CN218986800U - 一种自稳定全向移动机器人和移动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及机器人技术领域，公开了一种自稳定全向移动机器人和移动装置。本实用新型提供的一种自稳定全向移动机器人，包括机身、动力系统和足轮；动力系统包括依次连接的第一动力单元、腿部单元、第二动力单元、腿端部和第三动力单元；第一动力单元设于机身上，驱动腿部单元相对机身在竖向平面内摆动。本实用新型通过在其每条腿的髋关节处设置第一动力单元，控制腿部单元在竖向上上下摆动，进而带动足轮在竖向上的上下运动，则运动过程中碰到障碍物或洼地时，通过足轮的上下运动，能够有效保持机身的姿态固定不变。

Description

一种自稳定全向移动机器人和移动装置

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及了一种自稳定全向移动机器人和移动装置。

背景技术

目前，现有的轮式机器人多采用被动弹簧阻尼悬架，来提高机器人在不平整地形的通过能力，但这样的悬架复杂地形下的运动能力非常受限，且依旧会导致整个机身位姿的波动，无法使机身保持固定姿态不变。并且传统的轮式机器人转向机构，无法实现全自由度灵活运动，不能前后左右平移，不能原地转向。并且现有轮式机器人不能进行跳跃运动，实现对沟渠的或障碍的跳跃运动。也不能实现爬楼梯。

申请号为2017113762204的中国专利公开了一种轮式机器人，包括底盘壳体，底盘壳体上设有电机和与其连接的转向连杆，底盘壳体上设有与转向连杆连接、用于带动轮胎沿竖直轴线进行旋转的悬挂组件，轮胎的旋转中心间的连线的中心与底盘壳体的中心重合。该轮式机器人即采用连杆带动轮胎实现转向，并且该轮式机器人虽然使用悬挂系统，减少崎岖路面对机身的干扰，但无法保持机身的姿态固定不变。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的一在于提供一种自稳定全向移动机器人和移动装置，在经过障碍物或崎岖路面时，通过足轮的上下运动，其机身能保持特定位置和姿态。

本实用新型的目的二在于提供一种自稳定全向移动机器人，通过在其每条腿的髋关节处设置第一动力单元，控制腿部单元上下摆动，进而带动足轮上下运动，则运动过程中碰到障碍物或洼地时，通过足轮的上下运动，能够有效保持机身的姿态固定不变；通过在每条腿的膝关节处设置第二动力单元，可驱动足轮的360度全周向转向，避免了传统的转向机构对转向角度的限制，因而运动更为灵活；通过在足轮处设置第三动力单元，直接将第三动力单元的输出转化为足轮前进的动能，传动效率更高；并通过髋关节处的第一动力单元、膝关节处的第二动力单元和驱动足轮转动的第三动力单元三者的相互配合，可以将机身的位姿固定在任意状态，进而可以适应楼梯、草地等不同的复杂地形。

本实用新型的目的三在于提供一种移动装置，在机身上设置第一动力单元，控制腿部单元上下摆动，进而带动足轮上下运动，则运动过程中碰到障碍物或洼地时，通过足轮的上下运动，尽可能地保持机身的姿态固定不变，减少机身晃动，方案简单、实用，便于生产制造。

为实现上述目的之一，本实用新型的第一种技术方案为：

一种自稳定全向移动机器人，包括机身、动力系统和足轮；所述动力系统包括依次连接的第一动力单元、腿部单元、第二动力单元、腿端部和第三动力单元；

所述第一动力单元设有转轴一和固定端一；

所述转轴一和固定端一择一设于所述机身上，另一驱动所述腿部单元相对所述机身在竖向面内摆动；

所述第三动力单元设有转轴三和固定端三；

所述转轴三和固定端三择一设于所述腿端部上，另一驱动所述足轮转动；

所述第二动力单元设有转轴二，用于驱动所述腿端部在竖向上沿自身回转轴线旋转，以使所述足轮转向；

当所述足轮遇到障碍物时，所述腿部单元能向上下摆动，使得所述足轮上下摆动。

所述动力单元输出相对旋转运动，故其转轴和固定端，可以相互转换。

所述竖向上下摆动或上下摆动包括但不限于垂直方向的移动、倾斜方向的移动、钟摆式来回摆动、竖向升降等。

本实用新型经过不断探索以及试验，通过在其每条腿的髋关节处设置第一动力单元，控制腿部单元在竖向上上下摆动，进而带动足轮在竖向上的上下运动，则运动过程中碰到障碍物或洼地时，通过足轮的上下运动，能够有效保持机身的姿态固定不变；通过在每条腿的膝关节处设置第二动力单元，可驱动足轮的360度全周向转向，避免了传统的转向机构对转向角度的限制，因而运动更为灵活；通过在足轮处设置第三动力单元，直接将第三动力单元的输出转化为足轮前进的动能，传动效率更高。

