CN217778812U - 一种机械腿及足轮式机器人 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种机械腿及足轮式机器人，以方便地实现足轮式机器人在不同运动形式之间的切换，涉及机器人技术领域。该机械腿用于支撑机器人本体，包括第一腿节与机械足。第一腿节可通过相对其首端的摆动以相对机器人本体旋转；机械足设置于第一腿节的末端，包括足式结构与滚轮，足式结构与第一腿节固定连接，滚轮与第一腿节旋转连接，可沿自身轴线旋转，滚轮的轴线与第一腿节固定；第一腿节相对首端的摆动可使第一腿节分别处于第一位姿与第二位姿；第一位姿时滚轮支撑于地面上；第二位姿时足式结构支撑于地面上，第一腿节相对其首端的摆动能够使第一腿节相对于足式结构支撑于地面的位置摆动，进而使机器人本体前进。

Description

一种机械腿及足轮式机器人

技术领域

本申请涉及但不限于机器人技术领域，尤其涉及一种机械腿及足轮式机器人。

背景技术

轮式机器人指的是通过滚轮在地面上运动的机器人，足式机器人指的是模拟动物步行运动的机器人。轮式机器人与足式机器人有各自的优缺点，轮式机器人的运动速度大，运动平稳，但只适合较为平坦的路面；足式机器人运动速度相对较慢，但在不平坦的路面具有较好的稳定性与灵活性，且具有较强的翻越地形的能力。

为了使两种类型机器人的优点都能够得到保留，足轮式机器人应运而生。足轮式机器人能够在足式运动与轮式运动之间进行切换，在平坦路面采用轮式运动方式，在不平坦路面采用足式运动方式。但是，相关技术中的足轮式机器人的足式运动与轮式运动之间的切换过程较为复杂。

发明内容

鉴于此，本申请实施例提供一种机械腿及足轮式机器人，以方便地实现足轮式机器人在不同运动形式之间的切换。

第一方面，本申请实施例提供一种机械腿，用于支撑机器人本体，该机械腿包括第一腿节与机械足。其中，第一腿节可通过相对其首端的摆动以相对机器人本体旋转；机械足设置于第一腿节的末端，机械足包括足式结构与滚轮，足式结构与第一腿节固定连接，滚轮与第一腿节旋转连接，以使滚轮可沿自身轴线旋转，滚轮的轴线与第一腿节固定；第一腿节相对其首端的摆动可使第一腿节分别处于第一位姿与第二位姿；当第一腿节处于第一位姿时，滚轮支撑于地面上；当第一腿节处于第二位姿时，足式结构支撑于地面上，第一腿节相对其首端的摆动能够使第一腿节相对于足式结构支撑于地面的位置摆动，进而使机器人本体前进。

在本申请中的一些可选地实施例中，第一腿节相对首端的摆动使得第一腿节的延伸方向与地面之间的夹角发生变化，进而使第一腿节末端靠近地面的一侧在第一腿节末端上的位置发生变化，进而使第一腿节可分别处于第一位姿与第二位姿。

在本申请中的一些可选地实施例中，滚轮与足式结构沿处于第二位姿的第一腿节的前进方向排列。

在本申请中的一些可选地实施例中，当第一腿节相对其首端处于第一摆角范围内时，滚轮支撑于地面上，当第一腿节相对其首端处于第二摆角范围内时，足式结构支撑于地面上，第一摆角与第二摆角紧邻设置。

在本申请中的一些可选地实施例中，当滚轮支撑于地面上时，第一腿节的延伸方向与地面形成第一夹角，沿处于第二位姿的第一腿节的前进方向，当足式结构的首端支撑于地面上时，第一腿节的延伸方向与地面形成第二夹角，第一夹角朝向与第二夹角朝向相背。

在本申请中的一些可选地实施例中，第二夹角的朝向与处于第二位姿的第一腿节的前进方向相背。

在本申请中的一些可选地实施例中，当第一腿节的延伸方向与地面垂直时，足式结构支撑于地面上。

在本申请中的一些可选地实施例中，该机械腿还包括第二腿节，第二腿节可通过相对其首端的摆动以相对机器人本体旋转，第一腿节的首端与第二腿节的末端可旋转连接，以使第一腿节可通过相对其首端的摆动相对机器人本体旋转；当第一腿节处于第一位姿时，第一腿节与第二腿节之间形成第三夹角，当第一腿节处于第二位姿时，第一腿节与第二腿节之间形成第四夹角，第三夹角与第四夹角相背。

