專利名稱：仿生輪足兩用式機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)器人裝置領(lǐng)域，尤其一種仿生輪足兩用式機(jī)器人。
技術(shù)背景移動(dòng)機(jī)器人腿通常為同結(jié)構(gòu)均布，無論是輪式還是關(guān)節(jié)式機(jī)器 人，其各條腿的結(jié)構(gòu)和尺寸通常相同，這樣有利于設(shè)計(jì)及控制，也有 利于模塊化。但是在自然界中生物的腿雖然通常是對(duì)稱分布的，但在 不同位置上其腿的尺寸、結(jié)構(gòu)及功能不盡相同。因此迫切需要一種結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單、地形適應(yīng)性強(qiáng)、功能多樣的機(jī)器人結(jié)構(gòu)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、地 形適應(yīng)性強(qiáng)、功能多樣的仿生輪足兩用式機(jī)器人。該機(jī)器人模仿哺乳 動(dòng)物腿部骨架、采用輪腿結(jié)合運(yùn)動(dòng)模式、模塊化設(shè)計(jì)理念，保證機(jī)器 人快速、靈活運(yùn)動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案仿生輪足兩用 式機(jī)器人，包括車身，其特征是在車身兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有由大腿和小腿 組成的前腿和后腿，所述前腿的大腿長(zhǎng)度比小腿長(zhǎng)，后腿的大腿長(zhǎng)度 比小腿短，所述大腿上分別設(shè)置有兩個(gè)車輪，在車體內(nèi)設(shè)置有第一級(jí) 驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述前腿和后腿的大腿和一個(gè)車輪分別與第一級(jí)驅(qū)動(dòng)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)軸相連，由離合器控制選擇驅(qū)動(dòng)第一大輪或大腿，在所述大腿上設(shè)置有第二級(jí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述第二級(jí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸與大腿的另一車輪和小腿連接，由離合器控制選擇驅(qū)動(dòng)第二大輪或小腿；小腿末端 設(shè)置有車輪，所述小腿末端車輪的直徑小于大腿車輪的直徑，在小腿 末端的車輪上設(shè)置有電磁抱閘以控制其隨轉(zhuǎn)或止轉(zhuǎn)。 所述大腿上設(shè)置的兩個(gè)車輪的直徑相同。所述前大腿或后小腿的短連桿長(zhǎng)度為前小腿或后大腿的長(zhǎng)連桿 長(zhǎng)度的一半，小腿末端設(shè)置的車輪直徑加大腿上設(shè)置的車輪直徑及輪 間間隙為所述的長(zhǎng)連桿長(zhǎng)度。本發(fā)明的效果是本發(fā)明中由車體和兩條大腿長(zhǎng)小腿短的前腿和 兩條大腿短小腿長(zhǎng)的后退組成四腿機(jī)器人；四條腿的第一級(jí)動(dòng)力由車 體內(nèi)輸出與大腿相連，由離合器控制選擇驅(qū)動(dòng)第一大輪或大腿；第二 級(jí)動(dòng)力輸入布置在大腿上與小腿相連，也有離合器控制選擇驅(qū)動(dòng)第二 大輪或小腿；小腿末端的機(jī)器人足為一個(gè)被動(dòng)小輪，有電磁抱閘控制 其隨轉(zhuǎn)或止轉(zhuǎn)。本發(fā)明的輪足兩用式移動(dòng)機(jī)器人腿部模仿哺乳動(dòng)物腿 骨結(jié)構(gòu)。采用生物腿可折疊的特點(diǎn)設(shè)計(jì)各個(gè)關(guān)節(jié)比例，使短連桿長(zhǎng)度 為長(zhǎng)連桿長(zhǎng)度的一半，小輪直徑加大輪直徑及輪間間隙尺寸為長(zhǎng)連桿 長(zhǎng)度，保證結(jié)構(gòu)的緊湊性；同時(shí)考慮前腿作為姿態(tài)、方位控制，采用 前大腿長(zhǎng)、小腿短的結(jié)構(gòu)，后退作為發(fā)力腿，為保證機(jī)器人快速前進(jìn)， 采用后大腿短、小腿長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)。