CN220447998U - 一种可跳跃变径轮式机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可跳跃变径轮式机器人，包括机器人机架、至少四个变径轮机构和至少两个跳跃腿组件；至少四个变径轮机构呈中心对称分布在所述机器人机架的两侧，所述变径轮机构包括中心齿轮，沿所述中心齿轮的周向啮合连接有至少两层相互交错设置的轮瓣组，且每层轮瓣组包括至少三个轮瓣，所述变径轮机构具有整圆行进姿态和轮辐式越障行进姿态；至少两个跳跃腿组件以机器人机架宽度方向相对设置在机器人机架的腰部两侧。本实用新型具有变轮式行进机构及弹簧滑块式跳跃机构两种行进机构，可以根据地形需要进行两者之间的切换，轮式行进可以为机器人提供较大的移动速度及效率，同时跳跃行进可以使机器人跨越较大障碍。

Description

一种可跳跃变径轮式机器人

技术领域

本实用新型属于可跳跃移动机器人技术领域，尤其涉及一种可跳跃变径轮式机器人。

背景技术

当今时代，越来越多的机器人走进我们的视野，机器人按行进方式可分为：轮式、足式、履带式等，每种方式的机器人的优缺点也各不相同；当代机器人不仅有效的降低了人们的工作强度，还在提高工作效率上表现十分卓越，但由于各类机器人不同的固有缺陷，便在某些方面影响着人们对于机器人行进方式的选择；目前，机器人的研究方向主要偏向于让机器人具有较高的移动速度的同时还要具有较高的地形适应能力，这样是因为大部分的机器人都想要被广泛应用在替代人们去做一些高强度、高危险性的工作，例如：灾难救援、军事勘察、危险环境检测等；

通过观察生物运动时会发现，每个生物都不仅仅只会一种行进方式，通常都可以做到既可以走也可以跑同时还可以跳，那么将多种行进方式结合，就可以突破机器人的单一运动时的局限性，使其运动能力得以提高；将多种行进方式组合不仅可以很大程度的提升机器人越障性能，使其更好的适应复杂地形，还可以使机器人更多能化；对此国内外已经进行了很多相关研究，例如：国外的日本东京工业大学、加拿大Sherbrooke大学分别研制的将轮足复合、足履复合式机器人；国内的哈尔滨工业大学、清华大学研制的将轮腿复合机器人，从而增大机器人的运动能力。由此复合行进方式的机器人研究对未来机器人的发展有着重大意义。

实用新型内容

本实用新型提供了一种可跳跃变径轮式机器人，针对解决现代机器人移动能力及越障能力受限等问题，该可跳跃变径轮式机器人具有轮式行进能力和跳跃行进能力，可以适用于复杂多种的地形环境，并且轮子采用可变径机构设计，增加了机器人的运动能力。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种可跳跃变径轮式机器人，包括：机器人机架、至少四个变径轮机构和至少两个跳跃腿组件；至少四个变径轮机构呈中心对称分布在所述机器人机架的两侧，所述变径轮机构包括中心齿轮，沿所述中心齿轮的周向啮合连接有至少两层相互交错设置的轮瓣组，且每层轮瓣组包括至少三个轮瓣，所述变径轮机构具有整圆行进姿态和轮辐式越障行进姿态；至少两个跳跃腿组件以机器人机架宽度方向相对设置在机器人机架的腰部两侧，所述跳跃腿组件包括弹簧滑块式跳跃机构以及驱动所述弹簧滑块式跳跃机构拉伸并使所述弹簧滑块式跳跃机构储能的跳跃腿驱动系统，所述弹簧滑块式跳跃机构具有储能阶段和释放阶段，释放阶段利用弹簧滑块式跳跃机构与地面的反作用力推动机器人整体向上移动实现弹跳。

根据本实用新型提供的可跳跃变径轮式机器人，所述变径轮机构还包括外旋转盘以及轴向连接在外旋转盘轴心的中心轴，所述中心齿轮套装在所述中心轴的外周面，所述轮瓣与中心齿轮的啮合端沿平行于中心齿轮的轴向与外旋转盘销轴连接。

根据本实用新型提供的可跳跃变径轮式机器人，沿所述中心齿轮的旋转路径啮合连接有传动齿轮轴，且传动齿轮轴的齿轮部与至少两层轮瓣组在中心齿轮的轴向上交错设置，传动齿轮轴的转轴部与电机转子端连接。

根据本实用新型提供的可跳跃变径轮式机器人，驱动传动齿轮轴啮合带动中心齿轮旋转，啮合连接在中心齿轮周向的每个轮瓣具有相同的角位移量。

根据本实用新型提供的可跳跃变径轮式机器人，所述弹簧滑块式跳跃机构包括缸体、滑动连接在缸体内的滑块杆以及抵接在滑块杆与缸体之间的储能弹簧，在所述缸体的底部可转动地设置小腿杆件，所述滑块杆的一端延伸出缸体转动连接有大腿杆件，所述大腿杆件与小腿杆件转动连接。