在本申请中的一些可选地实施例中，第三夹角朝向与处于第二位姿的第一腿节的前进方向相背。

在本申请中的一些可选地实施例中，第一腿节的摆动轴线平行于地面，滚轮相对第一腿节的旋转轴线与第一腿节的摆动轴线平行。

在本申请中的一些可选地实施例中，第一腿节的末端形成有凹槽，滚轮与足式结构均位于凹槽内，滚轮沿径向通过凹槽的开口伸出凹槽。

在本申请中的一些可选地实施例中，足式结构呈弧面型结构，弧面型结构的弧形延伸方向与滚轮的旋转轴线垂直，弧面型结构覆盖于凹槽的开口，弧面型结构向靠近地面的方向外凸。

第二方面，本申请实施例提供一种足轮式机器人，包括机器人本体与至少一个本申请实施例第一方面提供的机械腿，机械腿用于支撑机器人本体。

本申请实施例提供的机械腿，机械足位于机械腿的最末端，机械腿通过机械足与地面接触。机械足包括足式结构与滚轮，在足式结构与地面接触的情况下，机械腿可以通过第一腿节相对机器人本体的摆动进行运动，即进行足式运动；在滚轮与地面接触的情况下，机械腿可以通过滚轮在地面上运动，即进行轮式运动。轮式运动与足式运动之间的切换通过第一腿节相对机器人本体的摆动实现，不需要设置额外的机械结构，结构较为简单，切换过程较为方便。而且，切换过程中机械腿的运动幅度较小，不需要较大的改变机械腿的长度，切换过程占用空间小，两种运动形式足轮式机器人的体型不会发生明显改变，切换动作方便、快速、有效。因此，本申请实施例提供的机械腿能够方便地实现足轮式机器人在不同的运动形式之间切换。

附图说明

图1为本申请一些实施例中的第一腿节处于第一位姿的足轮式机器人的结构示意图；

图2为本申请一些实施例中的第一腿节处于第二位姿的足轮式机器人的结构示意图；

图3为本申请一些实施例中的足式结构与地面接触的示意图；

图4为本申请一些实施例中的滚轮与地面接触的示意图；

图5为本申请另一些实施例中的足轮式机器人处于外膝肘式状态结构示意图；

图6为本申请另一些实施例中的足轮式机器人处于内膝肘式状态结构示意图。

附图标记：

01-地面；1-机械腿；11-第一腿节；111-凹槽；12-第二腿节；13-机械足；131-足式结构；1311-棱条；132-滚轮；2-机器人本体；3-转轴；a-高度方向；b-前进方向；c-第二腿节的延伸方向；d-第一腿节的延伸方向；e-第四夹角；f-第三夹角。

具体实施方式

需要解释说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，具体实施方式中的详细描述应理解为本申请宗旨的解释说明，不应视为对本申请的不当限制。

在本申请实施例中，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。在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

此外，在本申请实施例中，“上”、“下”、“左”以及“右”等方位术语是相对于附图中的部件示意置放的方位来定义的，应当理解到，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。

在本申请实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。

在本申请实施例中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

在本申请实施例中，“示例性地”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性地”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性地”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

请参照图1～图4，本申请实施例提供一种足轮式机器人，足轮式机器人可以在足式运动与轮式运动之间进行切换，以适应不同的地形。该足轮式机器人既可以是在陆地上运动，也可以是在水域底部如河底、湖底与海底等运动。

请参照图1～图4，本申请实施例提供的足轮式机器人包括机器人本体2与至少一个机械腿1。机械腿1用于支撑机器人本体2，且使机器人本体2前进。机械腿1的数量本申请不做限制，可以是一个，也可以是多个。示例性地，本申请实施例中的足轮式机器人可以是单足机器人，双足机器人，三足机器人或四足机器人等等。

