CN213228930U - 多足轮式机器人的摆足及多足轮式机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种多足轮式机器人的摆足及多足轮式机器人，它解决了机器人路面适应性差等问题，其设置在机器人机身底部的中段，包括摆动伸缩足，摆动伸缩足下端设有行走轮，摆动伸缩足和机器人机身之间设有能带动摆动伸缩足沿机器人机身纵向前后摆动的摆动驱动结构。本实用新型具有路面适应性好、移动稳定等优点。

Description

多足轮式机器人的摆足及多足轮式机器人

技术领域

本实用新型属于多足机器人技术领域，具体涉及一种多足轮式机器人的摆足及多足轮式机器人。

背景技术

在自然界和人类社会中存在一些人类无法到达的地方和可能危及人类生命的特殊场合。如行星表面、灾难发生矿井、防灾救援和反恐斗争等，对这些危险环境进行不断地探索和研究，寻求一条解决问题的可行途径成为科学技术发展和人类社会进步的需要。地形不规则和崎岖不平是这些环境的共同特点。从而使轮式机器人和履带式机器人的应用受到限制。以往的研究表明轮式移动方式在相对平坦的地形上行驶时，具有相当的优势运动速度迅速、平稳，结构和控制也较简单，但在不平地面上行驶时，能耗将大大增加，而在松软地面或严重崎岖不平的地形上，车轮的作用也将严重丧失移动效率大大降低。为了改善轮子对松软地面和不平地面的适应能力，履带式移动方式应运而生但履带式机器人在不平地面上的机动性仍然很差行驶时机身晃动严重。与轮式、履带式移动机器人相比在崎岖不平的路面步行机器人具有独特优越性能在这种背景下多足步行机器人的研究蓬勃发展起来。在实际的运用中，多足式机器人存在移动速度较慢的缺点。除此之外，常规的轮式机器人对于坡道或台阶等复杂路况适应性较差。

为了解决现有技术存在的不足，人们进行了长期的探索，提出了各式各样的解决方案。例如，中国专利文献公开了一种多足轮式机器人的轮式足组件[201921303848.6]，其包括行走轮体，行走轮体与能够驱动行走轮体滚动的滚动驱动机构相连，行走轮体的滚动中轴线相对于地面水平设置，滚动驱动机构与能够带动滚动驱动机构相对于地面周向转动的转向驱动机构相连，转向驱动机构的转向中轴线相对于地面竖直设置且行走轮体位于转向中轴线的一侧，转向驱动机构与升降机构相连，升降机构的升降中轴线相对于地面竖直设置或倾斜设置。

上述方案在一定程度上解决了多足机器人行动缓慢的问题，但是该方案依然存在着诸多不足，例如驱动轮高度调节不便，路面适应性较差等问题。

发明内容

本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种设计合理，路面适应性好的多足轮式机器人的摆足；

本实用新型的另一个目的是针对上述问题，提供一种结构简单，高度调节灵活的多足轮式机器人。

为达到上述目的，本实用新型采用了下列技术方案：本多足轮式机器人的摆足，设置在机器人机身底部的中段，包括摆动伸缩足，摆动伸缩足下端设有行走轮，摆动伸缩足和机器人机身之间设有能带动摆动伸缩足沿机器人机身纵向前后摆动的摆动驱动结构。摆动伸缩足的数量为一个且居中设置在机器人机身底部；或者摆动伸缩足的数量至少为两个且居中设置在机器人机身底部，各摆动伸缩足沿机器人机身底部横向间隔分布。摆动伸缩足的摆动范围为摆动伸缩足轴向中轴线和机器人机身纵向中轴线之间形成的夹角，且夹角大小为0-180°。摆动伸缩足具有较大的摆动范围，可适应较大范围的坡面角度变化，在特殊环境下也可取代行走轮作为驱动多足轮式机器人前进的驱动机构。根据实际需要选择合适数量的摆动伸缩足，以获得最佳的运动稳定性。机器人机身中部的摆动伸缩足能够支持机器人机身调整自身重心位置，保证多足轮式机器人的运动协调性，使得多足轮式机器人适应坡道、台阶等各种复杂路况。

在上述的多足轮式机器人的摆足中，摆动伸缩足包括若干依次相连设置的摆动伸缩体，机器人机身和最上方的摆动伸缩体相连，行走轮设置在最下方的摆动伸缩体上，且机器人机身和最上方的摆动伸缩体之间和/或任意两个摆动伸缩体之间设有能驱动摆动伸缩体沿摆动伸缩足长度方向移动的伸缩驱动组件。伸缩驱动组件可灵调整机器人机身与摆动伸缩足或各摆动伸缩足内摆动伸缩体的相对位置，保证摆动伸缩足具有较大的长度调整范围。

