CN214267807U - 一种新型轮履腿机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种新型轮履腿机器人，包括机器人底盘和多个轮履腿行走单元，所述轮履腿行走单元包括腿驱动组件和变形轮组件；所述变形轮组件通过所述腿驱动组件安装在所述机器人底盘上；所述变形轮组件包括变形单元，所述变形单元可致动所述变形轮组件在轮式和履带式状态之间切换；所述腿驱动组件可致动所述变形轮组件摆动。本实用新型提供的轮履腿机器人，融合了轮式、履式及腿式机器人的特点，将轮式、履式、腿式三种运动模式的优势集于一身，结构简单、体积更小、运动更加稳定；增加姿态角度传感器，能够实现机器人在轮式模式和履带式模式之间的自动切换；增加激光雷达传感器，能够实现机器人的自动避障。

Description

一种新型轮履腿机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及一种新型轮履腿机器人。

背景技术

目前，现有的移动机器人按运动机理和构形形式可分为三种移动机器人，即：轮式机器人、履式机器人和腿式机器人。其中轮式机器人具有结构简单、运行平稳、控制便利的特点，在速度和能耗方面的表现也是现有移动机器人中最好的，但是其不适合复杂多变的环境，越障能力差、通过率低。腿式机器人有着运动灵活，适应性好的特点，但是其机械结构复杂，步态控制困难，速度和能耗方面的表现都不尽如人意。履带式机器人有着较好的越障能力和适应复杂地形的能力，但是存在能耗高、速度及效率较低的缺点。

现有技术中已经存在轮履腿机器人，可在轮式运动模式、履带式运动模式及腿式运动模式之间进行切换，提高了机器人的越障能力。但是现有的轮履腿机器人仍然存在结构复杂，体积较大，运动时不稳定；传感器较少，无法实现自动避障等问题。

实用新型内容

为了至少解决上述技术问题之一，本实用新型的目的在于提供一种新型轮履腿机器人，将轮式、履式、腿式三种运动模式的优势集于一身，实现结构简单、体积更小、运动更加稳定、能在轮式模式和履带式模式之间的自动切换和自动避障的目的。

为了至少实现上述目的之一，本实用新型提供的实施例中采用的技术方案为：提供一种新型轮履腿机器人，包括机器人底盘和多个轮履腿行走单元，所述轮履腿行走单元包括腿驱动组件和变形轮组件；所述变形轮组件通过所述腿驱动组件安装在所述机器人底盘上；所述变形轮组件包括变形单元，所述变形单元可致动所述变形轮组件在轮式和履带式状态之间切换；所述腿驱动组件可致动所述变形轮组件摆动。

进一步地，所述腿驱动组件包括腿致动器，腿支撑件和腿连接件；所述腿支撑件的一端安装在所述机器人底盘下方，另一端通过所述腿连接件与所述变形轮组件连接；所述腿致动器安装在所述腿支撑件上，并通过所述腿连接件致动所述变形轮组件。

进一步地，所述腿致动器为舵机。

进一步地，所述腿连接件为连接法兰；所述连接法兰的一端与所述舵机的输出轴固连，另一端与所述变形轮组件固连。

进一步地，还包括悬架单元；所述悬架单元的一端与所述机器人底盘连接，另一端与所述腿支撑件连接。

进一步地，还包括控制系统，所述控制系统设置在所述机器人底盘上；所述控制系统包括运动驱动模块；所述运动驱动模块包括腿驱动模块和变形轮驱动模块，所述腿驱动模块控制所述腿驱动组件，所述变形轮驱动模块控制所述变形轮组件。

进一步地，所述控制系统还包括电源模块，所述电源模块包括供给电源和降压组件。

进一步地，所述控制系统还包括检测模块，所述检测模块包括姿态角度传感器和激光雷达；所述姿态角度传感器用于收集车辆姿态，实现机器人自动切换轮式模式和履带式模式，所述激光雷达用于检测周围的障碍物，实现自动避障功能。

进一步地，所述控制系统还包括通信模块，所述通信模块包括无线图传模块和无线通讯模块；所述无线图传模块用于采集和传输图像信息；所述无线通讯模块用于接收控制指令和反馈系统信息。

