CN214875224U - 一种模块化轮足两用机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及机器人技术领域，更具体地，涉及一种模块化轮足两用机器人，两个对称设置的运动模块，两端分别与两个运动模块进行连接的连接模块；所述运动模块包括轮足变换模块、用于实现所述轮足变换模块回转运动的第一关节模块、用于实现所述轮足变换模块摆转运动的第二关节模块，所述轮足变换模块、所述第一关节模块、所述第二关节模块依次连接。本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可通过轮子在竖直状态与水平状态之间进行转换进而共用轮足的模块化轮足两用机器人。

Description

一种模块化轮足两用机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，更具体地，涉及一种模块化轮足两用机器人。

背景技术

移动机器人的机动性使机器人的活动范围和应用领域大大扩展，轮式移动机器人因为其在运动时速度快、运行平稳等特点而得到广泛的应用，是机器人研究中一个经久不衰的热点；足式移动机器人可以在轮式移动机器人不能工作的环境中运行，例如沙石路面、瓦砾砖块纵横的路面状况，足式移动机器人亦可以跳过、跨越障碍物或者沟壑，其运动方式的立足点是离散的点，对崎岖路面具有很好的适应能力，所以其未来可能代替人完成巡检、服务和工业应用，例如变电站等环境。

现有技术中，有多种多样的轮式和足式移动机器人，但其机动灵活性不够高，而且轮式移动机器人与足式移动机器人在同一机器人上不能相互转换，仅固定为一种模式。当轮式移动机器人遇到障碍物和沟壑等状况时，也无能为力。

中国专利CN205574095U公开了一种轮足两用式机器人，同时具有四个行走轮及六只足脚，可满足在轮式与足式之间随意转换，但行走轮及足脚无法共用，由于需要在一个机器人上同时排布四个行走轮与六只足脚，使行走轮与足脚均可与地面接触才能实现机器人的运动，导致整个机器人比较庞大，需要占用的空间较多，不够灵活，不便于在狭窄的区域内运动。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可通过轮子在竖直状态与水平状态之间进行转换，进而实现只用一个部件就可以同时具有轮子与足脚功能的模块化轮足两用机器人，可节约材料，降低成本，而且可以使机器人自身占用的空间小，可以在狭窄的区域内运动。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

提供一种模块化轮足两用机器人，包括两个对称设置的运动模块，两端分别与两个运动模块进行连接的连接模块；所述运动模块包括轮足变换模块、用于实现所述轮足变换模块回转运动的第一关节模块、用于实现所述轮足变换模块摆转运动的第二关节模块，所述轮足变换模块、所述第一关节模块、所述第二关节模块依次连接。

本实用新型的运动模块实现机器人的轮式或足式运动，连接模块用于连接两个运动模块；第一关节模块用于实现轮足变换模块的自身旋转，便于轮足变换模块在移动过程中调整方向；第二关节模块用于实现轮足变换模块的摆转，便于轮组变换模块的跨越；第一关节模块和第二关节模块均至少具有一个转动自由度。轮足变换模块用于使机器人在轮式移动模式与足式移动模式之间根据需求进行变换，在路面平坦时,使用轮式模式，使机器人能高速移动；在路况坑洼或遇到障碍物时，使用足式模式，使机器人可顺利行走或跨越障碍。具体地，通过使轮子处于竖直状态，即轮子轴线与地面处于平行状态，可实现轮子的滚动，即为轮式模式；通过使轮子处于水平状态，即轮子轴线与地面处于垂直状态，可实现轮子的平移与跨越，即足式模式。连接模块用于连接位于两个运动模块端部的两个第二关节模块，并实现两个第二关节模块之间的转动，进而将力传递给第一关节模块带动轮足变换模块实现摆转运动。本实用新型的模块化轮足两用机器人构建容易、结构简单、系统灵活度高，通过轮组变换模块一个部件就可以同时具有轮子和足脚的功能，实现机器人在轮子状态下的快速移动和在足脚状态下的行走和跨越；而且整个机器人可以向人的双足一样，进行直立行走，身形狭小，可穿过狭小区域；因此可以广泛应用于服务、工业、探测和救灾等场景。