該機(jī)器人可以有緊湊型輪式、伸展型 輪式、擺大腿輪式、關(guān)節(jié)式多種運(yùn)動(dòng)方式，結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)動(dòng)靈活，地 面適應(yīng)性強(qiáng)，且移動(dòng)速度快，針對(duì)特殊地形變換運(yùn)動(dòng)姿態(tài)有利于降低 能量損耗。采用輪足兩用腿模塊，既節(jié)省能耗及結(jié)構(gòu)空間，又能使機(jī) 器人具有快速組裝、置換、修復(fù)等功能。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。


圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的離合器與大輪轂及長(zhǎng)連桿連接部分局部剖視圖；圖3為本發(fā)明的隱藏前左、后右腿及車殼后原理圖的三維實(shí)體4為本發(fā)明的伸展型輪式移動(dòng)時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為本發(fā)明的撐大腿輪式移動(dòng)時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6為本發(fā)明的關(guān)節(jié)式移動(dòng)時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7為本發(fā)明的關(guān)節(jié)式移動(dòng)時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中車身1、前左小腿2、前左大腿腿3、后左小腿4、后右大腿5、后右第二大輪6、后右第一大輪7、后右小輪8、前右第一大輪9、 前右小輪10、前右第二大輪11、離合器第一從動(dòng)片12、離合器 主體13、離合器第二從動(dòng)片14、第七軸承安裝孔15、長(zhǎng)連桿與離合 器從動(dòng)片連接螺紋孔16、內(nèi)置攝像機(jī)17、前左第一電機(jī)安裝座18、 前左第一電機(jī)19、前左第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器20、車內(nèi)電池21、車載計(jì)算 機(jī)22、后右第一變速器23、后右第一聯(lián)軸節(jié)24、后右第一軸承25、 后右第一軸承座26。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。圖1中，仿生輪足兩用式機(jī)器人，包括車身l，在車身的兩側(cè)分 別設(shè)置有前左小腿'2、前左大腿3、后左小腿4、后右大腿5、后右第 二大輪6、后右第一大輪7、后右小輪8、前右第一大輪9、前右小輪10、 前右第二大輪ll。圖2中，離合器第一從動(dòng)片12、離合器主體13、離合器第二從 動(dòng)片14、第七軸承安裝孔15、長(zhǎng)連桿與離合器從動(dòng)片連接螺紋孔16、 內(nèi)置攝像機(jī)17。圖3中，前左第一電機(jī)安裝座18、前左第一電機(jī)19、前左第一 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器20、車內(nèi)電池21、車載計(jì)算機(jī)22、后右第一變速器23、 后右第一聯(lián)軸節(jié)24、后右第一軸承25、后右第一軸承座26。四條腿的第一級(jí)動(dòng)力19經(jīng)變速器23減速后由車體內(nèi)傳出并與第 一離合器的主體14相連，并且大腿3、 5和第一大輪7、 9都通過軸承與第一離合器同軸相連，第一離合器的第二從動(dòng)片15與大腿3、 5 相連，第一從動(dòng)片13與第一大輪7、 9相連，由第一離合器控制離合 從動(dòng)片選擇，離合器第二從動(dòng)片與大腿相連，第一從動(dòng)片與輪子相連， 驅(qū)動(dòng)大腿3、 5或第一大輪7、 9;第二級(jí)動(dòng)力輸入固定在大腿3、 5 上，經(jīng)減速轉(zhuǎn)向后與第二離合器主體14相連，并且小腿2、 4和第二 大輪6、 ll都通過軸承與第二離合器同軸相連，第二離合器的第二從 動(dòng)片15與小腿2、 4相連，第一從動(dòng)片13與第二大輪6、 ll相連， 第二離合器控制離合從動(dòng)片選擇驅(qū)動(dòng)小腿2、 4或第二大輪6、 11; 小腿2、 4末端的機(jī)器人足為一個(gè)被動(dòng)小輪8、 10，有電磁抱閘控制 其隨轉(zhuǎn)或止轉(zhuǎn)，電磁抱閘與小輪同軸并與小輪相連。