进一步地，所述控制系统还包括控制器，所述控制器包括多个定时器和多个端口。

本实用新型提供的新型变形轮组件与现有技术相比，有益效果在于：

本实用新型提供的轮履腿机器人，融合了轮式、履式及腿式机器人的特点，将轮式、履式、腿式三种运动模式的优势集于一身，结构简单、体积更小、运动更加稳定；增加姿态角度传感器，能够实现机器人在轮式模式和履带式模式之间的自动切换；增加激光雷达传感器，能够实现机器人的自动避障。

总之，本实用新型提出了一种结构简单、体积更小、可靠稳定的新型轮履腿机器人，其在机器人领域中具有广泛的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型提供的新型轮履腿机器人的结构示意图；

图2是本实用新型提供的轮履腿行走单元的结构示意图；

图3是本实用新型提供的轮履腿行走单元的内部结构示意图；

图4是本实用新型提供的控制系统的原理示意图。

其中，附图标记说明如下：

1机器人底盘，2轮履腿行走单元，3悬架单元，4腿驱动组件，4-1腿致动器，4-2腿支撑件，4-3腿连接件，5变形轮组件。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。请注意，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以下，将通过具体实施例对本实用新型的新型轮履腿机器人作详细说明：

如图1-4所示，本实用新型所述的新型轮履腿机器人，包括机器人底盘1和多个轮履腿行走单元2。多个轮履腿行走单元2安装在所述机器人底盘1上，且在所述轮履腿行走单元2与所述机器人底盘1之间还设置有悬架单元3，所述悬架单元3可减少机器人底盘1的晃动，保护设置在机器人底盘1上的传感器。

轮履腿行走单元2包括腿驱动组件4和变形轮组件5，所述变形轮组件5通过腿驱动组件4安装在机器人底盘1上。所述悬架单元3的一端安装在腿驱动组件4，另一端安装在机器人底盘1上。

腿驱动组件4包括腿致动器4-1，腿支撑件4-2和腿连接件4-3。腿支撑件4-2的一端安装在机器人底盘1下方，另一端通过腿连接件4-3与变形轮组件5连接。腿致动器4-1安装在所述腿支撑件4-2上，并可通过腿连接件4-3致动变形轮组件转动一定角度，做出类似抬腿的动作。所述腿致动器4-1可选用本领域常见的致动器，优选为大扭矩舵机；腿连接件优选为连接法兰，连接法兰的一端与舵机的输出轴固连，另一端与变形轮组件5固连。变形轮组件5包括变形单元，所述变形单元可致动变形轮组件5在轮式和履带式状态之间切换。

本实用新型提供的轮履腿机器人可在轮式行进模式、履带行进模式及腿部运动模式之间进行切换。轮履腿机器人在轮式行进模式时，触地面积小，行进速度快，更灵活，轮履腿行走装置与地面近似线接触，摩擦力矩较小，相同电池时的续航能力更高。轮履腿机器人在履带式行进模式时，机器人重心低不易翻倒，触地面积大，越障能力强，牵引力大，深翻负重作业优势明显。轮履腿机器人在腿部运动模式时，可进行台阶，石块等离散物体的跨越，进一步增强了机器人的越障能力。

本实用新型提供的轮履腿机器人，轮履腿行走装置的数量可根据实际需要进行合理选择，如四个、六个等，即四足轮履腿机器人、六足轮履腿机器人。

本实用新型提供的轮履腿机器人还包括控制系统，所述控制系统包括运动驱动模块、控制器模块、电源模块、检测模块和通讯模块等。所述运动驱动模块包括腿驱动模块和变形轮驱动模块，腿驱动模块控制腿驱动组件4转动，使轮履腿行走单元2实现跨过障碍物的功能；变形轮驱动模块控制变形轮组件转动及变形轮组件形态的变化。

电源模块将包括供给电源和降压组件，供给电源优选为24V电源，24V电源供电给电机，并经降压组件降压后，提供12V电压给舵机，以及5V电压供给控制器模块和其他外围电路。

