專利名稱：一種輪足兩用復合式移動機器人腿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到一種輪足兩用復合式移動機器人腿。
背景技術(shù)：
機器人腿通常有輪式和關(guān)節(jié)式兩種結(jié)構(gòu)方式。輪式腿具有移動速度快、轉(zhuǎn)向性好、 驅(qū)動控制方便等特點；但其著地面積小、壁面適應性差、辟障能力和非結(jié)構(gòu)環(huán)境下移動性能 差。關(guān)節(jié)腿一般采用兩節(jié)連桿串聯(lián)形式，它對路面要求低，可以跨越障礙物，走過沙地、沼澤 等特殊路面；但存在運動間隙大、速度慢、控制難度大等特點。一種足輪兩用機器人腿公布 了一種采用輪腿結(jié)合運動模式、模塊化設(shè)計的機器人腿，但是其使用離合器運行，不能保證 運行的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種有效保證運行可靠性的的輪足兩用復合 式移動機器人腿。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明包括第一大輪、第一同步帶輪、第一軸承、第二同步 帶輪、第一軸、第二軸承、第三軸承、第一大輪輪轂、保護罩、長連桿、電機驅(qū)動器、同步帶、小 輪、小輪輪轂、第四軸承、第二軸、電磁抱閘、短連桿、電機諧波減速器組合、第二大輪組合、 第三同步帶輪、第五軸承、第三軸、第六軸承；第二同步帶輪通過第一軸承和第三軸承與車 體連接，通過第一大輪輪轂與第一大輪連接，通過第二軸承與第一軸連接；第一大輪輪轂與 第一同步帶輪連接，第一同步帶輪通過同步帶與第三同步帶輪連接；第二大輪組合與第三 同步帶輪連接，同時通過第五軸承與第三軸連接；第一軸通過第二軸承與第二同步帶輪連 接，與長連桿通過鍵槽連接；保護罩、電機驅(qū)動器、電機諧波減速器組合安裝在長連桿上，第 三軸通過第六軸承與長連桿連接；短連桿通過鍵槽與第三軸連接，另一端也通過鍵槽與第 二軸連接；小輪、小輪輪轂通過第四軸承與第二軸連接，小輪輪轂與電磁抱閘連接；短連桿 長度是長連桿長度的一半，兩大輪半徑相等，且兩大輪半徑加小輪直徑再加輪間間隙剛好 等于長連桿長度；兩個大輪及小輪的中心界面在一個平面內(nèi)，且其轉(zhuǎn)動軸相平行。本發(fā)明可以實現(xiàn)機器人輪式、關(guān)節(jié)式、以及輪足復合式三種運動形式，保證機器人 移動速度及地形適應性，且結(jié)構(gòu)緊湊。采用電機、減速器和同步帶的輸出形式，簡潔可靠，節(jié) 省動力。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體說明。圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例提出的緊湊輪式移動的三維實體圖； 圖3為本發(fā)明實施例提出的伸展輪式移動的三維實體圖； 圖4為本發(fā)明實施例提出的蹺起小腿輪式移動的三維實體圖；圖5為本發(fā)明實施例提出的蹺起輪腿輪式移動的三維實體圖； 圖6為本發(fā)明實施例提出的撐起輪腿移動的三維實體圖； 圖7為本發(fā)明實施例提出的撐起大腿收起小腿的輪式移動的三維實體圖； 圖8為本發(fā)明實施例提出的撐起大腿輪式移動的三維實體圖； 圖9為本發(fā)明實施例提出的關(guān)節(jié)式移動的三維實體前視圖； 圖10為本發(fā)明實施例提出的關(guān)節(jié)式移動的三維實體后視圖。圖中第一大輪1、第一同步帶輪2、第一軸承3、第二同步帶輪4、第一軸5、第二 軸承6、第三軸承7、第一大輪輪轂8、保護罩9、長連桿10、電機驅(qū)動器11、同步帶12、小輪 13、小輪輪轂14、第四軸承15、第二軸16、電磁抱閘17、短連桿18、電機諧波減速器組合19、 第二大輪組合20、第三同步帶輪21、第五軸承22、第三軸23、第六軸承M。