根据本实用新型提供的可跳跃变径轮式机器人，所述小腿杆件与地面的接触端设置有足端缓冲减震机构，所述足端缓冲减震机构包括相对设置的两个套体、以及穿设在两个套体中的中心杆，其中一个所述套体的底部设置足端，所述足端与中心杆之间存在间隙，所述中心杆的外周面套设有大弹簧，且大弹簧的两端抵接在两个套体的端面，所述下套可以沿中心杆限位运动。

根据本实用新型提供的可跳跃变径轮式机器人，在其中一个所述套体的内部设置小弹簧，所述小弹簧与大弹簧拉压相反。

根据本实用新型提供的可跳跃变径轮式机器人，还包括跳跃腿起跳角调节机构，所述跳跃腿起跳角调节机构采用一个双头电机同步控制两个所述弹簧滑块式跳跃机构的起跳角，所述双头电机通过两个旋转轴分别与两个所述跳跃腿起跳角调节机构同步转动连接。

根据本实用新型提供的可跳跃变径轮式机器人，所述跳跃腿驱动系统包括穿设在所述机器人机架的全齿齿轮内轴、沿全齿齿轮内轴长度方向设置的全齿齿轮以及设置在全齿齿轮内轴的两个端部的卷筒，所述卷筒缠绕钢丝绳，所述钢丝绳的伸出端绑扎在所述缸体侧壁，所述全齿齿轮的旋转路径上啮合连接有缺齿齿轮，所述缺齿齿轮通过缺齿齿轮轴与所述机器人机架转动连接。

根据本实用新型提供的可跳跃变径轮式机器人，所述机器人机架与变径轮机构之间设置变径轮缓冲减震机构，所述变径轮缓冲减震机构包括减震外壳、可在减震外壳内腔滑动的减震机构内杆，在所述减震外壳与减震机构内杆之间设置减震弹簧。

本实用新型的优点与效果是：

1、本实用新型具有变轮式行进机构及弹簧滑块式跳跃机构两种行进机构，可以根据地形需要进行两者之间的切换，轮式行进可以为机器人提供较大的移动速度及效率，同时跳跃行进可以使机器人跨越较大障碍；

2、变轮式行进机构同样也可以根据地形需要进行调整轮子尺寸，将机器人轮式行进分为整圆姿态及轮辐姿态，机器人可以自由切换，其中整圆姿态适用于平坦地面、轮辐姿态适用于小障碍及带有阶梯的路面，从而扩大机器人地形适应面；

3、跳跃腿驱动系统采用部分缺齿齿轮与全齿齿轮配合传动，有效为跳跃机构储能；

4、弹簧滑块式跳跃机构采用弹簧储能，并将弹簧与缸体运动结合，有效的保证了储能弹簧的运动路径及稳定性，同时提高了弹簧的效率。

5、调节起跳角机构，可以针对机器人面临的障碍大小，调节弹簧滑块式跳跃机构的小腿与地面夹角，从而调整机器人跳跃的高度及距离，实现更好的障碍跳跃及能量利用，同时两条跳跃腿采用一个双头电机同步控制，来保证两侧跳跃腿的起跳角统一。

附图说明

图1为本实用新型的整机三等测图；

图2为图1的后视图；

图3为图1的俯视图；

图4为本实用新型的机架三等测图；

图5为本实用新型的变径轮机构整圆行进状态三等测图；

图6为图5的侧视图；

图7为图6的A-A剖面图；

图8为本实用新型的变径轮机构轮辐行进状态侧视图；

图9为本实用新型的承载块三等测图；

图10为本实用新型的变径轮缓冲减震机构正视图；

图11为图10的B-B剖面图；

图12为本实用新型的弹簧滑块式跳跃机构释能阶段三等测图；

图13为图12的正视图；

图14为本实用新型的弹簧滑块式跳跃机构储能阶段正视图；

图15为图14的C-C剖面图；

图16为弹簧滑块式跳跃腿驱动系统后视图；

图17为本实用新型的起跳角调节机构展示图；

图18为图17的部分拆解图(滑块杆处于透明状态)。

图中：

1、变径轮机构，1-1、中心轴，1-2、传动齿轮轴，1-3、中心齿轮，1-4、轮瓣，1-5、短销轴，1-6、长销轴，1-7、中心齿轮内轴承，1-8、外旋转盘，1-9、轴承，1-10、卡簧，1-11、螺栓；