进一步，本实用新型通过髋关节处的第一动力单元、膝关节处的第二动力单元和驱动足轮转动的第三动力单元三者的相互配合，可以将机身的位姿固定在任意状态，进而可以适应楼梯、草地、爬坡以及其他障碍物等不同的复杂地形。

作为优选技术措施：

所述腿部单元包括大腿基座、大腿连杆和支座，所述支座固定于所述第二动力单元壳体上，并与所述大腿基座铰接；所述第一动力单元的输出端与所述大腿基座固定连接；所述大腿连杆一端与所述第一动力单元壳体或机身铰接，另一端与所述支座铰接；所述大腿基座、所述大腿连杆和所述支座构成四杆机构，带动所述足轮上下运动，且所述足轮的转向轴线始终与地面保持竖直状态，方案切实可行。

作为优选技术措施：

所述第一动力单元壳体上固定有销轴座，所述大腿连杆通过所述销轴座与所述第一动力单元或机身转动连接；所述大腿基座侧部配合设有大腿盖板。

作为优选技术措施：所述第一动力单元和/或第二动力单元和/或第三动力单元包括电机单元和减速单元，所述第二动力单元的壳体固定于所述腿端部上，所述第三动力单元的壳体与所述足轮的回转中心同轴线设置。

作为优选技术措施：

所述机身上分布有至少三组动力系统和足轮。

为实现上述目的之一，本实用新型的第二种技术方案为：

一种移动装置包括机身、足轮；

所述机身、足轮之间设有第一动力单元、腿部单元；

所述第一动力单元设有转轴一和固定端一；

所述转轴一和固定端一择一设于所述机身上，另一固接腿部单元，并能驱动所述腿部单元相对所述机身摆动；

所述腿部单元设有至少一个杆件或/和板件或/和支架，并装配足轮；

所述足轮在腿部单元上下摆动时，能上下摆动，以避开障碍物，并使得机身能保持所需位置和姿态。

所述动力单元输出相对旋转运动，故其转轴和固定端，可以相互转换。

本申请中的上下或竖向上下可以是垂直方向的上下，也可以是倾斜方向的上下或钟摆式上下等。

本实用新型经过不断探索以及试验，在机身上设置第一动力单元，控制腿部单元上下摆动，进而带动足轮上下运动，则运动过程中碰到障碍物或洼地时，通过足轮的上下运动，尽可能地保持机身的姿态固定不变，减少机身晃动，方案简单、实用，便于生产制造。

进一步，本实用新型足轮可以单独抬升，从而可以将机身的位姿固定在任意状态，进而可以本实用新型可以适应楼梯、草地、爬坡、障碍物等不同的复杂地形。

作为优选技术措施：

腿部单元通过腿端部与足轮相连接，形成多关节结构；

所述腿端部为杆件或/和板件或/和支架，其装配在足轮内侧或外侧或两侧。

优选的，所述腿端部为小腿支架，其装配在足轮外侧。

小腿支架结构强度高，以适用于各种场合；小腿支架装配在足轮外侧能够有效增加相对的两个足轮之间的空间，便于两个足轮自由转动，避免相互干涉，进而使得本实用新型结构紧凑，体积小。

