、控制装置及驱动装置，所述驱动装置包括四条运动机构，所述主体框架包括上顶板、中间板及下底板，所述下底板设有驱动电源，所述下底板与驱动电源之间设有快速连接结构，所述控制装置包括测距模块、控制板及摄像组件。

作进一步改进，所述测距模块包括多个测距传感器，多个所述测距传感器分别设置在所述主体框架的四个侧面上，所述上顶板与中间板、中间板与下底板之间均设有螺柱连接，所述控制板设置在所述中间板上表面，所述快速连接结构包括两魔术贴，所述其中一魔术贴设置在所述驱动电源底部，所述另一魔术贴设置在所述下底板的上表面。

作进一步改进，所述控制板包括主控制板及副控制板，所述主控制板内设有控制处理模块，所述副控制板设有设有数据传输模块。

作进一步改进，所述四条运动机构分别设置在所述主体框架的四个角部，四条所述运动机构均包括轮子、电机、舵机一、舵机二、舵机三、正交连接件、平行连接件及末端支撑座，所述正交连接件设有两连接部，其中一连接部与所述舵机一的转动轴连接，所述另一连接部与所述舵机二的连接轴连接，所述舵机二与舵机三设置在所述平行连接件上，所述末端支撑座的一端部与所述舵机三的转动轴连接，所述电机设置在所述末端支撑座的另一端，所述轮子与所述电机连接。

作进一步改进，两所述连接部正交设置，所述舵机二与舵机三镜像相对设置在所述平行连接件的两端，所述末端支撑座端部设有U形安装块，所述电机设置在U形安装块上。

作进一步改进，所述摄像组件包括一摄像机及保护壳体，所述保护壳体设有固定螺钉，固定螺钉将所述摄像组件固定在所述上顶板的上表面。

作进一步改进，所述主控制板为Arduino控制板。

作进一步改进，所述副控制板为树莓派3控制板。

作进一步改进，所述摄像机为双目摄像机。

作进一步改进，所述测距传感器为超声波传感器。

本实用新型的有益效果：本实用新型通过设置超声波传感器用于检测距离避障，配合控制板控制运动机构的运动停止，保护四轮足式全方位移动机器人，防止碰撞的情况出现；通过设置快速连接结构便于驱动电源的快速更换，节省拆卸及安装时间，保证使用的效率；通过采用舵机一、舵机二、舵机三、正交连接件、平行连接件及末端支撑座构成的四条运动机构可自由切换直角结构或竖直结构，使得运动机构可根据环境情况快速改变结构，使得四轮足式全方位移动机器人可轮子滚动移动或直立行走移动，通过结构的优化设计，减少舵机的使用，只需两个舵机进行动作即可使得轮式移动与足式行走移动切换，大大提高切换效率及切换速度，通过设置U形安装块，并倒有圆弧，使得足式行走时末端支撑座具有一定的缓冲避震作用，减少应足式行走时的带来的震动对内部舵机及电机的影响，通过设置摄像组件用于采集图像数据并反馈，便于后续的三维重建地图系统、仓储、救援等领域的数据收集及控制；本实用新型在尽量减少舵机的情况下满足提高轮足切换效率、运动效率以及实现全方位移动。

下面结合附图与具体实施方式，对本实用新型进一步说明。

附图说明

图1为本实施例的四轮足式全方位移动机器人整体结构示意图；

图2为本实施例的四轮足式全方位移动机器人分解示意图；

图3为本实施例的四轮足式全方位移动机器人侧视示意图；

图4为本实施例的驱动机构结构示意图；

图5为本实施例的四轮足式全方位移动机器人直立行走状态示意图。

图中：1.四轮足式全方位移动机器人，2.主体框架，3.控制装置，4.驱动装置，5.驱动机构，6.驱动电源，7.快速连接结构，8.螺柱，20.上顶板，21.中间板，22.下底板，30.测距模块，31.控制板，32.摄像组件，50.轮子，51.电机，52.舵机一，53.舵机二，54.舵机三，55.正交连接件，56.平行连接件，57.末端支撑座，300.测距传感器，310.主控制板，311.副控制板，320.摄像机，321.保护壳体，500.连接部，570.U形安装块。

具体实施方式

以下所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不因此而限定本实体新型的保护范围。

实施例，参见附图1～图5，一种四轮足式全方位移动机器人1包括主体框架2、控制装置3及驱动装置4，所述驱动装置4包括四条运动机构5，所述主体框架2包括上顶板20、中间板21及下底板22，所述下底板22设有驱动电源6，所述下底板22与驱动电源6之间设有快速连接结构7，所述控制装置3包括测距模块30、控制板31及摄像组件32，所述测距模块30、控制板31及摄像组件32通过导线与所述驱动电源连接。