优选地，所述连接模块为至少一个可实现回转运动的第三关节模块和/或至少一个可实现摆转运动的第四关节模块。

优选地，所述第三关节模块的结构与所述第一关节模块的结构相同，所述第四关节模块的结构与所述第二关节模块的结构相同。

优选地，所述轮足变换模块包括两个轮子、用于使所述轮子与所述第一关节模块进行连接的连接单元、用于使所述轮子在竖直状态与水平状态之间进行转换的变换单元，所述变换单元设于所述连接单元与所述轮子之间且与其均转动连接。

优选地，所述变换单元包括第一驱动机构、第一传动机构；所述连接单元包括设有中空腔体的上壳体与下壳体、用于辅助支撑所述轮子的从动杆，所述上壳体一端与所述下壳体连接，另一端与所述第一关节模块连接；所述下壳体与所述从动杆一端转动连接，所述从动杆另一端与所述第一驱动机构转动连接；在所述上壳体内设有第二驱动机构，在所述下壳体内设有第二传动机构；所述第一驱动机构一端与所述第一传动机构一端连接，另一端与所述轮子连接；所述第二传动机构一端与所述第二驱动机构连接，另一端与所述第一传动机构连接。

优选地，所述第一传动机构包括蜗轮、直杆；所述第一驱动机构包括第一电机座、第一电机；所述第二传动机构包括第一谐波减速器、联轴器、蜗杆；所述第二驱动机构包括输出盘、第二电机；所述蜗轮一端与所述直杆一端连接，另一端与所述蜗杆啮合；所述第一电机座一端与所述第一电机连接，另一端分别与所述直杆另一端、所述从动杆端部转动连接；所述联轴器依次与所述第一谐波减速器、所述输出盘、所述蜗杆同轴连接，所述第二电机与所述输出盘连接。

优选地，所述第一关节模块包括设有中空腔体的第一壳体、第三传动机构、第三驱动机构、第一关节输出件，所述第一壳体内部沿轴线方向由第一分隔板分隔成第一腔体和第二腔体；所述第三传动机构设置在第一腔体内，所述第三驱动机构设置在第二腔体内；所述第三驱动机构穿过所述第一分隔板与所述第三传动机构一端连接，所述第三传动机构另一端与所述第一关节输出件连接。

优选地，所述第三驱动机构为第三电机；所述第三传动机构包括主动圆柱齿轮、从动圆柱齿轮、第二谐波减速器；所述第三电机主轴穿过所述第一分隔板与所述主动圆柱齿轮同轴连接，所述从动圆柱齿轮与主动圆柱齿轮啮合且与所述第二谐波减速器同轴连接，所述第二谐波减速器远离所述从动圆柱齿轮一端与所述第一关节输出件连接。

优选地，所述第二关节模块包括设有中空腔体的第二壳体、第四传动机构、第四驱动机构、第二关节输出件，所述第二壳体内部由第二分隔板分隔成第三腔体和第四腔体；所述第四传动机构设置在第三腔体内，所述第四驱动机构设置在第四腔体内；所述第四驱动机构穿过所述第二分隔板与所述第四传动机构一端连接，所述第四传动机构另一端与所述第二关节输出件连接。

优选地，所述第四驱动机构为第四电机；所述第四传动机构包括主动锥齿轮、从动锥齿轮、第三谐波减速器；所述第四电机主轴穿过所述第二分隔板与所述主动锥齿轮同轴连接，所述从动锥齿轮与所述主动锥齿轮啮合且与所述第三谐波减速器同轴连接，所述第三谐波减速器远离所述从动锥齿轮一端与所述第二关节输出件连接。

优选地，还包括控制单元，所述控制单元包括控制所述足轮变换模块进行模式转换的第一控制器、控制所述第三电机动作的第二控制器、控制所述第四电机动作的第三控制器，所述第一控制器与所述第一电机、所述第二电机分别电连接；所述第二控制器与所述第三电机电连接；所述第三控制器与所述第四电机电连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)通过轮足变换模块实现机器人在不同的应用场景下可以在轮式模式与足式模式进行灵活切换，实现既可快速移动，又可遇到障碍物时实现跨越的功能，克服目前移动机器人应用场景单一、适应能力差等缺点；具体地，通过第二关节模块的摆动实现轮子在足式模式下的跨越运动，通过第一关节模块的转动，实现轮子的方向调节，以在机器人运动时调整前进方向；