作为优选技术措施：

所述腿部单元与腿端部之间装配第二动力单元；

所述第二动力单元设有转轴二，其固定端装配在腿部单元上，其转轴二固接腿端部。

通过在每条腿的膝关节处设置第二动力单元，可驱动足轮的360度全周向转向，避免了传统的转向机构对转向角度的限制，因而运动更为灵活。

作为优选技术措施：

所述腿端部与足轮之间装配第三动力单元；

所述第三动力单元设有转轴三，其固定端装配在腿端部上，其转轴三固接足轮。通过在足轮处设置第三动力单元，直接将第三动力单元的输出转化为足轮前进的动能，传动效率更高。

作为优选技术措施：

所述第二动力单元的旋转轴线与第一动力单元的旋转轴线相垂直，

所述第三动力单元的旋转轴线与第二动力单元的旋转轴线相垂直，以使得足轮能360度转动并能向上提升。

通过髋关节处的第一动力单元、膝关节处的第二动力单元和驱动足轮转动的第三动力单元三者的相互配合，可以将机身的位姿固定在任意状态，进而可以适应楼梯、草地等不同的复杂地形。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型经过不断探索以及试验，在机身上设置第一动力单元，控制腿部单元上下摆动，进而带动足轮上下运动，则运动过程中碰到障碍物或洼地时，通过足轮的上下运动，尽可能地保持机身的姿态固定不变，减少机身晃动，方案简单、实用，便于生产制造。

进一步，本实用新型提供的一种自稳定全向移动机器人，通过在其每条腿的髋关节处设置第一动力单元，控制腿部单元在竖向上上下摆动，进而带动足轮在竖向上的上下运动，则运动过程中碰到障碍物或洼地时，通过足轮的上下运动，能够有效保持机身的姿态固定不变；通过在每条腿的膝关节处设置第二动力单元，可驱动足轮的360度全周向转向，避免了传统的转向机构对转向角度的限制，因而运动更为灵活；通过在足轮处设置第三动力单元，直接将第三动力单元的输出转化为足轮前进的动能，传动效率更高。

更进一步，本实用新型通过髋关节处的第一动力单元、膝关节处的第二动力单元和驱动足轮转动的第三动力单元三者的相互配合，可以将机身的位姿固定在任意状态，进而可以适应楼梯、草地等不同的复杂地形。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

附图说明

图1是本实用新型的一种整体结构示意图；

图2是本实用新型的动力系统和足轮的一种结构示意图；

图3是本实用新型的动力系统和足轮的一种爆炸图；

图4是本实用新型的腿部单元去掉大腿盖板后的一种结构示意图；

图5是本实用新型的腿部单元去掉大腿盖板后的一种侧示图；

图6是本实用新型的机身处于固定姿态时单个足轮遇到障碍物的一种示意图；

图7是本实用新型的机身处于固定姿态爬楼梯时的一种姿态示意图；

图8是本实用新型的机身处于固定姿态原地转圈时的一种姿态示意图。

图中：1、机身；2、足轮；3、第一动力单元；4、腿部单元；5、第二动力单元；6、腿端部；7、第三动力单元；41、大腿基座；42、大腿连杆；43、支座；44、销轴座；45、大腿盖板。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

相反，本实用新型涵盖任何由权利要求定义的在本实用新型的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本实用新型有更好的了解，在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本实用新型。

需要说明的是，当两个元件“固定连接”或“固接”或“转动连接”或“摆动连接”时，两个元件可以直接连接或者也可以存在居中的元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“竖向”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。本文所使用的术语“或/和”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1-8所示，本实用新型移动装置的一种具体实施例：

一种移动装置包括机身1、足轮2；

所述机身1、足轮2之间设有第一动力单元3、腿部单元4；

所述第一动力单元3设有转轴一，其固定端设于所述机身1上，其转轴一固接腿部单元4，并能驱动所述腿部单元4相对所述机身1摆动；

所述腿部单元4设有至少一个杆件或/和板件或/和支架，并装配足轮2；

所述足轮2在腿部单元4向上摆动时，能向上提升，以避开障碍物，并使得机身1能保持所需位置和姿态。

本实用新型经过不断探索以及试验，在机身1上设置第一动力单元3，控制腿部单元4在竖向上上下摆动，进而带动足轮2在竖向上的上下运动，则运动过程中碰到障碍物或洼地时，通过足轮2的上下运动，尽可能地保持机身1的姿态固定不变，减少机身1晃动，方案简单、实用，便于生产制造。

进一步，本实用新型足轮2可以单独抬升，并可以将机身1的位姿固定在任意状态，进而可以本实用新型可以适应楼梯、草地、爬坡、障碍物等不同的复杂地形。

本实用新型增设腿端部6的一种具体实施例：

腿部单元4通过腿端部6与足轮2相连接，形成多关节结构；

所述腿端部6为小腿支架，其装配在足轮2外侧。

小腿支架结构强度高，以适用于各种场合；小腿支架装配在足轮2外侧能够有效增加相对的两个足轮2之间的空间，便于两个足轮2自由转动，避免相互干涉，进而使得本实用新型结构紧凑，体积小。