2、跳跃腿组件，

2-1、跳跃腿驱动系统，2-1-1、缺齿齿轮轴，2-1-2、全齿齿轮，2-1-3、全齿齿轮内轴，2-1-4、卷筒，2-1-5、缺齿齿轮；

2-2、足端缓冲减震机构，2-2-1、挡板，2-2-2、上套，2-2-3、中心杆，2-2-4、下套，2-2-5、足端，2-2-6、小弹簧，2-2-7、大弹簧；

2-3、跳跃腿起跳角调节机构，2-3-1、双头电机，2-3-2、拨动板，2-3-2-1、拨动板上板，2-3-2-2、拨动板下板，2-3-2-3、销孔，2-3-3、销，2-3-4、旋转轴；

2-4、弹簧滑块式跳跃机构，2-4-1、缸体，2-4-2、限位滑槽，2-4-3、滑块杆，2-4-4、滑块杆突起，2-4-5、储能弹簧，2-4-6、大腿杆件，2-4-7、缸体端盖，2-4-8、滑块杆连接杆，2-4-9、缸体支杆，2-4-10、旋转轴连接孔，2-4-11、钢丝绳连接处承重块，2-4-12、钢丝绳连接点，2-4-13、小腿杆件连接孔，2-4-14、小腿杆件，2-4-15、缸体支杆连接孔；

3、透明状态的机器人外壳；

4、机器人机架，4-1、工型支架，4-2、连接跳跃腿支撑柱，4-3、连接驱动系统支撑柱，4-4、L型支架，4-5、承载块连接孔；

5、变径轮缓冲减震机构，5-1、减震机构支架，5-2、减震外壳，5-3、减震弹簧，5-4、减震外壳端盖，5-5、减震机构内杆；

6、变径轮机构承载块，6-1、承载块支杆，6-2、承载块连接块，6-3、连接中心轴孔，6-4、连接传动齿轮轴孔，6-5、机架连接孔；

x、宽度方向，y、长度方向，z、高度方向。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，

下面结合图1-图18描述本实用新型实施例中提供的一种可跳跃变径轮式机器人，包括机器人机架4、至少四个变径轮机构1和至少两个跳跃腿组件2；至少四个变径轮机构1呈中心对称分布在所述机器人机架4的两侧，所述变径轮机构1包括中心齿轮1-3，沿所述中心齿轮1-3的周向啮合连接有至少两层相互交错设置的轮瓣组，且每层轮瓣组包括至少三个轮瓣1-4，所述变径轮机构1具有整圆行进姿态和轮辐式越障行进姿态；至少两个跳跃腿组件2以机器人机架4宽度方向相对设置在机器人机架4的腰部两侧，所述跳跃腿组件2包括弹簧滑块式跳跃机构2-4以及驱动所述弹簧滑块式跳跃机构2-4拉伸并使所述弹簧滑块式跳跃机构2-4储能的跳跃腿驱动系统2-1，所述弹簧滑块式跳跃机构2-4具有储能阶段和释放阶段，释放阶段利用弹簧滑块式跳跃机构2-4与地面的反作用力推动机器人整体向上移动实现弹跳。

上述可跳跃变径轮式机器人具有变径轮式行进及跳跃式行进两种行进方式，可以根据地形需要进行两者之间的切换，变径轮式行进可以为机器人提供较大的移动速度及效率，同时跳跃式行进可以使机器人跨越较大障碍；

变径轮式行进同样也可以根据地形需要进行调整轮子尺寸，将机器人轮式行进分为整圆姿态及轮辐姿态，机器人可以自由切换，其中整圆姿态适用于平坦地面、轮辐姿态适用于小障碍及带有阶梯的路面，驱动传动齿轮轴1-2啮合带动中心齿轮1-3旋转，通过轮瓣1-4与中心齿轮1-3啮合，从而使轮瓣13旋转变径，实现轮辐行进方式的切换，从而扩大机器人地形适应面；

弹簧滑块式跳跃机构2-4采用弹簧储能，并将弹簧与缸体运动结合，有效的保证了储能弹簧的运动路径及稳定性，同时提高了弹簧的效率。跳跃腿驱动系统采用部分缺齿齿轮与全齿齿轮配合传动，有效为跳跃机构储能；

因此，本实施例提供的可跳跃变径轮式机器人，解决了现代机器人移动能力及越障能力受限的技术问题。

其中，

参见图4，具体来说，机器人机架4包括工型支架4-1，所述工型支架4-1具有左、右两个翼板以及连接在左、右两个翼板之间的腰板，左、右两个翼板以腰板的长度方向y对称设置；腰板分别与左、右两个翼板垂直，且位于左、右两个翼板的中心位置；具体的，左、右两个翼板在机器人机架4宽度方向x具有四个端部，四个变径轮机构1通过变径轮机构承载块6一一对应装配在左、右两个翼板的四个端部，在所述左、右两个翼板的四个端部开设承载块连接孔4-5，在腰板沿宽度方向x对称设置连接跳跃腿支撑柱4-2和连接驱动系统支撑柱4-3，所述连接跳跃腿支撑柱4-2和连接驱动系统支撑柱4-3之间平行设置且相互连接，在所述工型支架4-1的四角沿z方向设置L型支架4-4，机器人机架4作为跳跃机器人的主体框架部分，为跳跃腿组件2和变径轮机构1提供固定连接点；