(2)通过采用圆柱直齿轮实现关节模块绕自身旋转，采用锥齿轮实现关节模块摆转运动，使机器人可灵活自如地应对不同的环境，结构简单，系统灵活度高。

(3)通过控制单元实现自动智能控制，便携高效；

(4)本实用新型采用模块化方法设计，机器人本体可重构，机器人拆装方便、快捷。

附图说明

图1为本实用新型一种模块化轮足两用机器人实施例1足式模式下的结构示意图；

图2为本实用新型一种模块化轮足两用机器人实施例1在第一种轮式模式下的结构示意图；

图3为轮足变换模块的结构示意图；

图4为第一关节模块的结构示意图；

图5为第二关节模块在图1的基础上将主动锥齿轮旋转90°后的结构示意图；

图6为第一种足式模式的运动示意图；

图7为第二种足式模式的运动示意图；

图8为本实用新型一种模块化轮足两用机器人实施例1在第二种轮式模式下的结构示意图；

图9为实施例1第二种轮式模式下轮足变换模块进行方向调整的运动示意图；

图10为本实用新型一种模块化轮足两用机器人实施例2足式模式下的结构示意图；

图11为本实用新型一种模块化轮足两用机器人实施例2轮式模式下的结构示意图；

图12为本实用新型一种模块化轮足两用机器人实施例3足式模式下的结构示意图；

图13为本实用新型一种模块化轮足两用机器人实施例3轮式模式下的结构示意图；

图14为本实用新型一种模块化轮足两用机器人实施例4足式模式下的结构示意图；

图15为本实用新型一种模块化轮足两用机器人实施例4轮式模式下的结构示意图；

图16为本实用新型一种模块化轮足两用机器人实施例5足式模式下的结构示意图；

图17为本实用新型一种模块化轮足两用机器人实施例5轮式模式下的结构示意图。

图示标记说明如下：

1、轮足变换模块；11、轮子；12、连接单元；121、上壳体；122、从动杆；123、第二驱动机构；1231、输出盘；1232、第二电机；124、第二传动机构；1241、第一谐波减速器；1242、联轴器；1243、蜗杆；125、下壳体；13、变换单元；131、第一驱动机构；1311、第一电机座；1312、第一电机；132、第一传动机构；1321、蜗轮；1322、直杆；2、第一关节模块；21、第一壳体；211、第一分隔板；22、第三传动机构；221、主动圆柱齿轮；222、从动圆柱齿轮；223、第二谐波减速器；23、第三驱动机构；24、第一关节输出件；3、第二关节模块；31、第二壳体；311、第二分隔板；32、第四传动机构；321、主动锥齿轮；322、从动锥齿轮；323、第三谐波减速器；33、第四驱动机构；34、第二关节输出件；4、连接模块；41、第三关节模块；42、第四关节模块。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，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至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，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，除非另有明确的限定。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。

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须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合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

实施例1

如图1至图9所示为本实用新型一种模块化轮足两用机器人的第一实施例，包括两个对称设置的运动模块，两端分别与两个运动模块进行连接的连接模块；运动模块包括轮足变换模块1、用于实现轮足变换模块1回转运动的第一关节模块2、用于实现轮足变换模块1摆转运动的第二关节模块3，轮足变换模块1、第一关节模块2、第二关节模块3依次连接。

作为本实用新型的一个实施方式，连接模块为一个第三关节模块41，轮足变换模块1、第一关节模块2、第二关节模块3、第三关节模块41之间均为可拆卸连接。

将轮足变换模块1、第一关节模块2、第二关节模块3、第三关节模块41、第二关节模块3、第一关节模块2、轮足变换模块1顺次连接组成龙门架结构的整个机器人，如图1所示，也可以通过转动将整个机器人拉直，形成一字型，如图8所示，整个机器人是对称设置的，有利于机器人的受力平衡，便于机器人的移动。第三关节模块41、第二关节模块3、第一关节模块2、轮足变换模块1之间均可通过卡环和销钉进行卡紧连接，卡接是一种较常见连接的方式，可以在第一关节模块2与轮足变换模块1之间，第二关节模块3与第一关节模块2之间，第三关节模块41与第二关节模块3之间进行力的传递，实现轮足变换模块1的转动与摆动。在本领域技术人员的认知范围内，连接模块不限于为第三关节模块41，也可以是两端可分别与两个第二关节模块3进行转动连接的滚筒，同样可实现本实用新型的目的，但连接模块采用一个第三关节模块41作为一个优选的实施方式，可以在整个机器人拉直，形成一字型后便于轮足变换模块1进行方向的调整，若连接模块为滚筒，则无法实现该功能，但可以在机器人组成龙门架结构时实现轮式模式的滚动及足式模式的跨越，缺点是无法实现两个轮足变换模块1之间距离的调整。

