本發(fā)明屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種輪腿復(fù)合移動機(jī)器人。

背景技術(shù)：

腿式機(jī)器人的優(yōu)點是不僅能在平坦地面上行走而且可以在崎嶇地面上步行，可跨越溝壑，上下臺階，還可做無滑動的完整和單向運(yùn)動，并為其上的傳感器提供穩(wěn)定的動態(tài)平臺，因此具有廣泛的適用性，但其存在缺點，即較難實現(xiàn)其穩(wěn)定步態(tài)規(guī)劃和穩(wěn)定平衡控制，運(yùn)動速度與能量的利用效率較低，另外，腿式機(jī)器人一般較重，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。輪式機(jī)器人優(yōu)點是，自動操作簡單，動作穩(wěn)定，特別適合在平坦的地面上運(yùn)動，有更大的運(yùn)動速度和能量利用效率，是目前廣泛使用的一類機(jī)器人。但是與腿式機(jī)器人相比，其對地形的適應(yīng)性較差，很難做到跨越高度和爬樓梯。

隨著社會的不斷發(fā)展，為解決復(fù)雜的路面行走問題，設(shè)計了方便、快速的輪腿變換的機(jī)器人，集成了輪式機(jī)器人和腿式機(jī)器人各自的優(yōu)點，同時，也彌補(bǔ)了輪式機(jī)器人和腿式機(jī)器人各自的缺點，具有各取所長，相互彌補(bǔ)的特點。申請?zhí)枮?00810056851.2的中國專利申請公布了一種輪腿兩用式移動機(jī)器人，該機(jī)器人采用輪腿結(jié)合運(yùn)動模式，包括機(jī)體，機(jī)體兩側(cè)對稱安裝有四條結(jié)構(gòu)相同的具有輪、足兩用功能的腿，每條腿包括大腿和小腿，大腿的兩端位于大腿內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動裝配有兩個大輪，位于機(jī)器人內(nèi)部的大輪通過傳動軸連接，傳動軸與動力源連接，每條腿上位于機(jī)器人外部的大輪上轉(zhuǎn)動裝配有小腿，小腿的末端轉(zhuǎn)動裝配有小輪，小輪上設(shè)置有用于控制小輪從動或止轉(zhuǎn)的電磁抱閘。該機(jī)器人通過傳動軸上的離合器進(jìn)行輪腿模式切換，上述大輪和小輪均繞腿徑向延伸的各自對應(yīng)的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。在切換為腿式工作時，大腿與機(jī)體保持一定角度，然后小腿繞軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動實現(xiàn)機(jī)器人的行走，這種輪腿復(fù)合機(jī)器人結(jié)構(gòu)大多是將輪與腿結(jié)合在一起的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，并無明顯的“輪”運(yùn)動形式和“腿”運(yùn)動形式的區(qū)分，其適應(yīng)地形的特性也大多是為了使機(jī)器人可以越障，而非使機(jī)器人通過使用不同的運(yùn)動形式而發(fā)揮出每種運(yùn)動形式最大的優(yōu)勢。所以，這種輪腿復(fù)合機(jī)器人在遇到故障時很容易因為結(jié)構(gòu)的限制而使兩種運(yùn)動模式均處于癱瘓狀態(tài)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有輪腿復(fù)合機(jī)器人技術(shù)的不足之處，提供一種輪或腿兩種獨立運(yùn)動且可相互切換的輪腿復(fù)合移動機(jī)器人。