本实用新型增设有第二动力单元5一种具体实施例：

所述腿部单元4与腿端部6之间装配第二动力单元5；

所述第二动力单元5设有转轴二，其固定端装配在腿部单元4上，其转轴二固接腿端部6。

通过在每条腿的膝关节处设置第二动力单元5，可驱动足轮2的360度全周向转向，避免了传统的转向机构对转向角度的限制，因而运动更为灵活。

本实用新型增设第三动力单元7一种具体实施例：

所述腿端部6与足轮2之间装配第三动力单元7；

所述第三动力单元7设有转轴三，其固定端装配在腿端部6上，其转轴三固接足轮2。

通过在足轮2处设置第三动力单元7，直接将第三动力单元7的输出转化为足轮2前进的动能，传动效率更高。

本实用新型动力单元设置方位的一种具体实施例：

所述第二动力单元5的旋转轴线与第一动力单元3的旋转轴线相垂直，

所述第三动力单元7的旋转轴线与第二动力单元5的旋转轴线相垂直，以使得足轮2能360度转动并能向上提升。

通过髋关节处的第一动力单元3、膝关节处的第二动力单元5和驱动足轮2转动的第三动力单元7三者的相互配合，可以将机身1的位姿固定在任意状态，进而可以适应楼梯、草地等不同的复杂地形。

本实用新型一种自稳定全向移动机器人的较佳实施例：

一种自稳定全向移动机器人，包括机身1、动力系统和足轮2；所述动力系统包括依次连接的第一动力单元3、腿部单元4、第二动力单元5、腿端部6和第三动力单元7；所述第一动力单元3设于所述机身1上，驱动所述腿部单元4相对所述机身1在竖向平面内摆动；所述第三动力单元7设于所述腿端部6上，驱动所述足轮2转动；所述第二动力单元5驱动所述腿端部6在竖向上沿自身回转轴线旋转，以使所述足轮2转向；当所述足轮2遇到障碍物时，所述腿部单元4向上摆动，所述足轮2竖向向上提升，以使所述机身1保持特定位置和姿态。

本实用新型腿部单元4结构的一种具体实施例：

所述腿部单元4包括大腿基座41、大腿连杆42和支座43，所述支座43固定于所述第二动力单元5壳体上，并与所述大腿基座41铰接；所述第一动力单元3的输出端与所述大腿基座41固定连接；所述大腿连杆42一端与所述第一动力单元3壳体或机身1铰接，另一端与所述支座43铰接；所述大腿基座41侧部配合设有大腿盖板45。

所述大腿基座41、所述大腿连杆42和所述支座43构成四杆机构，带动所述足轮2上下运动，且所述足轮2的转向轴线始终与地面保持竖直状态，以使所述机身1保持特定位置和姿态。

本实用新型第一动力单元3结构的一种具体实施例：

所述第一动力单元3壳体上固定有销轴座44，所述大腿连杆42通过所述销轴座44与所述第一动力单元3或机身1转动连接。

本实用新型动力单元结构的一种具体实施例：

所述第一动力单元3和/或第二动力单元5和/或第三动力单元7包括电机单元和减速单元，所述第二动力单元5的壳体固定于所述腿端部6上，所述第三动力单元7的壳体与所述足轮2的回转中心同轴线设置。

本实用新型机身1结构的一种具体实施例：

所述机身1上分布有至少三组动力系统和足轮2。

本实用新型提供的一种自稳定全向移动机器人，通过在其每条腿的髋关节处设置第一动力单元3，控制腿部单元4在竖向上上下摆动，进而带动足轮2在竖向上的上下运动，则运动过程中碰到障碍物或洼地时，通过足轮2的上下运动，能够有效保持机身1的姿态固定不变；通过在每条腿的膝关节处设置第二动力单元5，可驱动足轮2的360度全周向转向，避免了传统的转向机构对转向角度的限制，因而运动更为灵活；通过在足轮2处设置第三动力单元7，直接将第三动力单元7的输出转化为足轮2前进的动能，传动效率更高。通过髋关节处的第一动力单元3、膝关节处的第二动力单元5和驱动足轮2转动的第三动力单元7三者的相互配合，可以将机身1的位姿固定在任意状态，进而可以适应楼梯、草地等不同的复杂地形。