作为本实用新型的一个实施方式，第三关节模块41的结构与第一关节模块2的结构相同，第四关节模块42的结构与第二关节模块3的结构相同。

第三关节模块41的结构与第一关节模块2的结构相同，第四关节模块42的结构与第二关节模块3的结构相同，这样可以使加工更简便，降低加工成本，而且机器人更容易实现模块化连接。

作为本实用新型的一个实施方式，轮足变换模块1包括两个轮子11、用于使轮子11与第一关节模块2进行连接的连接单元12、用于使轮子11在竖直状态与水平状态之间进行转换的变换单元13，变换单元13设于连接单元12与轮子11之间且与其均转动连接。

轮子11用于在轮式模式下实现滚动，在足式模式下充当支脚；连接单元12用于使轮子11与第一关节模块2进行连接，并将第一关节模块2的回转力传递给轮子11，而且也将第二关节模块3的摆转力也传递给轮子11，实现机器人的轮式移动及足式移动功能。变换单元13用于使轮子11在竖直状态与水平状态之间进行转换即使机器人在轮式模式和足式模式之间变换，当机器人处于轮式模式时，轮子11处于竖直状态，即轮子11的轴线与地面平行，使轮子11可相对于地面进行滚动，形成四轮移动机器人，在平整路面进行快速移动；当机器人处于足式模式时，轮子11处于水平状态，即轮子11的轴线与地面垂直，使轮子11相当于支脚，可稳固地放置于地面上，形成双足移动机器人，实现跨越障碍物和上下阶梯。变换单元13通过与连接单元12及轮子11进行转动连接，以通过旋转改变轮子11的放置状态，从而达到轮式模式与足式模式变换的目的。

作为本实用新型的一个实施方式，变换单元13包括第一驱动机构131、第一传动机构132；连接单元12包括设有中空腔体的上壳体121与下壳体125、用于辅助支撑轮子11的从动杆122，上壳体121一端与下壳体125连接，另一端与第一关节模块2连接；下壳体125与从动杆122一端转动连接，从动杆122另一端与第一驱动机构131转动连接；在上壳体121内设有第二驱动机构123，在下壳体125内设有第二传动机构124；第一驱动机构131一端与第一传动机构132一端连接，另一端与轮子11连接；第二传动机构124一端与第二驱动机构123连接，另一端与第一传动机构132连接。

第一驱动机构131给轮子11提供驱动力，驱动轮子11进行状态的变换；第一传动机构132将回转力传递给轮子11，使轮子11通过旋转改变状态；上壳体121和下壳体125共同作为连接单元12的支撑，上壳体121作为第一关节模块2和第二关节模块3的传力机构，使轮子11可根据需要进行运动；下壳体起连接第一关节模块2与轮子11的作用；从动杆122给轮子11提供辅助支撑，在第一传动机构132的带动下，使轮子11受力均衡，便于轮子11在竖直状态与水平状态之间进行转换；第二驱动机构123用于驱动第二传动机构124进行动作，第二传动机构124与第一传动机构132连接，将回转力通过第一传动机构132传递到轮子11以实现轮子11状态的改变。

作为本实用新型的一个实施方式，第一传动机构132包括蜗轮1321、直杆1322；第一驱动机构131包括第一电机座1311、第一电机1312；第二传动机构124包括第一谐波减速器1241、联轴器1242、蜗杆1243；第二驱动机构123包括输出盘1231、第二电机1232；蜗轮1321一端与直杆1322一端连接，另一端与蜗杆1243啮合；第一电机座1311一端与第一电机1312连接，另一端分别与直杆1322另一端、从动杆122端部转动连接；联轴器1242依次与第一谐波减速器1241、输出盘1231、蜗杆1243同轴连接，第二电机1232与输出盘1231连接。