本發(fā)明的輪足兩 用式移動(dòng)機(jī)器人腿部模仿哺乳動(dòng)物腿骨結(jié)構(gòu)。采用生物腿可折疊的特 點(diǎn)設(shè)計(jì)各個(gè)關(guān)節(jié)比例，使短連桿長(zhǎng)度為長(zhǎng)連桿長(zhǎng)度的一半，小輪直徑 加大輪直徑及輪間間隙尺寸為長(zhǎng)連桿長(zhǎng)度，保證結(jié)構(gòu)的緊湊性；同時(shí) 考慮前腿作為姿態(tài)、方位控制，采用前大腿3長(zhǎng)、小腿2短的結(jié)構(gòu)， 后退作為發(fā)力腿，為保證機(jī)器人快速前進(jìn)，采用后大腿5短、小腿4 長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)時(shí)四條腿在機(jī)器人本體1兩側(cè)對(duì)稱布置，并且前后大腿3、 5根部與車體1連接位置后置，在緊湊模式下前大腿3前屈，前小腿 2后屈，后大腿5前屈，后小腿6后屈，此時(shí)前后腿的兩個(gè)長(zhǎng)連桿剛 好均布在車體兩側(cè)，保證整體結(jié)構(gòu)緊湊及重心居中。四條腿第一級(jí)動(dòng) 力輸入的旋轉(zhuǎn)軸線在車體1厚度一半處。如圖l、圖4所示，機(jī)器人作為輪式小車移動(dòng)時(shí)，大輪和小輪都 分別與地面相切，可以有緊湊型和伸展型兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。此時(shí)從車體 1內(nèi)輸出的第一動(dòng)力轉(zhuǎn)矩通過第一離合器傳給第一大輪7、 9做繞軸 旋轉(zhuǎn)；在大腿3、 5內(nèi)安置的第二電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩通過減速轉(zhuǎn)向后傳到 第二離合器驅(qū)動(dòng)第二大輪6、 ll做繞軸旋轉(zhuǎn)；小輪8、 IO隨動(dòng)。在小 腿2、 4收攏狀態(tài)時(shí)結(jié)構(gòu)緊湊，適合平坦道路的快速移動(dòng)；打開小腿 2、 4成伸展?fàn)顟B(tài)，此時(shí)可以擴(kuò)大機(jī)器人底盤面積，有利于機(jī)器人結(jié) 構(gòu)穩(wěn)定性，適用于崎嶇復(fù)雜路面移動(dòng)時(shí)保證機(jī)器人不傾倒。如圖5所示，機(jī)器人腿也是同時(shí)作為輪和關(guān)節(jié)使用，大腿3、 5 支起后抬高車體l底盤，第二大輪6、 ll與地面相切，可以有擺大腿 和不擺大腿兩種方式，電機(jī)驅(qū)動(dòng)大腿關(guān)節(jié)繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)擺大腿，電機(jī)不 轉(zhuǎn)時(shí)大腿不擺。此時(shí)從車體1內(nèi)輸出的第一動(dòng)力轉(zhuǎn)矩通過第一離合器 傳給大腿3、 5作擺腿運(yùn)動(dòng)或與機(jī)器人本體1成固定角度，在大腿3、 5內(nèi)安置的第二電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩通過減速轉(zhuǎn)向后傳到第二離合器且驅(qū)動(dòng) 第二大輪6、 ll做繞軸旋轉(zhuǎn)，被動(dòng)小輪8、 IO與地面相切，在涉水、 泥濘、沙地或雪地中行走時(shí)，既有利于提高機(jī)器人本體，又能保證機(jī) 器人的平衡。如圖6、圖7所示，機(jī)器人腿完全作為四足關(guān)節(jié)式移動(dòng)機(jī)器人運(yùn) 動(dòng)。此時(shí)從車體1內(nèi)輸出的第一動(dòng)力轉(zhuǎn)矩通過第一離合器傳給大腿3、 5作擺腿運(yùn)動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)大腿關(guān)節(jié)就繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而大腿擺動(dòng)，在大腿 3、 5內(nèi)安置的第二電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩通過減速轉(zhuǎn)向后傳到第二離合器且 選擇驅(qū)動(dòng)小腿2、 4做前后擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，電磁抱閘通電使小輪8、 10止 轉(zhuǎn)作為足，在特點(diǎn)步態(tài)規(guī)劃與控制下做間歇爬行運(yùn)動(dòng)或跑動(dòng)。