具體實施例方式本發(fā)明輪足兩用復合式移動機器人輪腿采用了三套獨立的動力輸入系統(tǒng)，分別控 制兩個大輪輪式旋轉(zhuǎn)運動、長連桿旋轉(zhuǎn)運動、短連桿旋轉(zhuǎn)運動，通過三套獨立的動力系統(tǒng)可 實現(xiàn)機器人的輪、大腿、小腿的單獨控制，然后通過它們的組合實現(xiàn)機器人各種不同的運動 方式。機構(gòu)上采用了內(nèi)外軸同心輸出機構(gòu)，將第一大輪1和第二大輪20的運動、長連桿10 的運動、短連桿18的運動獨立開來，解決了使用離合器的運行不可靠問題，同時，這三個部 分的獨立控制，也使得機器人小腿(短連桿)、機器人大腿(長連桿)、機器人兩個大輪能夠各 自以任意姿態(tài)、任意速度、任意位置運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)機器人輪腿的多模式變換。如圖1所示，輪足兩用復合式移動機器人輪腿主要包括第一大輪1、第一同步帶輪 2、第二同步帶輪4、第一軸5、保護罩9、長連桿10、電機驅(qū)動器11、同步帶12、小輪13、第二 軸16、電磁抱間17、短連桿18、電機諧波減速器組合19、第二大輪組合20、第三同步帶輪21 等。第二同步帶輪4通過第一軸承3和第三軸承7與車體連接，通過第一大輪輪轂8與第 一大輪1連接，通過第二軸承6與第一軸5連接。第一大輪輪轂8與第一同步帶輪2連接， 第一同步帶輪2通過同步帶12與第三同步帶輪21連接。第二大輪組合20與第三同步帶 輪21連接，同時通過第五軸承22與第三軸23連接。
第一軸5通過第二軸承6與第二同步帶輪4連接，第一軸5與長連桿10通過鍵槽 連接。保護罩9、電機驅(qū)動器11、電機諧波減速器組合19安裝在長連桿10上。第三軸23 通過第六軸承M與長連桿10連接。短連桿18 —端通過鍵槽與第三軸23連接，另一端通 過鍵槽與第二軸16連接。小輪13、小輪輪轂14通過第四軸承15與第二軸16連接。小輪 輪轂14與電磁抱閘17連接。在設(shè)計時短連桿18長度是長連桿10長度的一半，兩大輪半徑相等，寬度相等，且 兩大輪半徑加小輪直徑再加輪間間隙剛好等于長連桿10的長度。長連桿10有空腔部位保 護同步帶12。小輪13作為被動輪，在電磁抱閘17作用下分別有隨轉(zhuǎn)和止轉(zhuǎn)兩種狀態(tài)。兩 個大輪及小輪的中心界面在一個平面內(nèi)，且其轉(zhuǎn)動軸相平行。如圖2、圖3所示，在這兩種狀態(tài)下，機器人輪腿做輪式運動，兩個大輪和小輪都分 別與地面相切，有緊湊和伸展兩種狀態(tài)。第二同步帶輪4輸入的轉(zhuǎn)矩傳給第一大輪1，同時 通過第一大輪1、第一同步帶輪2、同步帶12、第三同步帶輪21傳給第二大輪組合20，實現(xiàn) 兩個大輪同步轉(zhuǎn)動，小輪13隨動。