需要说明的是，x为机器人机架4的宽度方向，y为机器人机架4的长度方向，z为机器人机架4的高度方向。

参见图5-8，根据本实用新型实施例的变径轮机构1，至少四个变径轮机构1呈中心对称分布在所述机器人机架4的两侧，需要说明的是，本实施例中所述的“呈中心对称分布”是以机器人机架4的中心点为基准，四个变径轮机构对称分布在机器人机架4的两侧，其中两个变径轮机构1在机器人机架4一侧，另外两个变径轮机构在机器人机架4另外一侧。

具体来说，所述变径轮机构1包括中心齿轮1-3，沿所述中心齿轮1-3的周向啮合连接有至少两层相互交错设置的轮瓣组，且每层轮瓣组包括至少三个轮瓣1-4，所述变径轮机构1具有整圆行进姿态和轮辐式越障行进姿态；在本实施例中，以两层相互交错设置的轮瓣组，每层具有三个轮瓣1-4为例，所述轮瓣具有六个，且内外交错沿中心齿轮1-3圆周均匀分布两层，驱动传动齿轮轴1-2啮合带动中心齿轮1-3旋转，啮合连接在中心齿轮1-3周向的两层轮瓣组，即六个轮瓣也随着中心齿轮1-3的转动而发生角度变化，切换整圆姿态及轮辐姿态。

需要说明的是，两层相互交错设置的轮瓣组，每层轮瓣组具有三个轮瓣，其中一层轮瓣组中的三个轮瓣与另外一层中轮瓣组的三个轮瓣在中心齿轮1-3的径向相互交错设置，避免相互之间发生干涉；

也可以理解的是，两层轮瓣组沿着中心齿轮1-3的轴向间隔设置，防止两层轮瓣组彼此之间发生干扰。

继续参见图5-8，在本实用新型的变径轮机构1具体实施例中，所述变径轮机构1还包括外旋转盘1-8以及轴向连接在外旋转盘1-8轴心的中心轴1-1，示例性地，所述中心轴1-1通过螺栓1-11及垫片与外旋转盘1-8连接固定在一起，所述中心齿轮1-3套装在所述中心轴1-1的外周面，示例性地，所述中心齿轮1-3通过两个所述中心齿轮内轴承1-7套装在所述中心轴1-1的外周面，如此设置，可以实现中心齿轮1-3在中心轴1-1上的自由转动；

所述轮瓣1-4与中心齿轮1-3的啮合端沿平行于中心齿轮1-3的轴向与外旋转盘1-8销轴连接，需要说明的是，轮瓣1-4与中心齿轮1-3的啮合端为轮瓣1-4靠近中心齿轮1-3的一端为啮合端，轮瓣1-4内外两层分别通过长销轴1-6、短销轴1-5与外旋转盘1-8连接，在所述长销轴1-6、短销轴1-5的外壁分别安装卡簧1-10，用于限定轮瓣1-4在长销轴1-6、短销轴1-5上的位置，从而对轮瓣1-4的转动轨迹进行限定，驱动传动齿轮轴1-2啮合带动中心齿轮1-3旋转，啮合连接在中心齿轮1-3周向的每个轮瓣1-4具有相同的角位移量。

继续参见图5-8，为了驱动中心齿轮1-3的旋转，沿所述中心齿轮1-3的旋转路径啮合连接有传动齿轮轴1-2，且传动齿轮轴1-2的齿轮部与至少两层轮瓣组在中心齿轮1-3的轴向上交错设置，目的是，防止传动齿轮轴1-2的齿轮部与轮瓣组发生干涉，传动齿轮轴1-2的转轴部与电机转子端连接。可以理解的是，变径过程由电机带动传动齿轮轴1-2，通过与中心齿轮1-3啮合，从而使轮瓣1-4旋转张开；变径轮的整体转动需要固定外旋转盘1-8与中心齿轮1-3保持相对静止，分别控制中心轴1-1与传动齿轮轴1-2的电机以相同的角位移量转动，且转动方向相反，以保证外旋转盘1-8与中心齿轮1-3保持相对静止，从而实现变径轮整体转动行进，每个变径轮有两个不同电机分别控制中心轴1-1、传动齿轮轴1-2，实现行进及变径，且电机均固定在承载块6内侧。