在上述的多足轮式机器人的摆足中，摆动驱动结构设置在机器人机身和摆动伸缩足中位于最上方的摆动伸缩体之间和/或摆动伸缩足任意两个摆动伸缩体之间，且摆动驱动结构为电动关节式摆动驱动机构、齿轮式摆动驱动机构、带轮式摆动驱动机构中的任意一种。根据实际需要选择摆动驱动结构的驱动方式，以获得最佳的摆动伸缩足的调节效果。

在上述的多足轮式机器人的摆足中，伸缩驱动组件包括设置在摆动伸缩足中位于最上方的摆动伸缩体与机器人机身之间且驱动该摆动伸缩体沿摆动伸缩足长度方向移动的第一伸缩驱动结构和/或设置在摆动伸缩足中任意两个相邻的两个摆动伸缩体之间且能驱动该相邻的两个摆动伸缩体沿摆动伸缩足长度方向相对移动的第二伸缩驱动结构。第一伸缩驱动结构和第二伸缩驱动结构互相独立，可单独或同步工作，从而缩短摆动伸缩足长度调整时间，快速完成多足轮式机器人的工作形态的变换。

为达到另一个目的，本实用新型采用了下列技术方案：本设有多足轮式机器人的摆足的多足轮式机器人，包括机器人机身，在机器人机身底部设有沿着机器人机身纵向间隔分布的至少两组轮式伸缩足，摆动伸缩足设置在两组轮式伸缩足之间。多足轮式伸缩足使得机器人机身具有较好的移动稳定性，其相对机器人机身在垂直方向上伸缩，灵活调整保持机器人机身的高度，同时保持机器人机身始终处于水平状态。

在上述的多足轮式机器人中，每一组轮式伸缩足中的轮式伸缩足的数量至少为两个，同一组轮式伸缩足中的各轮式伸缩足沿机器人机身底部横向间隔分布。在横向方向上增加多个轮式伸缩足，进一步提高多足轮式机器人的移动稳定性，当一个轮式伸缩足出现故障时，其他轮式伸缩足继续维持多足轮式机器人稳定移动。

在上述的多足轮式机器人中，机器人机身底部设有两组分别位于机器人机身底部前段和后段的轮式伸缩足，每一组轮式伸缩足分别包括两个轮式伸缩足且同一组轮式伸缩足中的两个轮式伸缩足分别位于机器人机身底部两侧，摆动伸缩足位于两组轮式伸缩足之间，摆动伸缩足的数量为一个且居中设置在机器人机身底部中段；或者，摆动伸缩足的数量为两个且分别居中设置在机器人机身底部中段两侧。摆动伸缩足可单独设置在机器人机身中部，在坡道或台阶上移动时保持机器人机身稳定，设置在机器人机身两侧，与轮式伸缩足处于同一纵向方向上，驱动多足轮式机器人前进。

在上述的多足轮式机器人中，轮式伸缩足下端具有轮体，且轮式伸缩足包括若干依次相连设置的轮式伸缩体，机器人机身和最上方的轮式伸缩体相连，轮体设置在最下方的轮式伸缩体上，且机器人机身和最上方的轮式伸缩体之间和/或任意两个轮式伸缩体之间设有能驱动轮式伸缩体沿轮式伸缩足长度方向移动的轮式伸缩驱动组件。轮式伸缩体在轮式伸缩驱动组件驱动下调整相对位置，实现机器人机身的升降。

与现有的技术相比，本实用新型的优点在于：摆动伸缩足在摆动驱动结构驱动下相对机器人机身在纵向方向上摆动，从而调整多足轮式机器人的重心位置，使其适应各种复杂路况；伸缩驱动组件和轮式伸缩驱动组件独立驱动摆动伸缩足和轮式伸缩足的伸缩，从而加快机器人机身高度的调节速率；根据实际需要选择摆动伸缩足的安装位置，使得多足轮式机器人获得最佳的移动稳定性。

附图说明

图1是实施例一的结构示意图；

图2是实施例一的另一视角的结构示意图；

图3是实施例一的下坡的运动状态示意图；

图4是实施例一的上坡的运动状态示意图；

图5是实施例一的台阶上的运动状态示意图；

图6是实施例二的结构示意图；

图中，机器人机身1、安装座11、摆动座12、摆动伸缩足2、摆动伸缩体21、行走轮3、摆动驱动结构4、伸缩驱动组件5、第一伸缩驱动结构51、第二伸缩驱动结构52、轮式伸缩足6、轮式伸缩体61、轮体62、轮式伸缩驱动组件7。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。