请参照图1～图4，本申请实施例提供一种机械腿1，用于支撑机器人本体2，该机械腿1包括第一腿节11与机械足13。其中，第一腿节11可通过相对其首端的摆动以相对机器人本体2旋转；机械足13设置于第一腿节11的末端，机械足13包括足式结构131与滚轮132，足式结构131与第一腿节11固定连接，滚轮132与第一腿节11旋转连接，以使滚轮132可沿自身轴线旋转，滚轮132的轴线与第一腿节11固定；第一腿节11相对其首端的摆动可使第一腿节11分别处于第一位姿与第二位姿；当第一腿节11处于第一位姿时，滚轮132支撑于地面01上；当第一腿节11处于第二位姿时，足式结构131支撑于地面01上，第一腿节11相对其首端的摆动能够使第一腿节11相对于足式结构131支撑于地面01的位置摆动，进而使机器人本体2前进。

请参照图1～图4，本申请实施例提供的机械腿1，机械足13位于机械腿1的最末端，机械腿1通过机械足13与地面01接触。机械足13包括足式结构131与滚轮132，在足式结构131与地面01接触的情况下，机械腿1可以通过第一腿节11相对机器人本体2的摆动进行运动，即进行足式运动；在滚轮132与地面01接触的情况下，机械腿1可以通过滚轮132在地面01上运动，即进行轮式运动。轮式运动与足式运动之间的切换通过第一腿节11相对机器人本体2的摆动实现，不需要设置额外的机械结构，结构较为简单，切换过程较为方便。而且，切换过程中机械腿1的运动幅度较小，不需要较大的改变机械腿1的长度，切换过程占用空间小，两种运动形式足轮式机器人的体型不会发生明显改变，切换动作方便、快速、有效。因此，本申请实施例提供的机械腿1能够方便地实现足轮式机器人在不同的运动形式之间切换。

需要解释说明的是，请参照图1～图4，本申请实施例中的地面01只是一种命名，地面01可以指任何能够对机械腿1进行支撑的物体，地面01既可以是位于室内空间如桌面和墙面等，也可以是位于室外空间如建筑物表面等，还可以是位于水域底部等。

需要解释说明的是，请参照图1～图4，机器人本体2的前进方向b与高度方向a垂直，即机器人本体2在高度方向a垂直方向上的移动方向。高度方向a与地面01垂直，且指向背离地面01。本申请实施例中的机器人本体2的前进方向b、机械腿1的前进方向b与第一腿节11的前进方向b等均指的是同一方向。

需要解释说明的是，请参照图1～图4，在机械腿1的数量为多个的情况下，多个机械腿1的运动形式相同，即多个机械腿1同时处于足式运动形式或同时处于轮式运动形式。

需要解释说明的是，请参照图1～图4，第一腿节11的首端用于与机器人本体2连接，第一腿节11的首端可以直接与机器人本体2转动连接，也可以转动连接于其它腿节，通过其它腿节与机器人本体2连接。比如，机械腿1包括多个通过端部依次转动连接在一起的腿节，多个腿节中，位于两端的腿节一个用于连接机器人本体2，另一个为第一腿节11。多个腿节可通相对摆动使机器人本体2前进。

需要解释说明的是，请参照图1～图4，足式运动的实现是通过足式结构131与地面01之间的静摩擦实现，足式运动时，为保证其运动状态良好，运动过程不打滑，足式结构131的材料应选择有一定摩擦力的材料，具体材料与形状不作限制。

可以理解的是，请参照图1～图4，足式结构131与第一腿节11固定，在足式结构131支撑于地面01上的情况下，足式结构131会与地面01产生较大的摩擦力，机械腿1可以通过第一腿节11相对于足式结构131支撑于地面01的位置摆动的方式使第一腿节11的首端向前移动，进而使机器人本体2向前移动，实现足式运动。滚轮132可沿自身轴线转动，在滚轮132与地面01接触的情况下，滚轮132沿自身轴线的转动可使机械腿1实现轮式运动。可选地，在本申请的一些实施例中，滚轮132沿径向的一侧支撑在地面01上。在此基础上，在本申请的一些实施例中，滚轮132的轴线与地面01平行。