本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為：針對現(xiàn)有技術(shù)中輪腿復(fù)合移動機(jī)器人設(shè)計為串聯(lián)式結(jié)構(gòu)可能帶來并無輪或腿獨立運(yùn)動明顯區(qū)分而造成適應(yīng)性差的問題，設(shè)計了一種具有并聯(lián)結(jié)構(gòu)和并聯(lián)控制電路系統(tǒng)的輪腿復(fù)合移動機(jī)器人。他可以令機(jī)器人切換兩種不同的輪或腿獨立運(yùn)動模式，每種運(yùn)動模式適應(yīng)特定的地形，以便機(jī)器人可以發(fā)揮每種運(yùn)動模式最大的優(yōu)勢。其次，為使機(jī)器人可以勝任載具與移動平臺的功能，開發(fā)出可以拓展功能的嵌入式系統(tǒng)，增加了計算機(jī)云臺與機(jī)械手作為擴(kuò)展結(jié)構(gòu)并開發(fā)出相應(yīng)的控制系統(tǒng)，增強(qiáng)機(jī)器人的實用性。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種輪腿復(fù)合移動機(jī)器人，其包括機(jī)體、獨立安裝在機(jī)體上的多個機(jī)械腿和輪部、給機(jī)械腿和輪部提供動力的電源系統(tǒng)、控制機(jī)械腿與輪部相互切換和控制兩者行動的操控裝置，以及安裝在機(jī)體上的外殼；機(jī)體包括上層板支架，下層板支架，連接上、下層板支架的連接架。電源系統(tǒng)安裝在上層板支架上，多個機(jī)械腿分布安裝在上層板支架的邊緣處，多個輪部分布安裝在連接架的周圍，每個機(jī)械腿上安裝至少三個機(jī)械爪，每個機(jī)械爪的自由端能夠獨立朝機(jī)體的中心線靠近或遠(yuǎn)離，相互協(xié)作完成抓取球狀或不規(guī)則物體。處于機(jī)器人尾部的上層板支架的一側(cè)安裝有電力操作平臺，用以控制機(jī)器人的電力供應(yīng)和安全保護(hù)。機(jī)器人安裝的拓展組件為計算機(jī)云臺，該計算機(jī)云臺安裝有外殼，計算機(jī)云臺安裝在上層板支架支架上。計算機(jī)云臺內(nèi)裝有遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)和圖像采集系統(tǒng)組件；所述的輪部包括直流電機(jī)、聯(lián)軸器、電機(jī)座、輪軸和萬向輪，輪部安裝在下層板支架上。為了減輕萬向輪在地面上轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的震動，在輪部模塊與機(jī)器人上層板支架之間裝有彈簧減震器和減震器安裝架構(gòu)成的減震結(jié)構(gòu)。

每一條機(jī)械腿都具有三個轉(zhuǎn)動副，也即三個自由度，這三個轉(zhuǎn)動副充當(dāng)了機(jī)械腿的關(guān)節(jié)。根據(jù)昆蟲的機(jī)械腿結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿生設(shè)計，與機(jī)身最近的部位是機(jī)械腿安裝架，也是機(jī)械腿與機(jī)身的連接處。然后是關(guān)節(jié)連接件、股骨連接件以及脛部連接架，最后是足尖，機(jī)械腿的每一個關(guān)節(jié)都由舵機(jī)驅(qū)動。在機(jī)器人處于輪式運(yùn)動模式時，六條機(jī)械腿離地收緊，當(dāng)機(jī)器人處于“腿”運(yùn)動模式時，六足支撐起機(jī)器人步行。機(jī)器人的足尖是重要的傳感零件，其中有壓力傳感器，通過力的反饋，機(jī)器人可以調(diào)整步態(tài)和位姿達(dá)到適應(yīng)地形保持平衡的效果。計算機(jī)云臺具有三個自由度，其主要由數(shù)個連接件和三個舵機(jī)構(gòu)成，其上安有大燈，可以保證夜間或陰暗處機(jī)器人的圖像采集。此外，云臺上還可以搭載圖像采集系統(tǒng)，其具有的陀螺儀可以保證圖像采集的穩(wěn)定性。云臺上還具備無線傳輸系統(tǒng)，可以遠(yuǎn)程接收信號。機(jī)器人的電力由鋰電池供應(yīng)，安裝在上層板支架上的電力平臺還安裝有電壓表、總物理開關(guān)、輪腿復(fù)合運(yùn)動系統(tǒng)各物理開關(guān)和輪腿復(fù)合運(yùn)動系統(tǒng)各繼電器裝置等電子器件。