本申请中，固接或固定连接方式可以为螺接或焊接或铆接或插接或通过第三个部件进行连接，本领域技术人员可根据实际情况进行选择。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自稳定全向移动机器人，其特征在于，包括机身(1)、动力系统和足轮(2)；所述动力系统包括依次连接的第一动力单元(3)、腿部单元(4)、第二动力单元(5)、腿端部(6)和第三动力单元(7)；

所述第一动力单元(3)设有转轴一和固定端一；

所述转轴一和固定端一择一设于所述机身(1)上，另一驱动所述腿部单元(4)相对所述机身(1)在竖向面内摆动；

所述第三动力单元(7)设有转轴三和固定端三；所述转轴三和固定端三择一设于所述腿端部(6)上，另一驱动所述足轮(2)转动；

所述第二动力单元(5)设有转轴二，用于驱动所述腿端部(6)在竖向上沿自身回转轴线旋转，以使所述足轮(2)转向；

当所述足轮(2)遇到障碍物时，所述腿部单元(4)能向上下摆动，使得所述足轮(2)竖向上下摆动。

2.如权利要求1所述的一种自稳定全向移动机器人，其特征在于，所述腿部单元(4)包括大腿基座(41)、大腿连杆(42)和支座(43)，所述支座(43)固定于所述第二动力单元(5)壳体上，并与所述大腿基座(41)铰接；所述第一动力单元(3)的输出端与所述大腿基座(41)固定连接；所述大腿连杆(42)一端与所述第一动力单元(3)壳体或机身(1)铰接，另一端与所述支座(43)铰接；所述大腿基座(41)、所述大腿连杆(42)和所述支座(43)构成四杆机构，带动所述足轮(2)上下运动，且所述足轮(2)的转向轴线始终与地面保持竖直状态。

3.如权利要求2所述的一种自稳定全向移动机器人，其特征在于，所述第一动力单元(3)壳体上固定有销轴座(44)，所述大腿连杆(42)通过所述销轴座(44)与所述第一动力单元(3)或机身(1)转动连接；所述大腿基座(41)侧部配合设有大腿盖板(45)。

4.如权利要求1-3任一所述的一种自稳定全向移动机器人，其特征在于，所述第一动力单元(3)和/或第二动力单元(5)和/或第三动力单元(7)包括电机单元和减速单元，所述第二动力单元(5)的壳体固定于所述腿端部(6)上，所述第三动力单元(7)的壳体与所述足轮(2)的回转中心同轴线设置。

5.如权利要求4所述的一种自稳定全向移动机器人，其特征在于，所述机身(1)上分布有至少三组动力系统和足轮(2)。

6.一种移动装置，其特征在于，包括机身、足轮；

所述机身、足轮之间设有第一动力单元、腿部单元；

所述第一动力单元设有转轴一和固定端一；

所述转轴一和固定端一择一设于所述机身上，另一固接腿部单元，并能驱动所述腿部单元相对所述机身摆动；

所述腿部单元设有至少一个杆件或/和板件或/和支架，并装配足轮；

所述足轮在腿部单元上下摆动时，能上下摆动。

7.如权利要求6所述的一种移动装置，其特征在于，

所述腿部单元通过腿端部与足轮相连接，形成多关节结构；

所述腿端部为杆件或/和板件或/和支架，其装配在足轮内侧或外侧或两侧。

8.如权利要求7所述的一种移动装置，其特征在于，

所述腿部单元与腿端部之间装配第二动力单元；

所述第二动力单元设有转轴二，其固定端装配在腿部单元上，其转轴二固接腿端部。

9.如权利要求8所述的一种移动装置，其特征在于，

所述腿端部与足轮之间装配第三动力单元；

所述第三动力单元设有转轴三，其固定端装配在腿端部上，其转轴三固接足轮。

10.如权利要求9所述的一种移动装置，其特征在于，

所述第二动力单元的旋转轴线与第一动力单元的旋转轴线相垂直，

所述第三动力单元的旋转轴线与第二动力单元的旋转轴线相垂直，以使得足轮能360度转动并能上下摆动。

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