联轴器1242起缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用，联轴器1242作为一种安全装置用来防止第一壳体121承受过大的载荷，起到过载保护的作用；第一谐波传动减速器通过波发生器装配上柔性轴承使柔性齿轮产生可控弹性变形，并与刚性齿轮相啮合来传递运动和动力的齿轮传动。其中，第二电机1232为盘式电机，盘式电机固定在第一壳体121上，通过联轴器1242与第一谐波减速器1241连接，第一谐波减速器1241将动力输出给输出盘1231，输出盘1231上开有花键孔，蜗杆1243通过蜗杆1243上的花键与输出盘1231连接，蜗杆1243与安装在第一壳体121中的蜗轮1321相配合，从动杆122一端铰接在第一壳体121中，另一端铰接在第一电机座1311的一个通孔上，蜗轮1321上附有直杆1322，直杆1322通过销钉与第一电机座1311的另一个通孔铰接，当盘式电机启动时，可实现两轮子11的开合动作，第一电机座1311上安装有直流无刷电机用于驱动轮子11，轮子11通过紧定螺钉固定在直流无刷电机上；轮式模式时，在盘式电机的驱动下，使轮子11与地面呈垂直角度，然后直流无刷电机驱动，使轮子11转动，从而使整个机器人移动；足式模式时，在盘式电机的驱动下，使轮子11平置于地面，两个轮足变换模块1相当于机器人的双足，在机器人本体关节的运动下，可使机器人完成双足交替的步态行走。

作为本实用新型的一个实施方式，第一关节模块2包括设有中空腔体的第一壳体21、第三传动机构22、第三驱动机构23、第一关节输出件24，第一壳体21内部沿轴线方向由第一分隔板211分隔成第一腔体和第二腔体；第三传动机构22设置在第一腔体内，第三驱动机构23设置在第二腔体内；第三驱动机构23穿过第一分隔板211与第三传动机构22一端连接，第三传动机构22另一端与第一关节输出件24连接。

第一壳体21起支撑作用，给第三驱动机构23和第三传动机构22提供支撑；第三驱动机构23驱动第三传动机构22进行力的传递并输出至第一关节输出件24，实现第一关节输出件24的转动。

作为本实用新型的一个实施方式，第三驱动机构23为第三电机；第三传动机构22包括主动圆柱齿轮221、从动圆柱齿轮222、第二谐波减速器223；第三电机主轴穿过第一分隔板211与主动圆柱齿轮221同轴连接，从动圆柱齿轮222与主动圆柱齿轮221啮合且与第二谐波减速器223同轴连接，第二谐波减速器223远离从动圆柱齿轮222一端与第一关节输出件24连接。

第三电机的输出轴穿过第一隔板与主动圆柱齿轮221进行同轴连接，主动圆柱齿轮221与从动圆柱齿轮222进行啮合，带动从动圆柱齿轮222进行转动，从动圆柱齿轮222与第二谐波减速器223进行同轴连接，通过第二谐波减速器223将力输出至第一关节输出件24，实现第一关节输出件24的回转运动。

作为本实用新型的一个实施方式，第二关节模块3包括设有中空腔体的第二壳体31、第四传动机构32、第四驱动机构33、第二关节输出件34，第二壳体31内部由第二分隔板311分隔成第三腔体和第四腔体；第四传动机构32设置在第三腔体内，第四驱动机构33设置在第四腔体内；第四驱动机构33穿过第二分隔板311与第四传动机构32一端连接，第四传动机构32另一端与第二关节输出件34连接。

第二壳体31与第一壳体21的作用是一样的，也是起支撑作用，对第四传动机构32和第四驱动机构33进行支撑，第二关节输出件34作为运动的输出，使与第二关节输出件34连接的第一关节模块2进行摆转运动，实现机器人在足式模式下的跨越运动。具体地，通过第四驱动机构33驱动第四传动机构32将力传递给第二关节输出件34，再由第二关节输出件34进行力的输出。