可以理解的是，请参照图1～图4，第一腿节11相对机器人本体2的旋转轴线与第一腿节的延伸方向d之间具有夹角。一般地，第一腿节11相对机器人本体2的旋转轴线与第一腿节的延伸方向d垂直，如此结构形式，机械腿1在前进过程中的运动幅度较小，第一腿节11的摆动位置方便控制，运动过程较为平稳。在此基础上，在本申请的一些实施例中，第一腿节11相对机器人本体2的旋转轴线与高度方向a垂直。在这种情况下，第一腿节11相对机器人本体2的旋转轴线、高度方向a与前进方向b两两垂直。当然，在本申请一实施例中，第一腿节11相对机器人本体2的旋转轴线也可以视足轮式机器人的实际使用需求设置为其它方向。

需要解释说明的是，请参照图1～图4，机械腿1的腿节如第一腿节11等的延伸方向指的是平行于该腿节首端与末端之间连线的方向。机械腿1的腿节指的是能够相对首端进行摆动的最小单元，即腿节为一体的刚性件，腿节的首端与末端在腿节延伸方向上的距离不变，这里的距离不变不包括腿节受到磨损、撞击等产生的塑形或弹性形变，距离不变指的是腿节的首端与末端之间不会设置能够使腿节产生弯曲的刚性结构。

请参照图1～图4，在本申请中的一些可选地实施例中，第一腿节11相对首端的摆动使得第一腿节的延伸方向d与地面01之间的夹角发生变化，进而使第一腿节11末端靠近地面01的一侧在第一腿节11末端上的位置发生变化，进而使第一腿节11可分别处于第一位姿与第二位姿。如此结构形式，足式运动与轮式运动之间的切换过程较为简便。

需要解释说明的是，请参照图1～图4，第一腿节的延伸方向d与地面01的夹角发生变化，既可以是夹角的大小发生变化，也可以是夹角的朝向发生变化。在此基础上，在本申请一实施例中，足式结构131与滚轮132均设置在第一腿节11末端的端面上。

需要解释说明的是，请参照图1～图4，第一腿节11相对首端的摆动使得第一腿节11末端靠近地面01的一侧在第一腿节11末端上的位置发生变化，进而使足式结构131与轮式结构中，靠近地面01的一个与地面01抵接，足式结构131与轮式结构会在第一腿节11相对首端的摆动过程中分别位于靠近地面01的一侧，即足式结构131与轮式结构沿第一腿节11的该摆动方向排列。

请参照图1～图4，在本申请中的一些可选地实施例中，滚轮132与足式结构131沿处于第二位姿的第一腿节11的前进方向b排列。一般地，处于第一位姿的第一腿节11的前进方向b与处于第二位姿的第一腿节11的前进方向b相同。如此结构形式，足式运动过程中第一腿节11相对首端的摆动轴线，与机械腿1在轮式运动与足式运动切换过程中第一腿节11的摆动轴线相同，这有利于简化结构，降低成本，提高结构的可靠性。即，滚轮132与足式结构131沿前进方向b排列。当然，在本申请中的些其它的可选地实施例中，足式运动过程中第一腿节11相对首端的摆动轴线，与机械腿1在轮式运动与足式运动之间切换过程中第一腿节11的摆动轴线也可以不相同，这样有利于丰富机械腿1的功能，使机械腿1具有更多的运动自由度。

请参照图1～图4，在本申请中的一些可选地实施例中，当滚轮132支撑于地面01上时，第一腿节的延伸方向d与地面01形成第一夹角，沿处于第二位姿的第一腿节11的前进方向b，当足式结构131的首端支撑于地面01上时，第一腿节的延伸方向d与地面01形成第二夹角，第一夹角朝向与第二夹角朝向相背。如此结构形式，足式运动与轮式运动之间的切换需要第一腿节11进行相对较大幅度的摆动，有利于避免滚轮132与足式结构131产生相互影响，也便于工作人员设计滚轮132与足式结构131的位置。在进行轮式运动的过程中，可能会有调节机器人本体2高度等需求，为了满足这些需求，第一腿节11也可能需要进行摆动，但摆动幅度相对较小，若轮式运动与足式运动之间的切换只需第一腿节11进行较小幅度的摆动，可能会导致在调节机器人本体2高度时使足轮式机器人在轮式运动与足式运动之间进行了不必要的切换。而且，足式运动与轮式运动之间的切换需要第一腿节11进行相对较大幅度的摆动，有利于足式运动时第一腿节11获得足够的运动空间。