实施例一

如图1-5所示，本多足轮式机器人的摆足，设置在机器人机身1底部的中段，包括摆动伸缩足2，摆动伸缩足2下端设有行走轮3，摆动伸缩足2和机器人机身1之间设有能带动摆动伸缩足2沿机器人机身1纵向前后摆动的摆动驱动结构4。当多足轮式机器人上坡时，摆动伸缩足2朝向机器人机身1前进方向后方摆动，同时其相对伸缩保证行走轮3与坡面贴合；当多足轮式机器人下坡时，摆动伸缩足2朝向机器人机身1前进方向后前方摆动。通过调整摆动伸缩足2的摆动位置，使得多足轮式机器人的重心相对坡面处于较低的位置，在上坡或下坡时保持机器人机身1稳定。

具体地，摆动伸缩足2的数量为一个且居中设置在机器人机身1底部。当多足轮式机器人在台阶上行走时，单个摆动伸缩足2摆动的同时伸缩运动，支撑机器人机身1处于水平，行走轮3转动或者摆动伸缩足2摆动伸缩，驱动多足轮式机器人相对台阶上下移动。其中摆动伸缩足2主要充当轮式伸缩足6和机器人机身1移动的支点，辅助多足轮式机器人进行爬坡或上台阶运动。

深入地，摆动伸缩足2的摆动范围为摆动伸缩足2轴向中轴线和机器人机身1纵向中轴线之间形成的夹角，且夹角大小为0-180°。机器人机身1在竖直方向上移动时，摆动伸缩足2在0-180°范围内摆动，调整机器人机身1相对行走轮3的位置。

进一步地，摆动伸缩足2包括若干依次相连设置的摆动伸缩体21，机器人机身1和最上方的摆动伸缩体21相连，行走轮3设置在最下方的摆动伸缩体21上，且机器人机身1和最上方的摆动伸缩体21之间和/或任意两个摆动伸缩体21之间设有能驱动摆动伸缩体21沿摆动伸缩足2长度方向移动的伸缩驱动组件5。摆动伸缩体21由伸缩驱动组件5驱动在摆动伸缩足2的轴向方向上移动，其中伸缩驱动组件5独立驱动，使得摆动伸缩足2可调整至不同的长度。当各伸缩驱动组件5同时工作时，大大缩短单个伸缩驱动组件5调整摆动伸缩足2的长度时所需的时间。

更进一步地，摆动驱动结构4设置在机器人机身1和摆动伸缩足2中位于最上方的摆动伸缩体21之间和/或摆动伸缩足2任意两个摆动伸缩体21之间，且摆动驱动结构4为电动关节式摆动驱动机构、齿轮式摆动驱动机构、带轮式摆动驱动机构中的任意一种。电动关节式摆动驱动机构体积较小，方便装配，但提供的转动力矩较小。齿轮式摆动驱动机构、带轮式摆动驱动机构所提供的力矩较大，适用于较重的机器人机身1，但响应速率和调节精确度较差，需要根据实际需求选择合适的摆动驱动结构4。

除此之外，伸缩驱动组件5包括设置在摆动伸缩足2中位于最上方的摆动伸缩体21与机器人机身1之间且驱动该摆动伸缩体21沿摆动伸缩足2长度方向移动的第一伸缩驱动结构51和/或设置在摆动伸缩足2中任意两个相邻的两个摆动伸缩体21之间且能驱动该相邻的两个摆动伸缩体21沿摆动伸缩足2长度方向相对移动的第二伸缩驱动结构52。第一伸缩驱动结构51可快速调整摆动伸缩足2整体相对机器人机身1的位置，第二伸缩驱动结构52主要调整摆动伸缩足2自身的长度，二者搭配，使得摆动伸缩足2相对机器人机身1的连接处具有较大的伸缩调节范围。

具体地，各个摆动伸缩体21由内向外依次同轴套接，第一伸缩驱动结构51设置在机器人机身1和位于最外侧的摆动伸缩体21之间，行走轮3设置在位于最内侧的摆动伸缩体21下端，第一伸缩驱动结构51包括连接在机器人机身1上的安装座11，且安装座11和与机器人机身1相连的摆动伸缩体21之间通过推杆升降驱动结构、丝杠升降驱动结构和齿轮齿条升降驱动结构中的任意一种驱动结构相连，摆动驱动结构4设置在机器人机身1和安装座11之间，且在摆动驱动结构4作用下，安装座11能相对于机器人机身1周向摆动。安装座11与机器人机身1相对固定，作为第一伸缩驱动结构51的基座，与摆动驱动结构4配合后，安装座11连接的摆动伸缩体21具有多个自由度。