優(yōu)選的，所述的上層板支架或下層板支架包括主體部、自主體部側(cè)壁朝外延伸形成的延伸部和自主體部頂端設(shè)置有連接部，延伸部為板狀體，每個延伸部上設(shè)置容置方孔和圓孔，且容置方孔位于圓孔的上方，容置方孔和圓孔用于組裝機(jī)械爪用插孔，連接部上設(shè)置多個圓孔，圓孔中穿置螺栓后和機(jī)械臂連接組裝為一體。

優(yōu)選的，所述的機(jī)械爪包括舵機(jī)、主動搖桿、從動搖桿和彎曲件，彎曲件的連接端設(shè)置可插接的圓孔，舵機(jī)固定安裝在容置方孔中，主動搖桿的一端安裝在舵機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，主動搖桿的另一端和彎曲件的連接端通過轉(zhuǎn)軸連接，從動搖桿的一端通過轉(zhuǎn)軸連接，從動搖桿的另一端和彎曲件的連接端通過轉(zhuǎn)軸連接。每個機(jī)械爪的自由端能夠獨立朝支架的中心線靠近或遠(yuǎn)離，多個機(jī)械爪的自由端朝支架的中心線靠近相互協(xié)作完成抓取球狀或不規(guī)則物體，從而提高了抓取的成功率。

優(yōu)選的，為了恰好抓緊物體而不至于損壞物體的外表面或結(jié)構(gòu)，彎曲件內(nèi)側(cè)設(shè)置凹槽，在凹槽安裝壓力傳感器，該壓力傳感器和舵機(jī)電信號連接，壓力傳感器和對應(yīng)電信號連接的舵機(jī)安裝在同一個機(jī)械爪上。

優(yōu)選的，上述機(jī)械爪還包括保護(hù)殼，保護(hù)殼安裝在支架的延伸部上，舵機(jī)、主動搖桿和從動搖桿連接在延伸部的端部收容在保護(hù)殼中。

優(yōu)選的，上述能夠靈活抓取球狀或不規(guī)則物體的多功能機(jī)械爪還包括轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)安裝于支架上，轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)能夠使支架繞著轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明的技術(shù)方案首先保證了機(jī)器人可以最大程度利用機(jī)械腿和輪部兩種不同的運(yùn)動形式適應(yīng)各種地形環(huán)境，通過并聯(lián)的控制系統(tǒng)使機(jī)器人可以快速、安全的切換不同的運(yùn)動模式。

2、本發(fā)明通過增強(qiáng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)的擴(kuò)展性，機(jī)器人可以搭載各種所需要的中小型設(shè)備，利用優(yōu)異的運(yùn)動性能使機(jī)器人不單純是一個移動平臺，還具有針對性專業(yè)工作能力。

3、本發(fā)明包括上層板支架、下層板支架和每個機(jī)械腿至少三個機(jī)械爪，上述多個機(jī)械爪分別安裝在支架的周側(cè)，每個機(jī)械爪的自由端能夠獨立朝支架的中心線靠近或遠(yuǎn)離，多個機(jī)械爪的自由端朝支架的中心線靠近相互協(xié)作完成抓取球狀或不規(guī)則物體，從而提高了抓取的成功率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的支架及主要零部件結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明上層板支架，下層板支架，連接上、下層板支架的連接架結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明舵機(jī)連接支架、操控平臺支架結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明輪部機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明機(jī)械爪結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明電氣電路原理圖。

圖中：機(jī)體1、機(jī)械腿2、機(jī)械臂3、機(jī)械爪4、計算機(jī)云臺外殼5、操控平臺6、上層板支架7、輪部8、彈簧減震器9、機(jī)械臂安裝架10、機(jī)械腿安裝架11、機(jī)械腿舵機(jī)12、機(jī)械腿關(guān)節(jié)連接件13、足尖14、脛部關(guān)節(jié)連接件15、股骨關(guān)節(jié)連接件16、計算機(jī)云臺裝置17、電源系統(tǒng)18、電源平臺支架19、下層板支架20、上下板支架連接架21、減震器安裝架22、照明燈23、云臺舵機(jī)連接架24、舵機(jī)支架25、操控平臺支架26、直流電機(jī)27、計算機(jī)云臺擋圈28、聯(lián)軸器29、電機(jī)座30、輪軸31、保護(hù)殼32、轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)33、主動搖桿34、從動搖桿35、彎曲件36、機(jī)械爪舵機(jī)37、總電壓表38、總繼電器39、總開關(guān)40、穩(wěn)壓電源41、控制器電源42、計算機(jī)云臺電源43、云臺與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)44、主控制板45、控制器開關(guān)46、控制器繼電器47、電機(jī)控制器48、機(jī)械腿系統(tǒng)電源49、機(jī)械腿系統(tǒng)電源繼電器50、萬向輪控制器51、舵機(jī)控制器52、機(jī)械腿系統(tǒng)電源電壓表53、機(jī)械腿控制器54。