请参照图1～图4，需要解释说明的是，第一夹角与第二夹角均指的是小于等于90度的夹角。第一夹角与第二夹角相背，指的是第一夹角与第二夹角分别形成于第一腿节11的相对两侧，下文中的第三夹角f与第四夹角e相背同理。

请参照图1～图4，需要解释说明的是，沿处于第二位姿的第一腿节11的前进方向b，足式结构131的首端指的是：沿该方向，足式结构131远离轮式结构的一端。沿处于第二位姿的第一腿节11的前进方向b，当足式结构131的首端支撑与地面01上时，滚轮132与地面01分离，无接触。当滚轮132支撑与地面01上，足式结构131的首端与地面01分离，无接触。

可以理解的是，请参照图1～图4，在进行轮式运动的过程中，滚轮132始终与地面01进行接触，机械腿1的各个腿节不需要进行较大幅度的摆动。在进行足式运动的过程中，机械腿1的各个腿节需要进行摆动，在足式结构131支撑于地面01的情况下，第一腿节11的摆动使足式结构131在首端与地面01接触与末端与地面01接触之间进行反复切换。

请参照图1～图4，在第一夹角朝向与第二夹角朝向相背的基础上，在本申请中的一些可选地实施例中，第二夹角的朝向与处于第二位姿的第一腿节11的前进方向b相背。如此结构形式，即当第一腿节11与地面01的夹角为第二夹角时，第一腿节11首端在前进方向b的靠后位置，当第一腿节11与地面01的夹角为第一夹角时，第一腿节11首端在前进方向b的靠前位置。第一腿节11首端在前进方向b的靠后位置，使得第一腿节11容易获得较大的摆动空间，便于足式运动的进行。第一腿节11首端在前进方向b的靠前位置，机械腿1的稳定性相对较高，与轮式运动的需求较为符合。当然在本申请的一些其它的可选地实施例中，也可以是第一夹角的朝向与处于第二位姿的第一腿节11的前进方向b相背。

为了便于理解，下面对第一夹角与第二夹角相背进行具体说明。

在本申请中的第一实施例中，滚轮132位于第一腿节11的下端的前进方向b的前侧，足式结构131位于第一腿节11的下端的前进方向b的后侧；当滚轮132与地面01接触时，第一腿节11首端在前进方向b的靠前位置，第一腿节11末端在前进方向b的靠后位置，第一夹角的朝向与前进方向b相同，轮式结构触地，足式结构131离地，通过滚轮132与地面01的滚动，来实现机械腿1相对地面01的运动；当足式结构131与地面01接触时，第一腿节11首端在前进方向b的靠后位置，第一腿节11末端在前进方向b的靠前位置，第二夹角与前进方向b相背，轮式结构离地，与地面01无接触，机械腿1通过足式运动进行前进。

在本申请中的第二实施例中，滚轮132位于第一腿节11的下端的前进方向b的后侧，足式结构131位于第一腿节11的下端的前进方向b的前侧；当滚轮132与地面01接触时，第一腿节11首端在前进方向b的靠后位置，第一腿节11末端在前进方向b的靠前位置，第一夹角的朝向与前进方向b相背，轮式结构触地，足式结构131离地，通过滚轮132与地面01的滚动，来实现机械腿1相对地面01的运动；当足式结构131与地面01接触时，第一腿节11首端在前进方向b的靠前位置，第一腿节11末端在前进方向b的靠后位置，第二夹角与前进方向b相同，轮式结构离地，与地面01无接触，机械腿1通过足式运动进行前进。

请参照图1～图4，在本申请中的一些可选地实施例中，当第一腿节的延伸方向d与地面01垂直时，足式结构131支撑于地面01上。如此结构形式，有利于进一步增大第一腿节11在足式运动时的能够摆动的范围，便于足式运动的进行。