细化地，各个摆动伸缩体21在横向依次并排设置，第一伸缩驱动结构51设置在机器人机身1和位于一侧的摆动伸缩体21之间，行走轮3设置在另一侧的摆动伸缩体21下端，相邻两个摆动伸缩体21之间设有摆动座12，且第二伸缩驱动结构52设置在两个摆动伸缩体21中其中一个摆动伸缩体21和摆动座12之间，且摆动驱动结构4设置在摆动座12和剩余一个摆动伸缩体21之间，且第一伸缩驱动结构51和第二伸缩驱动结构52为推杆升降驱动结构、丝杠升降驱动结构和齿轮齿条升降驱动结构中的任意一种。摆动座12与其中一个摆动伸缩体21固定，第二伸缩驱动结构52驱动另一摆动伸缩体21相对摆动座12伸缩运动。

一种设有多足轮式机器人的摆足的多足轮式机器人，包括机器人机身1，在机器人机身1底部设有沿着机器人机身1纵向间隔分布的至少两组轮式伸缩足6，摆动伸缩足2设置在两组轮式伸缩足6之间。多组轮式伸缩足6安装在机器人机身1两侧，在多足轮式机器人前进时，保持其横向方向上的稳定。中部的摆动伸缩足2在遇到复杂路况时，保持底部的行走轮3始终与地面贴合。

可见地，每一组轮式伸缩足6中的轮式伸缩足6的数量至少为两个，同一组轮式伸缩足6中的各轮式伸缩足6沿机器人机身1底部横向间隔分布。同一横向方向上设置多个轮式伸缩足6，在崎岖不平的地面上行驶时，有助于减少机器人机身1在横向方向上的晃动。

优选地，机器人机身1底部设有两组分别位于机器人机身1底部前段和后段的轮式伸缩足6，每一组轮式伸缩足6分别包括两个轮式伸缩足6且同一组轮式伸缩足6中的两个轮式伸缩足6分别位于机器人机身1底部两侧，摆动伸缩足2位于两组轮式伸缩足6之间，摆动伸缩足2的数量为一个且居中设置在机器人机身1底部中段。前后的轮式伸缩足6相对机器人机身1在垂直方向上伸缩，通过伸缩调整长度后适应不同坡度的路面，中部的摆动伸缩足2在调整过程中保持机器人机身1水平。

显然地，轮式伸缩足6下端具有轮体62，且轮式伸缩足6包括若干依次相连设置的轮式伸缩体61，机器人机身1和最上方的轮式伸缩体61相连，轮体62设置在最下方的轮式伸缩体61上，且机器人机身1和最上方的轮式伸缩体61之间和/或任意两个轮式伸缩体61之间设有能驱动轮式伸缩体61沿轮式伸缩足6长度方向移动的轮式伸缩驱动组件7。轮式伸缩驱动组件7选择推杆升降驱动结构、丝杠升降驱动结构和齿轮齿条升降驱动结构中的任意一种，轮体62和行走轮3内安装有独立控制的驱动电机，通过差速或调整相对轮式伸缩足6的周向角度即可实现多足式机器人的转弯。

实施例二

如图6所示，本实施例的结构、原理以及实施步骤与实施例一类似，不同的地方在于，摆动伸缩足2的数量为两个或两个以上且居中设置在机器人机身1底部，各摆动伸缩足2沿机器人机身1底部横向间隔分布。摆动伸缩足2设置在机器人机身1的两侧，除了起到辅助调节运动状态的作用外，可保证其调整过程中的多足式机器人横向方向上的稳定性。

综上所述，本实施例的原理在于：摆动伸缩足2相对机器人机身1在前进方向的纵向方向上摆动，同时摆动伸缩足2和竖直设置的轮式伸缩足6可调整其相对机器人机身1的长度，使得多足式机器人适应不同坡度的坡面或不同高度的台阶，具有较好的路面适应性。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了机器人机身1、安装座11、摆动座12、摆动伸缩足2、摆动伸缩体21、行走轮3、摆动驱动结构4、伸缩驱动组件5、第一伸缩驱动结构51、第二伸缩驱动结构52、轮式伸缩足6、轮式伸缩体61、轮体62、轮式伸缩驱动组件7等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

Claims (10)