具體實施方式

本發(fā)明的具體實施方式結(jié)合附圖作進(jìn)一步說明。

參閱圖1至圖6，一種輪腿復(fù)合移動機(jī)器人，該其包括機(jī)體1、獨立安裝在機(jī)體上的多個機(jī)械腿2和輪部8、給機(jī)械腿2和輪部8提供動力的電源系統(tǒng)18、控制機(jī)械腿與輪部相互切換和控制兩者行動的操控裝置6以及安裝在機(jī)體上的外殼；機(jī)體1包括上層板支架7，下層板支架20，連接上、下層板支架的連接架21。電源系統(tǒng)18安裝在上層板支架7上，多個機(jī)械腿2分布安裝在上層板支架7的邊緣處，多個輪部分布安裝在連接架21的周圍，輪部中的行走輪為萬向輪。每個機(jī)械腿上安裝至少三個機(jī)械爪4，每個機(jī)械爪的自由端能夠獨立朝機(jī)體的中心線靠近或遠(yuǎn)離，相互協(xié)作完成抓取球狀或不規(guī)則物體。處于機(jī)器人尾部的上層板支架7的一側(cè)安裝有電力操作平臺19，用以控制機(jī)器人的電力供應(yīng)和安全保護(hù)。機(jī)器人安裝的拓展組件為計算機(jī)云臺裝置17，該云臺裝置17上安裝有外殼5，計算機(jī)云臺裝置17安裝在上層板支架7上。計算機(jī)云臺裝置17內(nèi)裝有遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)和圖像采集系統(tǒng)組件；所述的輪部包括直流電機(jī)27、聯(lián)軸器29、電機(jī)座與軸承座30、輪軸31和萬向輪，萬向輪通過輪軸31和聯(lián)軸器29相連，輪部系統(tǒng)安裝在下層板支架20上，電機(jī)座30安裝在聯(lián)軸器29上。為了減輕萬向輪在地面上轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的震動，在輪部與機(jī)器人上層板支架7之間裝有彈簧減震器9和減震器安裝架22構(gòu)成的減震結(jié)構(gòu)。

本機(jī)器人的機(jī)械腿2為六條，每一條機(jī)械腿都具有三個轉(zhuǎn)動副，也即三個自由度，這三個轉(zhuǎn)動副充當(dāng)了機(jī)械腿的關(guān)節(jié)。該機(jī)械腿結(jié)構(gòu)是根據(jù)昆蟲的腿進(jìn)行仿生設(shè)計，與機(jī)體1最近的部位是機(jī)械腿安裝架11，也是機(jī)械腿與機(jī)體的連接處。然后是機(jī)械腿關(guān)節(jié)連接件13、股骨關(guān)節(jié)連接件16以及脛部關(guān)節(jié)連接架15，最后是足尖14，機(jī)械腿的每一個關(guān)節(jié)都由舵機(jī)驅(qū)動。在機(jī)器人處于輪式運(yùn)動模式時，六條機(jī)械腿離地收緊，當(dāng)機(jī)器人處于“腿”運(yùn)動模式時，六足支撐起機(jī)器人步行。機(jī)器人的足尖14是重要的傳感零件，其中有壓力傳感器，通過力的反饋，機(jī)器人可以調(diào)整步態(tài)和位姿達(dá)到適應(yīng)地形保持平衡的效果。計算機(jī)云臺17具有三個自由度，主要由連接件和舵機(jī)構(gòu)成，其上安有照明燈23，可以保證夜間或陰暗處機(jī)器人的圖像采集。此外，云臺上還可以搭載圖像采集系統(tǒng)，其具有的陀螺儀可以保證圖像采集的穩(wěn)定性。云臺上還具備無線傳輸系統(tǒng)，可以遠(yuǎn)程接收信號。機(jī)器人的電力由鋰電池供應(yīng)，安裝在上層板支架7上的電力平臺上還安裝有總電壓表38、總開關(guān)40、輪腿復(fù)合運(yùn)動系統(tǒng)各開關(guān)和輪腿復(fù)合運(yùn)動系統(tǒng)各繼電器裝置等電子器件。