作为本实用新型的一个实施方式，第四驱动机构33为第四电机；第四传动机构32包括主动锥齿轮321、从动锥齿轮322、第三谐波减速器323；第四电机主轴穿过第二分隔板311与主动锥齿轮321同轴连接，从动锥齿轮322与主动锥齿轮321啮合且与第三谐波减速器323同轴连接，第三谐波减速器323远离从动锥齿轮322一端与第二关节输出件34连接。

第四电机的输出轴与主动锥齿轮321同轴连接，主动锥齿轮321与从动锥齿轮322啮合，带动从动锥齿轮322转动，进而驱动与从动锥齿轮322同轴连接的第三谐波减速器323转动，再将摆动力输出给第二关节输出件34，第二关节输出件34与第一壳体21或第一关节输出件24进行连接，使第二关节模块3带动第一关节模块2进行摆动。

作为本实用新型的一个实施方式，还包括控制单元，控制单元包括控制足轮变换模块进行模式转换的第一控制器、控制第三电机动作的第二控制器、控制第四电机动作的第三控制器，第一控制器与第一电机1312、第二电机1232分别电连接；第二控制器与第三电机电连接；第三控制器与第四电机电连接。

控制单元作为整个机器人的中枢大脑，控制整个机器人进行协调动作，一方面是控制在轮式模式下的轮子11的滚动，另一方面控制在足式模式下轮子11的跨越运动，再者就是在不同的路况或不同的应用场景下，控制机器人在轮式模式与足式模式下进行灵活地切换，实现整个机器人的灵活运动。第一控制器进行足轮变换模块的控制，实现足式模式和轮式模式的变换，具体地，第一控制器通过控制第一电机1312和第二电机1232的动作，实现轮子11在水平状态和竖直状态下的自由切换；第二控制器控制第三电机的动作，配合在轮式模式下驱动轮子11进行滚动；第三控制器控制第四电机的动作，配合在足式模式下驱动轮子11进行摆动。

第一种足式模式的运动过程如下：见图6，(a)足式模式下，机器人站立于地面；(b)转动两个第二关节模块3，使其中一个轮足变换模块1水平抬起，即使机器人的一条腿抬起；(c)转动与地面接触的轮足变换模块1相邻第一关节模块2，使机器人抬起的腿向前迈进；(d)继续转动两个第二关节模块3，使抬起的轮足变换模块1放下，完成一小步的行走；(e)转动两个第二关节模块3，使后方的轮足转换模块水平抬起；(f)转动前方的第一关节模块2，使机器人抬起的腿向前迈进；(g)再转动两个第二关节模块3，使抬起的轮足变换模块1放下；(h)两足并齐，完成一整步的行走。同理，按照相同的步骤，重复进行可以实现多步行走。

第二种足式模式的运动过程如下：见图7，(a)足式模式下，机器人站立于地面；(b)转动两个第二关节模块3，使其中一个轮足变换模块1水平抬起，即使机器人的一条腿抬起；(c)转动在两个第二关节模块3之间的第三关节模块41，使机器人抬起的腿向前迈进；(d)继续转动两个第二关节模块3，使抬起的轮足变换模块1放下，完成一小步的行走；(e)转动两个第二关节模块3，使后方的轮足转换模块水平抬起；(f)转动在两个第二关节模块3之间的第三关节模块41，使机器人抬起后方的腿向前迈进；(g)再转动两个第二关节模块3，使抬起的轮足变换模块1放下；(h)两足并齐，完成一整步的行走。同理，按照相同的步骤，重复进行可以实现多步行走。

第一种轮式模式运动过程如下：如图2，机器人形成龙门架结构，通过转动与轮足变换模块1相邻的第一关节模块2，可以实现轮足变换模块1的方向调整，通过转动两个第二关节模块3，可使两个轮足变换模块1间距调整，两个第二关节模块3向外摆，轮间距变大，向内摆，轮间距变小。

第二种轮式模式运动过程如下：如图8，通过分别旋转两个第二关节模块3将机器人调整为一字型的结构，这样可以实现两个轮足变换模块1之间的间距最大，转动图中中间的第三关节模块41和右侧的第一关节模块2，可使它们中间的第二关节模块3旋转90°，在这种状态下通过转动第二关节模块3，可实现轮足变换模块1的方向的调整，如图9所示。