1.一种多足轮式机器人的摆足，设置在机器人机身(1)底部的中段，其特征在于，包括摆动伸缩足(2)，所述的摆动伸缩足(2)下端设有行走轮(3)，所述的摆动伸缩足(2)和机器人机身(1)之间设有能带动摆动伸缩足(2)沿机器人机身(1)纵向前后摆动的摆动驱动结构(4)，所述的摆动伸缩足(2)的数量为一个且居中设置在机器人机身(1)底部；或者所述的摆动伸缩足(2)的数量至少为两个且居中设置在机器人机身(1)底部，各摆动伸缩足(2)沿机器人机身(1)底部横向间隔分布，所述的摆动伸缩足(2)的摆动范围为摆动伸缩足轴向中轴线和机器人机身(1)纵向中轴线之间形成的夹角，且所述的夹角大小为0-180°。

2.根据权利要求1所述的多足轮式机器人的摆足，其特征在于，所述的摆动伸缩足(2)包括若干依次相连设置的摆动伸缩体(21)，所述的机器人机身(1)和最上方的摆动伸缩体(21)相连，所述的行走轮(3)设置在最下方的摆动伸缩体(21)上，且所述的机器人机身(1)和最上方的摆动伸缩体(21)之间和/或任意两个摆动伸缩体(21)之间设有能驱动摆动伸缩体(21)沿摆动伸缩足(2)长度方向移动的伸缩驱动组件(5)。

3.根据权利要求2所述的多足轮式机器人的摆足，其特征在于，所述的摆动驱动结构(4)设置在机器人机身(1)和摆动伸缩足(2)中位于最上方的摆动伸缩体(21)之间和/或摆动伸缩足(2)任意两个摆动伸缩体(21)之间，且所述的摆动驱动结构(4)为电动关节式摆动驱动机构、齿轮式摆动驱动机构、带轮式摆动驱动机构中的任意一种。

4.根据权利要求2所述的多足轮式机器人的摆足，其特征在于，所述的伸缩驱动组件(5)包括设置在摆动伸缩足(2)中位于最上方的摆动伸缩体(21)与机器人机身(1)之间且驱动该摆动伸缩体(21)沿摆动伸缩足(2)长度方向移动的第一伸缩驱动结构(51)和/或设置在摆动伸缩足(2)中任意两个相邻的两个摆动伸缩体(21)之间且能驱动该相邻的两个摆动伸缩体(21)沿摆动伸缩足(2)长度方向相对移动的第二伸缩驱动结构(52)。

5.根据权利要求4所述的多足轮式机器人的摆足，其特征在于，所述的第一伸缩驱动结构(51)和第二伸缩驱动结构(52)为推杆升降驱动结构、丝杠升降驱动结构和齿轮齿条升降驱动结构中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的多足轮式机器人的摆足，其特征在于，所述的行走轮(3)与摆动伸缩足(2)转动连接或通过独立控制的驱动电机连接。

7.一种设有权利要求1-6中任意一项所述的多足轮式机器人的摆足的多足轮式机器人，包括机器人机身(1)，在机器人机身(1)底部设有沿着机器人机身(1)纵向间隔分布的至少两组轮式伸缩足(6)，所述的摆动伸缩足(2)设置在两组轮式伸缩足(6)之间。

8.根据权利要求7所述的多足轮式机器人，其特征在于，每一组轮式伸缩足(6)中的轮式伸缩足(6)的数量至少为两个，同一组轮式伸缩足(6)中的各轮式伸缩足(6)沿机器人机身(1)底部横向间隔分布。

9.根据权利要求8所述的多足轮式机器人，其特征在于，所述的机器人机身(1)底部设有两组分别位于机器人机身(1)底部前段和后段的轮式伸缩足(6)，每一组轮式伸缩足(6)分别包括两个轮式伸缩足(6)且同一组轮式伸缩足(6)中的两个轮式伸缩足(6)分别位于机器人机身(1)底部两侧，所述的摆动伸缩足(2)位于两组轮式伸缩足(6)之间，所述的摆动伸缩足(2)的数量为一个且居中设置在机器人机身(1)底部中段；或者，所述的摆动伸缩足(2)的数量为两个且分别居中设置在机器人机身(1)底部中段两侧。

10.根据权利要求9所述的多足轮式机器人，其特征在于，所述的轮式伸缩足(6)下端具有轮体(62)，且所述的轮式伸缩足(6)包括若干依次相连设置的轮式伸缩体(61)，所述的机器人机身(1)和最上方的轮式伸缩体(61)相连，所述的轮体(62)设置在最下方的轮式伸缩体(61)上，且所述的机器人机身(1)和最上方的轮式伸缩体(61)之间和/或任意两个轮式伸缩体(61)之间设有能驱动轮式伸缩体(61)沿轮式伸缩足(6)长度方向移动的轮式伸缩驱动组件(7)。

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