優(yōu)選的，所述的上層板支架7或下層板支架20包括主體部、自主體部側(cè)壁朝外延伸形成的延伸部和自主體部頂端設(shè)置有連接部，延伸部為板狀體，每個延伸部上設(shè)置容置方孔和圓孔，且容置方孔位于圓孔的上方，容置方孔和圓孔用于組裝機(jī)械爪用插孔，連接部上設(shè)置多個圓孔，圓孔中穿置螺栓后和機(jī)械臂3連接組裝為一體。

優(yōu)選的，所述的機(jī)械爪4包括機(jī)械爪舵機(jī)37、主動搖桿34、從動搖桿35和彎曲件36，彎曲件的連接端設(shè)置可插接的圓孔，機(jī)械爪舵機(jī)37固定安裝在容置方孔中，主動搖桿34的一端安裝在機(jī)械爪舵機(jī)37的轉(zhuǎn)軸上，主動搖桿的另一端和彎曲件36的連接端通過轉(zhuǎn)軸連接，從動搖桿35的一端通過轉(zhuǎn)軸連接，從動搖桿的另一端和彎曲件的連接端通過轉(zhuǎn)軸連接。每個機(jī)械爪的自由端能夠獨立朝支架的中心線靠近或遠(yuǎn)離，多個機(jī)械爪的自由端朝支架的中心線靠近相互協(xié)作完成抓取球狀或不規(guī)則物體，從而提高了抓取的成功率。

優(yōu)選的，為了恰好抓緊物體而不至于損壞物體的外表面或結(jié)構(gòu)，彎曲件36內(nèi)側(cè)設(shè)置凹槽，在凹槽內(nèi)安裝壓力傳感器，該壓力傳感器和舵機(jī)電信號連接，壓力傳感器和對應(yīng)電信號連接的舵機(jī)安裝在同一個機(jī)械爪上。

優(yōu)選的，上述機(jī)械爪還包括保護(hù)殼32，保護(hù)殼32安裝在支架的延伸部上，機(jī)械爪舵機(jī)、主動搖桿和從動搖桿連接在延伸部的端部收容在保護(hù)殼32中。

優(yōu)選的，上述能夠靈活抓取球狀或不規(guī)則物體的多功能機(jī)械爪還包括轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)33，轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)33與脛部關(guān)節(jié)連接件15相連接，轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)33能夠使脛部關(guān)節(jié)連接件15繞著轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)33的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。

如圖7所示，本發(fā)明的主要電器元件包括總電壓表38、總繼電器39、總開關(guān)40、總穩(wěn)壓電源41，總繼電器39通過總開關(guān)40與總穩(wěn)壓電源41連通，總電壓表38與總開關(guān)呈并聯(lián)連接關(guān)系?？偫^電器39和總穩(wěn)壓電源41分別與控制器電源42、計算機(jī)云臺電源43、云臺與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)44、主控制板45、控制器開關(guān)46、控制器繼電器47、電機(jī)控制器48、機(jī)械腿系統(tǒng)電源49、機(jī)械腿系統(tǒng)電源繼電器50、萬向輪控制器51、舵機(jī)控制器52、機(jī)械腿系統(tǒng)電源電壓表53、機(jī)械腿控制器54相連通，形成電氣回路。其中，主控制板45、萬向輪控制器51和舵機(jī)控制器52呈并聯(lián)連接關(guān)系。