所述测距模块30包括多个测距传感器300，多个所述测距传感器300分别设置在所述主体框架2的四个侧面上，所述测距传感器300为超声波传感器，所述测距传感器300用于检测距离，配合控制板控制运动机构5的运动停止，保护四轮足式全方位移动机器人1，防止碰撞的情况出现，所述上顶板20与中间板21、中间板21与下底板20之间均设有螺柱8连接，所述螺柱8使得所述上顶板20与中间板21、中间板21与下底板20之间均有架层，用于放置驱动电源6及控制装置3所述控制板31设置在所述中间板21上表面，所述快速连接结构7包括两魔术贴，所述其中一魔术贴设置在所述驱动电源6底部，所述另一魔术贴设置在所述下底板22的上表面，所述快速连接结构7用于快速安装及拆卸驱动电源6，便于提供安装更换效率。

所述控制板31包括主控制板310及副控制板311，所述主控制板310为Arduino控制板，所述主控制板310内设有控制处理模块，所述主控制板310用于数据处理及控制四条运动机构5的运动或停止，所述副控制板311为树莓派3控制板，所述副控制板311设有设有数据传输模块，所述副控制板311用于传输摄像组件32拍摄的数据，用于远程连接，并将接收到的数据储存起来。

所述四条运动机构5分别设置在所述主体框架2的四个角部，四条所述运动机构5均包括轮子50、电机51、舵机一52、舵机二53、舵机三54、正交连接件55、平行连接件56及末端支撑座57，所述舵机一52、舵机二53、舵机三54、正交连接件55、平行连接件56及末端支撑座57构成直角结构或竖直结构，所述正交连接件55设有两连接部550，两所述连接部500正交设置，其中一连接部500与所述舵机一52的转动轴连接，所述另一连接部500与所述舵机二53的连接轴连接，所述舵机二53与舵机三54设置在所述平行连接件56上，所述舵机二53与舵机三54镜像相对设置在所述平行连接件56的两端，所述末端支撑座57的一端部与所述舵机三54的转动轴连接，所述电机51设置在所述末端支撑座57的另一端，所述末端支撑座57端部设有U形安装块570，所述电机设置在U形安装块570上，所述U形安装块570通过螺钉固定在所述末端支撑座57端部，所述U形安装块570倒有圆弧，所述U形安装块570具有一定的缓冲作用，所述轮子50与所述电机51连接，所述电机51用于驱动轮子50转动，所述运动机构5可根据情况改变结构，使得四轮足式全方位移动机器人1可轮子滚动移动或直立行走移动。

所述摄像组件32包括一摄像机320及保护壳体321，所述保护壳体321设有固定螺钉，固定螺钉将所述摄像组件32固定在所述上顶板20的上表面，所述摄像机320为双目摄像机，所述摄像组件32用于采集图片数据。

所述驱动电源、测距模块30、控制板31、摄像组件32、电机51、舵机一52、舵机二53及舵机三54之间通过导线连接。

本实用新型的工作原理：在足式行走的状态下的工作原理，舵机一安装固定在下底板上，舵机二、舵机三不转动，呈现水平的状态，运动机构的末端竖直向下，轮子的侧面为每一运动机构的底面。舵机二顺时针转动小角度，优选地采用5°，使得每条运动机构缓缓抬高，左侧两运动机构的舵机一逆时针转动一定的角度，优选地采用45°，右侧两运动机构的舵机一顺时针转动一定的角度，舵机二回到原位，即可实现移动机器人向前移动，向后移动则相反。当四条运动机构的舵机一均顺时针转动一定角度，优选地采用90°，可实现移动机器人向左转动，向右转动则相反，同时的距传感器进行周围障碍物的监测，防止碰撞，且移动到指定位置后通过摄像组件进行环境图像的拍摄采集，并通过副控制板远程反馈给客户端并接收客户端发出的控制信号，将信号反馈给主控制板进行四轮足式全方位移动机器人的控制。