在圖2中，在小輪收攏狀態(tài)時結(jié)構(gòu)緊湊，適合平坦道路的快速移動；當通過電機諧波減速器組合驅(qū)動短連桿18，使小輪打開并與地面相切，如圖3所 示，此時兩個大輪狀態(tài)不變，仍與地面相切，做同步轉(zhuǎn)動，此時擴大了機器人底盤面積，有利 于機器人結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，適用于崎嶇復雜路面移動時提高機器人穩(wěn)定性。如圖4、圖5所示，在這兩種狀態(tài)下，機器人輪腿做輪式運動，都適合有障礙物的路 面運動，具備一定的越障性能。圖4狀態(tài)時機器人兩個大輪與地面相切，此時第二同步帶輪 4輸入的轉(zhuǎn)矩，傳給第一大輪1，同時通過第一大輪1、第一同步帶輪2、同步帶12、第三同步 帶輪21傳給第二大輪組合20，兩個大輪同步轉(zhuǎn)動，小輪隨動，短連桿18通過電機諧波減速 器組合19輸出的轉(zhuǎn)矩向上蹺起一定角度，在這種狀態(tài)時，如果機器人運動過程中前方有單 級小臺階或者小障礙物，那么機器人短連桿18可以起到輔助支撐作用，輔助機器人在不停 車改變姿態(tài)的前提下越過障礙。圖5狀態(tài)時機器人第一大輪1與地面相切，機器人長連桿 10通過第一軸5輸入的轉(zhuǎn)矩帶動其蹺起一定角度，機器人短連桿18通過電機諧波減速器組 合19輸入的轉(zhuǎn)矩帶動也相對長連桿10蹺起一定角度，在這種狀態(tài)下，機器人適合運動過程 中前方有多級比較矮的臺階，可以實現(xiàn)在不停車的狀態(tài)下，通過多輪驅(qū)動，直接攀越臺階。如圖6所示，機器人輪腿同時具有輪式和關(guān)節(jié)式運動的功能，第一大輪1與地面相 切，可以有支撐輪式、攀越式兩種狀態(tài)。支撐輪式運動時，第二同步帶輪4輸入的轉(zhuǎn)矩，傳給 第一大輪1，同時通過第一大輪1、第一同步帶輪2、同步帶12、第三同步帶輪21傳給第二大 輪組合20，兩個大輪同步轉(zhuǎn)動。電機諧波減速器組合19輸出的轉(zhuǎn)矩傳到第三軸23，從而驅(qū) 動短連桿18，使第二大輪組合20抬離地面，小輪13與地面相切，使第二大輪組合20在路面 阻力小，適用于移動速度要求不高或者路面摩擦力小的情況下，有利于保證機器人的平衡。 當翻越樓梯或障礙時，第一軸5輸入的轉(zhuǎn)矩直接傳給長連桿10，使機器人大腿與機器人本 體保持一定角度，電機諧波減速器組合19輸出的轉(zhuǎn)矩傳遞到第三軸23，驅(qū)動短連桿18做繞 第三軸23做旋轉(zhuǎn)運動，電磁抱閘17通電使小輪13止轉(zhuǎn)，通過小輪13與地面之間摩擦以及 短連桿18輸出的轉(zhuǎn)矩使機器人本體向前間歇移動。如圖7、圖8所示，當機器人有多條輪腿模塊時，在相互配合下可以把大腿支起，此 時機器人輪腿也同時有輪式和關(guān)節(jié)式運動的功能，可以有擺大腿和不擺大腿兩種方式。此 時第一軸5將輸入轉(zhuǎn)矩傳遞給長連桿10做擺腿運動或者與機器人本體成某一固定角度。 第二同步帶輪4輸入的轉(zhuǎn)矩，傳給第一大輪1，同時通過第一大輪1、第一同步帶輪2、同步 帶12、第三同步帶輪21傳給第二大輪組合20，兩個大輪同步轉(zhuǎn)動，但第一大輪并不與地面 接觸，屬于空轉(zhuǎn)，小輪13隨動。如圖8所示，被動小輪與地面相切，在涉水、泥濘、沙地或雪 地中行走時，既有利于抬高機器人本體，又能保證機器人的平衡；如圖7所示，在路面質(zhì)量 較好時可以小腿可以收起，實現(xiàn)機器人膝關(guān)節(jié)輪式的快速運動，這種運動姿態(tài)在機器人處 于傾斜路面時，可以通過各腿的不同姿勢使機器人車體處于水平狀態(tài)，方便機器人配備的 各傳感器的應用。