權(quán)利要求
1、仿生輪足兩用式機(jī)器人，包括車身，其特征是在車身兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有由大腿和小腿組成的前腿和后腿，所述前腿的大腿長(zhǎng)度比小腿長(zhǎng)，后腿的大腿長(zhǎng)度比小腿短，所述大腿上分別設(shè)置有兩個(gè)車輪，在車體內(nèi)設(shè)置有第一級(jí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述前腿和后腿的大腿和一個(gè)車輪分別與第一級(jí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸相連，由離合器控制選擇驅(qū)動(dòng)第一大輪或大腿，在所述大腿上設(shè)置有第二級(jí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述第二級(jí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸與大腿的另一車輪和小腿連接，由離合器控制選擇驅(qū)動(dòng)第二大輪或小腿；小腿末端設(shè)置有車輪，所述小腿末端車輪的直徑小于大腿車輪的直徑，在小腿末端的車輪上設(shè)置有電磁抱閘以控制其隨轉(zhuǎn)或止轉(zhuǎn)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生輪足兩用式機(jī)器人，其特征是所 述大腿上設(shè)置的兩個(gè)車輪的直徑相同。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的仿生輪足兩用機(jī)器人，其特征是 所述前大腿或后小腿的短連桿長(zhǎng)度為前小腿或后大腿的長(zhǎng)連桿長(zhǎng)度 的一半，小腿末端設(shè)置的車輪直徑加大腿上設(shè)置的車輪直徑及輪間間 隙為所述的長(zhǎng)連桿長(zhǎng)度。
全文摘要
一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、地形適應(yīng)性強(qiáng)、功能多樣的仿生輪足兩用式機(jī)器人。技術(shù)方案是包括車身，其特征是在車身兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有由大腿和小腿組成的前腿和后腿，前腿的大腿長(zhǎng)度比小腿長(zhǎng)，后腿的大腿長(zhǎng)度比小腿短，在車體內(nèi)設(shè)置有第一級(jí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，前腿和后腿的大腿和一個(gè)車輪分別與第一級(jí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸相連，在大腿上設(shè)置有第二級(jí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，第二級(jí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸與大腿的另一車輪和小腿連接；小腿末端設(shè)置有車輪，由電磁抱閘以控制其隨轉(zhuǎn)或止轉(zhuǎn)。前大腿或后小腿的短連桿長(zhǎng)度為前小腿或后大腿的長(zhǎng)連桿長(zhǎng)度的一半，小腿末端設(shè)置的車輪直徑加大腿上設(shè)置的車輪直徑及輪間間隙為所述的長(zhǎng)連桿長(zhǎng)度。
文檔編號(hào)B62D57/028GK101224764SQ200810057399
公開日2008年7月23日 申請(qǐng)日期2008年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月1日
發(fā)明者劉宗政, 丹 吳, 洋 賓, 楊宏源, 趙旦譜, 郭麗峰, 懇 陳 申請(qǐng)人:清華大學(xué)