请参照图1～图4，在本申请中的一些可选地实施例中，该机械腿1还包括第二腿节12，第二腿节12可通过相对其首端的摆动以相对机器人本体2旋转，第一腿节11的首端与第二腿节12的末端可旋转连接，以使第一腿节11可通过相对其首端的摆动相对机器人本体2旋转；当第一腿节11处于第一位姿时，第一腿节11与第二腿节12之间形成第三夹角f，当第一腿节11处于第二位姿时，第一腿节11与第二腿节12之间形成第四夹角e，第三夹角f与第四夹角e相背。

如此结构形式，足式运动与轮式运动之间的切换可通过机器械腿在膝式状态与肘式状态之间进行切换实现。具体地，膝式状态即第一腿节11与第二腿节12之间的夹角朝向前进方向b的后方，肘式状态即第一腿节11与第二腿节12之间的夹角朝向前进方向b的前方。第三夹角f与第四夹角e相背，使得机器械腿在膝式状态与肘式状态之间进行切换。其中，第三夹角f与第四夹角e均为小于180度的夹角。机械腿1在膝式状态与肘式状态之间进行切换，使得在两种运动形式下第一腿节11与第二腿节12均具有一个合适的相对位置关系，有利于提高机械腿1支撑的稳定性。

请参照图1～图4，可以理解的是，膝式状态时，第一腿节11首端在前进方向b的靠前位置，第一腿节11末端在前进方向b的靠后位置。肘式状态时，第一腿节11首端在前进方向b的靠前位置，第一腿节11末端在前进方向b的靠前位置。一般地，第二腿节12相对机器人本体2的旋转轴线与第一腿节11相对第二腿节12的旋转轴线平行。

请参照图1～图4，在本申请中的一些可选地实施例中，第三夹角f朝向与处于第二位姿的第一腿节11的前进方向b相背。如此结构形式，即足式运动时机械腿1为肘式状态，轮式运动时机械腿1为膝式状态。肘式状态第一腿节11容易获得较大的运动范围，与足式运动形式较为适应。膝式运动机械腿1的支撑作用较强，平稳性较强，续航能力较强，与轮式运动形式较为适应。当然，在本申请的一些其它的可选地实施例中，也可以视情况使足式运动时机械腿1为膝式状态，轮式运动时机械腿1为肘式状态。

在足轮式机器人具有的机械腿1的数量为多个的情况下，多个机械腿1可以是同时处于膝式状态或肘式状态，也可以是在同一时刻部分处于膝式状态，部分处于肘式状态，本申请实施例不做限定。

一般地，以四足机器人为例，在足式运动与轮式运动相互切换的过程中，可以是四足机器人在全肘式状态与全膝式状态之间进行切换，也可以对应在外膝肘式状态与内膝肘式状态之间进行切换。如此结构形式，有利于使得四足机器人在前进过程中的运动较为平稳。

具体地，请参照图1、图2、图5和图6，全膝式状态即四个机械腿1均为膝式状态；全肘式状态即四个机械腿1均为肘式状态；外膝肘式状态即四个机械腿1中位于前进方向b前侧的两个机械腿1为膝式状态，位于前进方向b后侧的两个机械腿1为肘式状态；内膝肘式状态即四个机械腿1中位于前进方向b前侧的两个机械腿1为肘式状态，位于前进方向b后侧的两个机械腿1为膝式状态。

在此基础上，请参照图1、图2、图5和图6，在本申请一实施例中，四足机器人在全肘式状态与全膝式状态之间进行切换以在足式运动与轮式运动之间进行切换。在足式运动时，四足机器人处于全肘式状态，轮式运动时，四足机器人处于全膝式状态。处于全肘式状态时，第一腿节11容易获得较大的活动范围，适合足式运动的运的需求。处于全膝式状态时，机械腿1的稳定性较强，续航能力较强，适合轮式运动的过程中的运动需求。

请参照图1、图2、图5和图6，在本申请的一些其它地实施例中，四足机器人在内膝肘式状态与外膝肘式状态之间进行切换以在足式运动与轮式运动之间进行切换。在足式运动时，四足机器人处于内膝肘式状态，轮式运动时，四足机器人处于外膝肘式状态。内膝肘式状态机械腿1一方面具有较好的行走性能，另一方面稳定性也较强，适合轮式运动的运动需求。