如圖9、圖10所示，同樣在多條腿相互配合下可以把大腿支起，腿模塊完全當作關(guān) 節(jié)式腿運動，機器人兩個大輪處于自由狀態(tài)，不做任何運動。此時第一軸5輸入的轉(zhuǎn)矩直接 傳給長連桿10做擺大腿運動，電機諧波減速器組合19輸出的轉(zhuǎn)矩傳給短連桿18做擺小腿 運動，電磁抱閘17通電使小輪13止轉(zhuǎn)作為足，在特定步態(tài)規(guī)劃與控制下做間歇爬行運動。最后所應說明的是，以上具體實施方式
僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制， 盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均 應涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
權(quán)利要求
1. 一種輪足兩用復合式移動機器人腿，包括大輪、小輪、軸、軸承、電磁抱間、減速器、電 機驅(qū)動器、長連桿、短連桿，其特征在于，所述機器人腿包括第一大輪、第一同步帶輪、第一 軸承、第二同步帶輪、第一軸、第二軸承、第三軸承、第一大輪輪轂、保護罩、長連桿、電機驅(qū) 動器、同步帶、小輪、小輪輪轂、第四軸承、第二軸、電磁抱間、短連桿、電機諧波減速器組合、 第二大輪組合、第三同步帶輪、第五軸承、第三軸、第六軸承；第二同步帶輪通過第一軸承和 第三軸承與車體連接，通過第一大輪輪轂與第一大輪連接，通過第二軸承與第一軸連接；第 一大輪輪轂與第一同步帶輪連接，第一同步帶輪通過同步帶與第三同步帶輪連接；第二大 輪組合與第三同步帶輪連接，同時通過第五軸承與第三軸連接；第一軸通過第二軸承與第 二同步帶輪連接，與長連桿通過鍵槽連接；保護罩、電機驅(qū)動器、電機諧波減速器組合安裝 在長連桿上，第三軸通過第六軸承與長連桿連接；短連桿通過鍵槽與第三軸連接，另一端也 通過鍵槽與第二軸連接；小輪、小輪輪轂通過第四軸承與第二軸連接，小輪輪轂與電磁抱閘 連接；短連桿長度是長連桿長度的一半，兩大輪半徑相等，且兩大輪半徑加小輪直徑再加輪 間間隙剛好等于長連桿長度；兩個大輪及小輪的中心界面在一個平面內(nèi)，且其轉(zhuǎn)動軸相平 行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種輪足兩用復合式移動機器人腿，第二同步帶輪通過第一軸承和第三軸承與車體連接，通過第一大輪輪轂與第一大輪連接，通過第二軸承與第一軸連接；第一大輪輪轂與第一同步帶輪連接，第一同步帶輪通過同步帶與第三同步帶輪連接；第二大輪組合與第三同步帶輪連接，同時通過第五軸承與第三軸連接；第一軸通過第二軸承與第二同步帶輪連接，與長連桿通過鍵槽連接；電機驅(qū)動器、電機諧波減速器組合安裝在長連桿上，第三軸通過第六軸承與長連桿連接；短連桿與第三軸連接，另一端與第二軸連接；小輪、小輪輪轂通過第四軸承與第二軸連接，小輪輪轂與電磁抱閘連接。本發(fā)明提供一種有效保證運行可靠性的輪足兩用復合式移動機器人腿。
文檔編號B62D57/02GK102050166SQ20111000260
公開日2011年5月11日 申請日期2011年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月7日
發(fā)明者汪偉, 魏小彪, 魏煥兵 申請人:國營紅峰機械廠