可跳跃变径轮式机器人的轮式行进方式包括两种行进姿态，每种姿态的变换方法与行进方法具体如下：

第一种：整圆行进姿态；所述该姿态为机器人正常的初始姿态，该姿态下机器人具有较强的移动能力，当机器人以整圆行进姿态行进时，传动齿轮轴1-2反转、中心轴1-1正转，且传动齿轮轴1-2与中心轴1-1的角速度相等。

第二种：轮辐行进姿态；所述该姿态为机器人变径轮机构变径后姿态，该姿态下机器人具有爬坡、攀爬台阶、越小障碍的能力，需要说明的是，图6、图8中向右为前进方向，当机器人从整圆行进姿态向轮辐行进姿态变化时，传动齿轮轴1-2正转、中心轴1-1保持不动，当轮瓣1-4绕对应的长、短销轴1-5、1-6旋转到θ(附图8)为170°时，传动齿轮轴1-2停止，变径结束；当机器人以轮辐行进姿态进行行进时与整圆姿态行进时传动齿轮轴1-2与中心轴1-1的动作状态一致；若机器人从轮辐行进姿态向轮整圆行进姿态变化，则传动齿轮轴1-2反转、中心轴1-1不做动作，直至轮瓣1-4旋转到θ(附图8)为65°时，还原结束。

参见图5、图7和图9，在本实用新型进一步地的实施例中，所述变径轮机构1还包括变径轮机构承载块6，所述变径轮机构承载块6包括承载块连接块2以及垂直于所述承载块连接块2设置的承载块支杆6-1，在所述承载块连接块2的侧面分别开设连接中心轴孔6-3和连接传动齿轮轴孔6-4，在所述承载块支杆6-1的端部开设机架连接孔6-5，所述中心轴1-1通过轴承1-9与连接中心轴孔6-3连接，所述传动齿轮轴1-2通过轴承1-9与传动齿轮轴孔6-4连接，承载块支杆6-1通过机架连接孔6-5与机器人机架4销轴连接；

变径轮承载块6可转动的连接在机架4上，且在变径轮承载块6与机架上L型支架4-4之间设有变径轮缓冲减震机构5，由此固定在变径轮承载块上的变径轮1可以绕承载块连接孔4-5转动，从而压缩变径轮缓冲减震机构5中的减震弹簧5-3，从而实现机器人轮式行进过程中的减震。

参见图12-18，根据本实用新型实施例的跳跃腿组件2，至少两个跳跃腿组件2以机器人机架4宽度方向相对设置在机器人机架4的腰部两侧，具体地，两个跳跃腿组件2与两个连接跳跃腿支撑柱4-2连接，所述跳跃腿组件2包括弹簧滑块式跳跃机构2-4以及驱动所述弹簧滑块式跳跃机构2-4拉伸并使所述弹簧滑块式跳跃机构2-4储能的跳跃腿驱动系统2-1，所述弹簧滑块式跳跃机构2-4具有储能阶段和释放阶段，释放阶段利用弹簧滑块式跳跃机构2-4与地面的反作用力推动所述弹簧滑块式跳跃机构2-4向上移动实现弹跳，跳跃腿驱动系统2-1采用部分缺齿齿轮与全齿齿轮配合传动，有效为跳跃机构储能，弹簧滑块式跳跃机构2-4采用弹簧储能，与地面的反作用力推动所述弹簧滑块式跳跃机构2-4向上移动实现弹跳。

参见图12，在本实用新型的弹簧滑块式跳跃机构2-4具体实施例中，所述弹簧滑块式跳跃机构2-4包括缸体2-4-1、滑动连接在缸体内的滑块杆2-4-3以及抵接在滑块杆2-4-3与缸体2-4-1之间的储能弹簧2-4-5；

具体地，为了提高滑块杆2-4-3在缸体2-4-1内滑动的稳定性，所述缸体2-4-1呈方形并三面镂空，另一面全空，且沿缸体2-4-1的高度方向开设限位滑槽2-4-2，在所述滑块杆2-4-3与限位滑槽2-4-2相对应位置设置滑块杆突起2-4-4，滑块杆突起2-4-4沿缸体2-4-1的限位滑槽2-4-2做限位滑动，提高了滑块杆2-4-3滑动时的稳定性，防止滑块杆2-4-3在滑动过程中发生偏移；为了防止滑块杆2-4-3滑出缸体2-4-1，在所述缸体2-4-1的顶部安装缸体端盖2-4-7，所述缸体2-4-1的侧壁安装有钢丝绳连接处承重块2-4-11，钢丝绳连接处承重块2-4-11的底部设置钢丝绳连接点2-4-12；