请参照图1、图2、图5和图6，在本申请一实施例中，第一腿节11首端与第二腿节12的连接处安装有执行机构，执行机构可以实现机械腿1在第一位姿与第二位姿之间切换。执行机构用于控制第一腿节11相对第二腿节12旋转，执行机构可以是电机、舵机、皮带轮、连杆或者其它执行机构。一般地，第二腿节的延伸方向c与第一腿节11相对第二腿节12的旋转轴线垂直。

请参照图1、图2、图5和图6，为了方便理解，下面对本申请实施例中的机械腿1在足式运动与轮式运动之间的切换过程时，第一腿节11与第二腿节12的运动方式进行具体的说明。首先，机械腿1需要抬离地面01，为第一腿节11相对于第二腿节12的旋转运动腾出足够空间，避免第一腿节11的末端在运动过程中与地面01发生干涉；然后第一腿节11相对第二腿节12旋转，使第一腿节11靠近地面01的一侧在第一腿节11上的位置发生改变，具体地，若是切换为足式运动，使足式结构131位于第一腿节11靠近地面01的一侧，若是切换为轮式运动，使滚轮132位于第一腿节11靠近地面01的一侧；最后将机械腿1回落，使第一腿节11靠近地面01的一侧与地面01接触。可以理解的是，上述切换过程只是为了便于理解，不应视为对本申请的限制，其可作为切换过程的一种实现方式，但切换过程也可以是其它的实现方式，只要保证第一腿节11通过相对第二腿节12的旋转使滚轮132与足式结构131分别与地面01接触即可。

请参照图1、图2、图5和图6，在本申请一实施例中，机械腿1包括的腿节的数量仅有两个，分别为第一部腿节和第二腿节12。如此结构形式，第二腿节12上端直接连接机器人本体2，足轮式机器人的结构较为精简，能够满在足式运动与轮式运动之间切换的需求，且便于加工与安装，可靠性较高。

请参照图1、图2、图5和图6，在本申请中的一些可选地实施例中，当第一腿节11相对其首端处于第一摆角范围内时，滚轮132支撑于地面01上，当第一腿节11相对其首端处于第二摆角范围内时，足式结构131支撑于地面01上，第一摆角与第二摆角紧邻设置。如此结构形式，滚轮132与足式结构131的位置较为紧凑，便于工作人员进行设计。

请参照图1、图2、图5和图6，在本申请中的一些可选地实施例中，第一腿节11的摆动轴线平行于地面01，滚轮132相对第一腿节11的旋转轴线与第一腿节11的摆动轴线平行。在第一腿节11相对第二腿节12旋转的过程中，滚轮132的轴线始终与竖直方向垂直，即第一腿节11相对第二腿节12的运动不会影响滚轮132与地面01的夹角，切换过程的控制较为方便。

请参照图3和图4，在本申请中的一些可选地实施例中，第一腿节11的末端形成有凹槽111，滚轮132与足式结构131均位于凹槽111内，滚轮132沿径向通过凹槽111的开口伸出凹槽111。如此结构形式，凹槽111为滚轮132与足式结构131提供了可靠的安装位置，且结构简便，加工与安装均较为方便。凹槽111的开口至少部分朝向地面01，第一腿节11的摆动会使得凹槽111沿地面01滚动，这样就完成了足式运动与轮式运动之间的切换，切换较为方便，且切换过程中机械腿1占用的空间较小。在此基础上，在本申请的一些可选地实施例中，滚轮132通过转轴3与第二腿节12可旋转连接，转轴3的两端分别穿设于凹槽111的相对的两个侧壁上。如此结构形式，便于滚轮132在第二腿节12上的装配。

请参照图3和图4，在本申请中的一些可选地实施例中，足式结构131呈弧面型结构，弧面型结构的弧形延伸方向与滚轮132的旋转轴线垂直，弧面型结构覆盖于凹槽111的开口，弧面型结构向靠近地面01的方向外凸。在足式运动时，第一腿节11会相对足式结构131与地面01接触的位置进行摆动，采用该实施例中的结构形式，有利于足式结构131与地面01平稳的持续接触。在此基础上，在本申请一实施例中，足式结构131靠近地面01的一侧形成有凸起的棱条1311，棱条1311的延伸方向与前进方向b垂直。如此结构形式，棱条1311可以增大足式结构131与地面01之间的摩擦力，有利于避免足式结构131相对地面01滑动，有利于提高足式运动的过程中的平稳性。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种机械腿，用于支撑机器人本体，其特征在于，包括：