实施例2

如图10至图11所示为本实用新型一种模块化轮足两用机器人的第二实施例，本实施例与实施例1类似，所不同之处在于，连接模块为两个相互连接的第三关节模块41。与实施例1相比，本实施例通过两个相互连接的第三关节模块41实现两个运动模块的连接，使机器人多了一个回转的自由度，可以在拓展两个轮足变换模块1的间距的同时，还可以使机器人转向和构型变换更加灵活。

实施例3

如图12至图13所示为本实用新型一种模块化轮足两用机器人的第三实施例，本实施例与实施例1类似，所不同之处在于，连接模块为两个相互连接的第四关节模块42。与实施例1相比，本实施例通过两个相互连接的第四关节模块42实现两个运动模块的连接，使机器人多了两个摆转的自由度，可以使机器人两个运动模块之间可以实现更多维度的摆转运动，便于机器人的角度变换，还可以在机器人处于足式模式下通过转动连接模块，使抬起足脚的距离更高，跨距更大。

实施例4

如图14至图15所示为本实用新型一种模块化轮足两用机器人的第四实施例，本实施例与实施例1类似，所不同之处在于，连接模块包括一个第四关节模块42和一个第三关节模块41，第四关节模块42与第三关节模块41相互连接。与实施例1相比，机器人多了一个摆转自由度和一个回转自由度，便于机器人的调整足脚间距及进行转弯等运动，将机器人的两轮足变换模块视作尺蠖的前脚和后脚，轮足变换模块通过交替变换轮式模式和足式模式，可实现尺蠖步态移动。

实施例5

如图16至图17所示为本实用新型一种模块化轮足两用机器人的第五实施例，本实施例与实施例1类似，所不同之处在于，连接模块包括两个第三关节模块41和一个第四关节模块42，第四关节模块42设置在两个第三关节模块41的中间，两端分别与两个第三关节模块41连接。与实施例1相比，机器人多了一个摆转自由度和两个回转自由度，更便于机器人的调整足脚间距及进行转弯等运动。

在本领域技术人员的认知范围内，连接模块4可以包括更多可实现回转运动的第三关节模块41和/或更多可实现摆转运动的第四关节模块42，不限于上述实施例所列举的情况。

模块化轮足两用机器人的各个模块可以任意重构，包括增加数量或者改变连接顺序，因此，连接模块可以是若干个第三关节模块41依次连接而成，也可以是若干个第四关节模块42依次连接而成，还可以是若干个第三关节模块41和若干个第四关节模块42进行连接而成，其中，第三关节模块41和第四关节模块42的连接顺序可以有多种，可以根据需要进行相应设置，可以是依次交替连接，也可以是其他的顺序进行连接。通过将第三关节模块41和第四关节模块42从数量及排列方式上进行叠加，可以轻易地获得不同形状的且具有不同功能的机器人，而且拆装方便，具有更多的活动度，同时可以调整两个轮足变换模块1之间的间距。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种模块化轮足两用机器人，其特征在于，包括两个对称设置的运动模块，两端分别与两个运动模块进行连接的连接模块(4)；所述运动模块包括轮足变换模块(1)、用于实现所述轮足变换模块(1)回转运动的第一关节模块(2)、用于实现所述轮足变换模块(1)摆转运动的第二关节模块(3)，所述轮足变换模块(1)、所述第一关节模块(2)、所述第二关节模块(3)依次连接。

2.根据权利要求1所述的模块化轮足两用机器人，其特征在于，所述连接模块(4)为至少一个可实现回转运动的第三关节模块(41)和/或至少一个可实现摆转运动的第四关节模块(42)。

3.根据权利要求2所述的模块化轮足两用机器人，其特征在于，所述第三关节模块(41)的结构与所述第一关节模块(2)的结构相同，所述第四关节模块(42)的结构与所述第二关节模块(3)的结构相同。

4.根据权利要求3所述的模块化轮足两用机器人，其特征在于，所述轮足变换模块(1)包括两个轮子(11)、用于使所述轮子(11)与所述第一关节模块(2)进行连接的连接单元(12)、用于使所述轮子(11)在竖直状态与水平状态之间进行转换的变换单元(13)，所述变换单元(13)设于所述连接单元(12)与所述轮子(11)之间且与其均转动连接。