检测模块包括姿态角度传感器和激光雷达。所述姿态角度传感器用于收集车辆姿态，经过算法得到当前路径的崎岖程度，提供形态变换的依据，实现机器人自动切换轮式模式和履带式模式，且还可得出行驶的里程数；所述激光雷达用于检测周围的障碍物，实现自动避障功能。

通信模块包括无线图传模块和无线通讯模块。无线图传模块用于采集和传输图像信息；无线通讯模块用于接收控制指令和反馈系统信息，实现对机器人的远程遥控和数据反馈。

控制器模块包括STM32F407核心板控制器，保证机器人具有良好的运动性能。

STM32F407核心板基于高性能

Cortex^TM-M432位RISC内核，工作频率高达168MHz，能够满足控制的时间要求；STM32F407VET6拥有十二个通用型16位定时器，包括两个用于电机控制的PWM定时器，两个通用32位定时器，便于精确控制电机；STM32F407核心板具有3个SPI，3个I2C，4个USART，2个UART，2个CAN，82个GPIO端口以及3个12位ADC，2个DAC，电路可扩展性强。

本实用新型提供的新型轮履腿机器人与现有技术相比：

本实用新型提供的轮履腿机器人，融合了轮式、履式及腿式机器人的特点，将轮式、履式、腿式三种运动模式的优势集于一身，结构简单、体积更小、运动更加稳定；增加姿态角度传感器，能够实现机器人在轮式模式和履带式模式之间的自动切换；增加激光雷达传感器，能够实现机器人的自动避障。

总之，本实用新型提出了一种结构简单、体积更小、可靠稳定的新型轮履腿机器人，其在机器人领域中具有广泛的应用前景。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组件合。

Claims (10)

1.一种新型轮履腿机器人，包括机器人底盘和多个轮履腿行走单元，其特征在于：所述轮履腿行走单元包括腿驱动组件和变形轮组件；所述变形轮组件通过所述腿驱动组件安装在所述机器人底盘上；所述变形轮组件包括变形单元，所述变形单元可致动所述变形轮组件在轮式和履带式状态之间切换；所述腿驱动组件可致动所述变形轮组件摆动。

2.根据权利要求1所述的新型轮履腿机器人，其特征在于：所述腿驱动组件包括腿致动器，腿支撑件和腿连接件；所述腿支撑件的一端安装在所述机器人底盘下方，另一端通过所述腿连接件与所述变形轮组件连接；所述腿致动器安装在所述腿支撑件上，并通过所述腿连接件致动所述变形轮组件。

3.根据权利要求2所述的新型轮履腿机器人，其特征在于：所述腿致动器为舵机。

4.根据权利要求3所述的新型轮履腿机器人，其特征在于：所述腿连接件为连接法兰；所述连接法兰的一端与所述舵机的输出轴固连，另一端与所述变形轮组件固连。

5.根据权利要求4所述的新型轮履腿机器人，其特征在于：还包括悬架单元；所述悬架单元的一端与所述机器人底盘连接，另一端与所述腿支撑件连接。

6.根据权利要求5所述的新型轮履腿机器人，其特征在于：还包括控制系统，所述控制系统设置在所述机器人底盘上；所述控制系统包括运动驱动模块；所述运动驱动模块包括腿驱动模块和变形轮驱动模块，所述腿驱动模块控制所述腿驱动组件，所述变形轮驱动模块控制所述变形轮组件。

7.根据权利要求6所述的新型轮履腿机器人，其特征在于：所述控制系统还包括电源模块，所述电源模块包括供给电源和降压组件。

8.根据权利要求7所述的新型轮履腿机器人，其特征在于：所述控制系统还包括检测模块，所述检测模块包括姿态角度传感器和激光雷达；所述姿态角度传感器用于收集车辆姿态，实现机器人自动切换轮式模式和履带式模式，所述激光雷达用于检测周围的障碍物，实现自动避障功能。

9.根据权利要求8所述的新型轮履腿机器人，其特征在于：所述控制系统还包括通信模块，所述通信模块包括无线图传模块和无线通讯模块；所述无线图传模块用于采集和传输图像信息；所述无线通讯模块用于接收控制指令和反馈系统信息。

10.根据权利要求9所述的新型轮履腿机器人，其特征在于：所述控制系统还包括控制器，所述控制器包括多个定时器和多个端口。

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