第一腿节，所述第一腿节可通过相对其首端的摆动以相对所述机器人本体旋转；

机械足，设置于所述第一腿节的末端，所述机械足包括足式结构与滚轮，所述足式结构与所述第一腿节固定连接，所述滚轮与所述第一腿节旋转连接，以使所述滚轮可沿自身轴线旋转，所述滚轮的轴线与所述第一腿节固定；

所述第一腿节相对其首端的摆动可使所述第一腿节分别处于第一位姿与第二位姿；

当所述第一腿节处于所述第一位姿时，所述滚轮支撑于地面上；

当所述第一腿节处于所述第二位姿时，所述足式结构支撑于地面上，所述第一腿节相对其首端的摆动能够使所述第一腿节相对于所述足式结构支撑于地面的位置摆动，进而使所述机器人本体前进。

2.根据权利要求1所述的机械腿，其特征在于，所述第一腿节相对首端的摆动使得所述第一腿节的延伸方向与地面之间的夹角发生变化，进而使所述第一腿节末端靠近地面的一侧在所述第一腿节末端上的位置发生变化，进而使所述第一腿节可分别处于所述第一位姿与所述第二位姿。

3.根据权利要求2所述的机械腿，其特征在于，所述滚轮与所述足式结构沿处于所述第二位姿的所述第一腿节的前进方向排列。

4.根据权利要求3所述的机械腿，其特征在于，当所述第一腿节相对其首端处于第一摆角范围内时，所述滚轮支撑于地面上，当所述第一腿节相对其首端处于第二摆角范围内时，所述足式结构支撑于地面上，所述第一摆角与所述第二摆角紧邻设置。

5.根据权利要求3所述的机械腿，其特征在于，当所述滚轮支撑于地面上时，所述第一腿节的延伸方向与地面形成第一夹角，沿处于所述第二位姿的所述第一腿节的前进方向，当所述足式结构的首端支撑于地面上时，所述第一腿节的延伸方向与地面形成第二夹角，所述第一夹角朝向与所述第二夹角朝向相背。

6.根据权利要求5所述的机械腿，其特征在于，所述第二夹角的朝向与处于所述第二位姿的所述第一腿节的前进方向相背。

7.根据权利要求5所述的机械腿，其特征在于，当所述第一腿节的延伸方向与地面垂直时，所述足式结构支撑于地面上。

8.根据权利要求1所述的机械腿，其特征在于，还包括第二腿节，所述第二腿节可通过相对其首端的摆动以相对所述机器人本体旋转，所述第一腿节的首端与所述第二腿节的末端可旋转连接，以使所述第一腿节可通过相对其首端的摆动相对所述机器人本体旋转；当所述第一腿节处于第一位姿时，所述第一腿节与所述第二腿节之间形成第三夹角，当所述第一腿节处于第二位姿时，所述第一腿节与所述第二腿节之间形成第四夹角，所述第三夹角与所述第四夹角相背。

9.根据权利要求8所述的机械腿，其特征在于，所述第三夹角朝向与处于所述第二位姿的所述第一腿节的前进方向相背。

10.根据权利要求3～9中任一项所述的机械腿，其特征在于，所述第一腿节的摆动轴线平行于地面，所述滚轮相对所述第一腿节的旋转轴线与所述第一腿节的摆动轴线平行。

11.根据权利要求10所述的机械腿，其特征在于，所述第一腿节的末端形成有凹槽，所述滚轮与所述足式结构均位于所述凹槽内，所述滚轮沿径向通过所述凹槽的开口伸出所述凹槽。

12.根据权利要求11所述的机械腿，其特征在于，所述足式结构呈弧面型结构，所述弧面型结构的弧形延伸方向与所述滚轮的旋转轴线垂直，所述弧面型结构覆盖于所述凹槽的开口，所述弧面型结构向靠近地面的方向外凸。

13.一种足轮式机器人，其特征在于，包括：

机器人本体；

至少一个权利要求1～12中任一项所述的机械腿，所述机械腿用于支撑所述机器人本体。

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