继续参见图12，在所述缸体2-4-1的底部可转动地设置小腿杆件2-4-14，所述滑块杆2-4-3的一端延伸出缸体2-4-1转动连接有大腿杆件2-4-6，所述大腿杆件2-4-6与小腿杆件2-4-14转动连接，示例性地，所述缸体2-4-1的底部设置缸体支杆2-4-9，缸体支杆2-4-9开设小腿杆件连接孔2-4-13，小腿杆件2-4-14开设缸体支杆连接孔2-4-15，缸体支杆连接孔2-4-15与小腿杆件连接孔2-4-13重合之后插入销轴，实现小腿杆件2-4-14可转动地设置缸体2-4-1的底部；滑块杆2-4-3面向缸体2-4-1全空的一端设有滑块杆连接杆2-4-8，滑块杆连接杆2-4-8通过旋转轴连接孔2-4-10与大腿杆件2-4-6的一端销轴连接，大腿杆件2-4-6的另一端与小腿杆件2-4-14的中部销轴连接，实现大腿杆件2-4-6与小腿杆件2-4-14之间的转动连接。

储能弹簧2-4-5释放阶段为机器人起跳阶段，该过程中储能弹簧2-4-5在受其自身拉力下收缩，使得缸体2-4-1向上运动，从而带动小腿杆件2-4-14绕与大腿杆件连接销轴转动使足端向下运动，从而得到地面对机器人向上的反推力，同时在此过程中，大腿杆件2-4-6绕旋转轴连接孔2-4-10小幅度摆动。

参见图16，在本实用新型的跳跃腿驱动系统2-1具体实施例中，所述跳跃腿驱动系统2-1包括穿设在所述机器人机架4的全齿齿轮内轴2-1-3、沿全齿齿轮内轴2-1-3长度方向设置的全齿齿轮2-1-2以及设置在全齿齿轮内轴2-1-3的两个端部的卷筒2-1-4，所述卷筒2-1-4缠绕钢丝绳，所述钢丝绳的伸出端绑扎在所述缸体2-4-1侧壁，所述全齿齿轮2-1-2的旋转路径上啮合连接有缺齿齿轮2-1-5，所述缺齿齿轮2-1-5通过缺齿齿轮轴2-1-1与所述机器人机架4转动连接，示例性地，全齿齿轮内轴2-1-3通过轴承连接在驱动系统支撑柱4-3的下部，电机(未画出)连接在部分缺齿齿轮轴2-1-1一端，缺齿齿轮轴2-1-1另一端通过轴承连接在连接驱动系统支撑柱4-3的上部，钢丝绳的一端缠绕在卷筒2-1-4，钢丝绳的另一端绑扎在所述缸体2-4-1侧壁的钢丝绳连接点2-4-12；

弹簧滑块式跳跃机构2-4工作过程需要跳跃腿驱动系统2-1配合完成，具体工作配合过程可分为两阶段：

第一阶段：储能阶段；电机驱动部分缺齿齿轮轴2-1-1，通过啮合带动固定在全齿齿轮内轴2-1-3两端的卷筒2-1-4转动，钢丝绳随卷筒2-1-4转动而缠绕，从而钢丝绳牵拉缸体2-4-1向下运动，此时储能弹簧2-4-5会被拉伸，从而储能；

第二阶段：释放阶段；电机驱动部分缺齿齿轮轴2-1-1，使部分缺齿齿轮2-1-5与全齿齿轮2-1-2啮合进入缺齿区，由于储能弹簧2-4-5处于拉伸状态，进入缺齿区后，储能弹簧2-4-5瞬间释放，由储能弹簧2-4-5反作用力使全齿齿轮2-1-2带动全齿齿轮内轴2-1-3两侧卷筒2-1-4反转，钢丝绳得到释放，从而使缸体2-4-1向上运动，带动小腿杆件2-4-14绕与大腿杆件连接销轴转动使足端向下运动，从而得到地面对机器人向上的反推力，最终实现跳跃。

参见图15，在进一步的实施例中，为了提高弹簧滑块式跳跃机构2-4的缓冲减震效果，所述小腿杆件2-4-14与地面的接触端设置有足端缓冲减震机构2-2，所述足端缓冲减震机构2-2包括相对设置的两个套体、以及穿设在两个套体中的中心杆2-2-3；

具体地，所述足端缓冲减震机构2-2包括相对设置的上套2-2-2和下套2-2-4，中心杆2-2-3的上、下两个端部分别延伸入上套2-2-2和下套2-2-4中，所述中心杆2-2-3的外周面套设有大弹簧2-2-7，且大弹簧2-2-7的两端分别抵接在上套2-2-2的下端面和下套2-2-4的下端面，