当需要进行轮式移动时，足式行走状态下进行切换动作，舵机二、舵机三转动90°，呈现竖直向下的状态，运动机构的末端水平，轮子与地面接触，当四条运动机构的电机均顺时针转动时，即可实现移动机器人向前移动，向后移动则电机逆时针转动，当左侧两运动结构的电机逆时针旋转、右侧两运动机构的电机顺时针旋转，即可实现移动机器人向左转动，向右转动则相反，同时的距传感器进行周围障碍物的监测，防止碰撞，且移动到指定位置后通过摄像组件进行环境图像的拍摄采集，并通过副控制板远程反馈给客户端并接收客户端发出的控制信号，将信号反馈给主控制板进行四轮足式全方位移动机器人的控制。

本实用新型通过设置超声波传感器用于检测距离避障，配合控制板控制运动机构的运动停止，保护四轮足式全方位移动机器人，防止碰撞的情况出现；通过设置快速连接结构便于驱动电源的快速更换，节省拆卸及安装时间，保证使用的效率；通过采用舵机一、舵机二、舵机三、正交连接件、平行连接件及末端支撑座构成的四条运动机构可自由切换直角结构或竖直结构，使得运动机构可根据环境情况快速改变结构，使得四轮足式全方位移动机器人可轮子滚动移动或足式直立行走移动，通过结构的优化设计，减少舵机的使用，只需两个舵机进行动作即可使得轮式移动与足式行走移动切换，大大提高切换效率及切换速度，通过设置U形安装块，并倒有圆弧，使得足式行走时末端支撑座具有一定的缓冲避震作用，减少应足式行走时的带来的震动对内部舵机及电机的影响，通过设置摄像组件用于采集图像数据并反馈，便于后续的三维重建地图系统、仓储、救援等领域的数据收集及控制；本实用新型在尽量减少舵机的情况下满足提高轮足切换效率、运动效率以及实现全方位移动。

本实用新型并不限于上述实施方式，采用与本实用新型上述实施例相同或近似结构或装置，而得到的其他用于四轮足式全方位移动机器人，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种四轮足式全方位移动机器人，其特征在于：所述四轮足式全方位移动机器人包括主体框架、控制装置及驱动装置，所述驱动装置包括四条运动机构，所述主体框架包括上顶板、中间板及下底板，所述下底板设有驱动电源，所述下底板与驱动电源之间设有快速连接结构，所述控制装置包括测距模块、控制板及摄像组件。

2.根据权利要求1所述的四轮足式全方位移动机器人，其特征在于：所述测距模块包括多个测距传感器，多个所述测距传感器分别设置在所述主体框架的四个侧面上，所述上顶板与中间板、中间板与下底板之间均设有螺柱连接，所述控制板设置在所述中间板上表面，所述快速连接结构包括两魔术贴，所述其中一魔术贴设置在所述驱动电源底部，所述另一魔术贴设置在所述下底板的上表面。

3.根据权利要求2所述的四轮足式全方位移动机器人，其特征在于：所述控制板包括主控制板及副控制板，所述主控制板内设有控制处理模块，所述副控制板设有设有数据传输模块。

4.根据权利要求3所述的四轮足式全方位移动机器人，其特征在于：所述四条运动机构分别设置在所述主体框架的四个角部，四条所述运动机构均包括轮子、电机、舵机一、舵机二、舵机三、正交连接件、平行连接件及末端支撑座，所述正交连接件设有两连接部，其中一连接部与所述舵机一的转动轴连接，所述另一连接部与所述舵机二的连接轴连接，所述舵机二与舵机三设置在所述平行连接件上，所述末端支撑座的一端部与所述舵机三的转动轴连接，所述电机设置在所述末端支撑座的另一端，所述轮子与所述电机连接。

5.根据权利要求4所述的四轮足式全方位移动机器人，其特征在于：两所述连接部正交设置，所述舵机二与舵机三镜像相对设置在所述平行连接件的两端，所述末端支撑座端部设有U形安装块，所述电机设置在U形安装块上。

6.根据权利要求5所述的四轮足式全方位移动机器人，其特征在于：所述摄像组件包括一摄像机及保护壳体，所述保护壳体设有固定螺钉，固定螺钉将所述摄像组件固定在所述上顶板的上表面。

7.根据权利要求3所述的四轮足式全方位移动机器人，其特征在于：所述主控制板为Arduino控制板。

8.根据权利要求3所述的四轮足式全方位移动机器人，其特征在于：所述副控制板为树莓派3控制板。

9.根据权利要求6所述的四轮足式全方位移动机器人，其特征在于：所述摄像机为双目摄像机。

10.根据权利要求2所述的四轮足式全方位移动机器人，其特征在于：所述测距传感器为超声波传感器。

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