5.根据权利要求4所述的模块化轮足两用机器人，其特征在于，所述变换单元(13)包括第一驱动机构(131)、第一传动机构(132)；所述连接单元(12)包括设有中空腔体的上壳体(121)与下壳体(125)、用于辅助支撑所述轮子(11)的从动杆(122)，所述上壳体(121)一端与所述下壳体(125)连接，另一端与所述第一关节模块(2)连接；所述下壳体(125)与所述从动杆(122)一端转动连接，所述从动杆(122)另一端与所述第一驱动机构(131)转动连接；在所述上壳体(121)内设有第二驱动机构(123)，在所述下壳体(125)内设有第二传动机构(124)；所述第一驱动机构(131)一端与所述第一传动机构(132)一端连接，另一端与所述轮子(11)连接；所述第二传动机构(124)一端与所述第二驱动机构(123)连接，另一端与所述第一传动机构(132)连接。

6.根据权利要求5所述的模块化轮足两用机器人，其特征在于，所述第一传动机构(132)包括蜗轮(1321)、直杆(1322)；所述第一驱动机构(131)包括第一电机座(1311)、第一电机(1312)；所述第二传动机构(124)包括第一谐波减速器(1241)、联轴器(1242)、蜗杆(1243)；所述第二驱动机构(123)包括输出盘(1231)、第二电机(1232)；所述蜗轮(1321)一端与所述直杆(1322)一端连接，另一端与所述蜗杆(1243)啮合；所述第一电机座(1311)一端与所述第一电机(1312)连接，另一端分别与所述直杆(1322)另一端、所述从动杆(122)端部转动连接；所述联轴器(1242)依次与所述第一谐波减速器(1241)、所述输出盘(1231)、所述蜗杆(1243)同轴连接，所述第二电机(1232)与所述输出盘(1231)连接。

7.根据权利要求1至6任一项所述的模块化轮足两用机器人，其特征在于，所述第一关节模块(2)包括设有中空腔体的第一壳体(21)、第三传动机构(22)、第三驱动机构(23)、第一关节输出件(24)，所述第一壳体(21)内部沿轴线方向由第一分隔板(211)分隔成第一腔体和第二腔体；所述第三传动机构(22)设置在第一腔体内，所述第三驱动机构(23)设置在第二腔体内；所述第三驱动机构(23)穿过所述第一分隔板(211)与所述第三传动机构(22)一端连接，所述第三传动机构(22)另一端与所述第一关节输出件(24)连接。

8.根据权利要求7所述的模块化轮足两用机器人，其特征在于，所述第三驱动机构(23)为第三电机；所述第三传动机构(22)包括主动圆柱齿轮(221)、从动圆柱齿轮(222)、第二谐波减速器(223)；所述第三电机主轴穿过所述第一分隔板(211)与所述主动圆柱齿轮(221)同轴连接，所述从动圆柱齿轮(222)与主动圆柱齿轮(221)啮合且与所述第二谐波减速器(223)同轴连接，所述第二谐波减速器(223)远离所述从动圆柱齿轮(222)一端与所述第一关节输出件(24)连接。

9.根据权利要求8所述的模块化轮足两用机器人，其特征在于，所述第二关节模块(3)包括设有中空腔体的第二壳体(31)、第四传动机构(32)、第四驱动机构(33)、第二关节输出件(34)，所述第二壳体(31)内部由第二分隔板(311)分隔成第三腔体和第四腔体；所述第四传动机构(32)设置在第三腔体内，所述第四驱动机构(33)设置在第四腔体内；所述第四驱动机构(33)穿过所述第二分隔板(311)与所述第四传动机构(32)一端连接，所述第四传动机构(32)另一端与所述第二关节输出件(34)连接。

10.根据权利要求9所述的模块化轮足两用机器人，其特征在于，所述第四驱动机构(33)为第四电机；所述第四传动机构(32)包括主动锥齿轮(321)、从动锥齿轮(322)、第三谐波减速器(323)；所述第四电机主轴穿过所述第二分隔板(311)与所述主动锥齿轮(321)同轴连接，所述从动锥齿轮(322)与所述主动锥齿轮(321)啮合且与所述第三谐波减速器(323)同轴连接，所述第三谐波减速器(323)远离所述从动锥齿轮(322)一端与所述第二关节输出件(34)连接。

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