参见图15，在一些实施例中，为了进一步提高弹簧滑块式跳跃机构2-4的缓冲减震效果，所述下套2-2-4的底部设置足端2-2-5，所述足端2-2-5与中心杆2-2-3之间存在间隙，所述下套2-2-4可以沿中心杆2-2-3限位运动，在所述中心杆2-2-3的下端部设置挡板2-2-1，所述下套2-2-4的内部设置小弹簧2-2-6，所述小弹簧2-2-6套装在中心杆2-2-3外周面且小弹簧2-2-6的底端抵接在挡板2-2-1的上端面，所述小弹簧2-2-6与大弹簧2-2-7拉压相反。

机器人起跳阶段中，随储能弹簧2-4-5的释放，小腿杆件的足端2-2-5会触及地面，此时地面会给足端2-2-5一反作用力，使足端2-2-5及下套2-2-4向上运动，此时大弹簧2-2-7会被压缩，从而减小足端2-2-5触及地面瞬间产生的冲击；同样，当机器人起跳后，机器人足端2-2-5会离开地面，此时大弹簧2-2-7的受压会得到释放，为了减小此时的冲击，下套2-2-4内设有与大弹簧2-2-7拉压相反的小弹簧2-2-6来减小此时大弹簧2-2-7产生的冲击。

参见图17-图18，在一些实施例中，为了调节跳跃腿的起跳角度，还包括跳跃腿起跳角调节机构2-3，所述跳跃腿起跳角调节机构2-3采用一个双头电机2-3-1同步控制两个所述弹簧滑块式跳跃机构2-3的起跳角，所述双头电机2-3-1通过两个旋转轴2-3-4分别与两个所述跳跃腿起跳角调节机构2-3同步转动连接。具体地，双头电机2-3-1的两端分别安装旋转轴2-3-4，旋转轴2-3-4通过轴承与连接跳跃腿支撑柱4-2连接并穿过旋转轴连接孔2-4-10，同时通过销连接两个拨动板2-3-2，两拨动板2-3-2对称分布于滑块杆连接杆2-4-8两侧，同时与滑块杆连接杆2-4-8上下接触，所述拨动板2-3-2的一端安装在旋转轴2-3-4上通过销孔2-3-2-3和销2-3-3配合固定在所述旋转轴2-3-4上，所述拨动板2-3-2的另一端卡接在滑块杆连接杆2-4-8的外壁，所述拨动板2-3-2与滑块杆连接杆2-4-8的卡接端包括拨动板上板2-3-2-1和拨动板下板2-3-2-2，滑块杆连接杆2-4-8抵在拨动板上板2-3-2-1和拨动板下板2-3-2-2之间。

参见图9-图11，在一些实施例中，为了提高机器人行驶中的减震性能，所述机器人机架4与变径轮机构1之间设置变径轮缓冲减震机构5，变径轮承载块6可转动的连接在机架4上，固定在变径轮承载块上的变径轮1可以绕承载块连接孔4-5转动，从而压缩变径轮缓冲减震机构5中的减震弹簧5-3，从而实现机器人轮式行进过程中的减震，使机器人在轮式行进中平稳。所述变径轮缓冲减震机构5包括减震外壳5-2、可在减震外壳5-2内腔滑动的减震机构内杆5-5，在所述减震外壳5-2与减震机构内杆5-5之间设置减震弹簧5-3；具体地，所述减震外壳5-2的底部安装减震外壳端盖5-4，所述减震机构内杆5-5由一个活塞板和一个竖杆组成，活塞板的直径大于竖杆的直径，减震弹簧5-3的数量为两个，其中一个所述减震弹簧5-3设置在所述减震机构内杆5-5活塞板的上端面与减震外壳5-2的内壁顶端之间的间隙，另外一个所述减震弹簧5-3套设在所述减震机构内杆5-5竖杆的外周面，另外一个所述减震弹簧5-3的一端抵接在所述减震机构内杆5-5活塞板的下端面，另一端抵接在减震外壳端盖5-4，减震外壳5-2的顶端销轴连接有一个减震机构支架5-1，一个减震机构支架5-1安装在L型支架4-4的底端，减震机构内杆5-5延伸出减震外壳端盖5-4的一端通过销轴连接有另一个减震机构支架5-1，另一个减震机构支架5-1安装在承载块支杆6-1的顶端。

参见图1-图3，在一些实施例中，为了保护机器人内部的零部件以及实时观察机器人内部的工作情况，在所述机器人机架4的顶部安装透明状态的机器人外壳3，透明状态的机器人外壳3由透明亚克力板制成，所述跳跃腿驱动系统2-1、跳跃腿起跳角调节机构2-3、弹簧滑块式跳跃机构2-4装配在机器人外壳3与机器人机架4之间围成的区域内。

本实用新型所提供的可跳跃变径轮式机器人包括变径轮机构1及跳跃腿组件2两种行进机构，且由机器人机架4与各部分连接，各部分共同构成机器人模型，各部分既相互独立又相互配合，各部分协同发挥作用可顺利完成预定的工作。

本实用新型融合了包括机械设计、机电控制在内的多学科理论而设计的一种小型自动化机械，广泛应用于包括野外侦探、楼内材料运输、灾害救援等各种场合。

以上所述仅为本实用新型的部分实施方式，不是全部的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本实用新型说明书而对本实用新型技术方案采取的任何等效的变化，均为本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种可跳跃变径轮式机器人，其特征在于，包括：

机器人机架、至少四个变径轮机构和至少两个跳跃腿组件；

至少四个变径轮机构呈中心对称分布在所述机器人机架的两侧，所述变径轮机构包括中心齿轮，沿所述中心齿轮的周向啮合连接有至少两层相互交错设置的轮瓣组，且每层轮瓣组包括至少三个轮瓣，所述变径轮机构具有整圆行进姿态和轮辐式越障行进姿态；

至少两个跳跃腿组件以机器人机架宽度方向相对设置在机器人机架的腰部两侧，所述跳跃腿组件包括弹簧滑块式跳跃机构以及驱动所述弹簧滑块式跳跃机构拉伸并使所述弹簧滑块式跳跃机构储能的跳跃腿驱动系统，所述弹簧滑块式跳跃机构具有储能阶段和释放阶段，释放阶段利用弹簧滑块式跳跃机构与地面的反作用力推动机器人整体向上移动实现弹跳。

2.根据权利要求1所述的可跳跃变径轮式机器人，其特征在于：所述变径轮机构还包括外旋转盘以及轴向连接在外旋转盘轴心的中心轴，所述中心齿轮套装在所述中心轴的外周面，所述轮瓣与中心齿轮的啮合端沿平行于中心齿轮的轴向与外旋转盘销轴连接。

3.根据权利要求2所述的可跳跃变径轮式机器人，其特征在于：沿所述中心齿轮的旋转路径啮合连接有传动齿轮轴，且传动齿轮轴的齿轮部与至少两层轮瓣组在中心齿轮的轴向上交错设置，传动齿轮轴的转轴部与电机转子端连接。

4.根据权利要求3所述的可跳跃变径轮式机器人，其特征在于：驱动传动齿轮轴啮合带动中心齿轮旋转，啮合连接在中心齿轮周向的每个轮瓣具有相同的角位移量。

5.根据权利要求1所述的可跳跃变径轮式机器人，其特征在于：所述弹簧滑块式跳跃机构包括缸体、滑动连接在缸体内的滑块杆以及抵接在滑块杆与缸体之间的储能弹簧，在所述缸体的底部可转动地设置小腿杆件，所述滑块杆的一端延伸出缸体转动连接有大腿杆件，所述大腿杆件与小腿杆件转动连接。

6.根据权利要求5所述的可跳跃变径轮式机器人，其特征在于：所述小腿杆件与地面的接触端设置有足端缓冲减震机构，所述足端缓冲减震机构包括相对设置的两个套体、以及穿设在两个套体中的中心杆，其中一个所述套体的底部设置足端，所述足端与中心杆之间存在间隙，所述中心杆的外周面套设有大弹簧，且大弹簧的两端抵接在两个套体的端面，底部设置足端的套体可以沿中心杆限位运动。

7.根据权利要求6所述的可跳跃变径轮式机器人，其特征在于：在其中一个所述套体的内部设置小弹簧，所述小弹簧与大弹簧拉压相反。

8.根据权利要求1所述的可跳跃变径轮式机器人，其特征在于：还包括跳跃腿起跳角调节机构，所述跳跃腿起跳角调节机构采用一个双头电机同步控制两个所述弹簧滑块式跳跃机构的起跳角，所述双头电机通过两个旋转轴分别与两个所述跳跃腿起跳角调节机构同步转动连接。

9.根据权利要求5所述的可跳跃变径轮式机器人，其特征在于：所述跳跃腿驱动系统包括穿设在所述机器人机架的全齿齿轮内轴、沿全齿齿轮内轴长度方向设置的全齿齿轮以及设置在全齿齿轮内轴的两个端部的卷筒，所述卷筒缠绕钢丝绳，所述钢丝绳的伸出端绑扎在所述缸体侧壁，所述全齿齿轮的旋转路径上啮合连接有缺齿齿轮，所述缺齿齿轮通过缺齿齿轮轴与所述机器人机架转动连接。

10.根据权利要求1所述的可跳跃变径轮式机器人，其特征在于：所述机器人机架与变径轮机构之间设置变径轮缓冲减震机构，所述变径轮缓冲减震机构包括减震外壳、可在减震外壳内腔滑动的减震机构内杆，在所述减震外壳与减震机构内杆之间设置减震弹簧。