一種具有三段機(jī)體的六輪足式移動(dòng)機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種六輪足復(fù)合式移動(dòng)機(jī)器人，屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]地面移動(dòng)方式主要有輪式、履帶式、足式、蠕動(dòng)式和震動(dòng)式等幾種。輪式移動(dòng)具有運(yùn)動(dòng)速度快、移動(dòng)效率高等優(yōu)勢(shì)，但其越障能力差，僅能適應(yīng)相對(duì)平坦的地面;履帶式移動(dòng)可通過小型障礙，但崎嶇地形的通過性仍然不足，且傳動(dòng)效率低;足式步行的地形適應(yīng)能力與越障能力強(qiáng)，但行走速度慢、能量效率低。因此，每種移動(dòng)方式均具有其適用的特定地形條件，而輪足復(fù)合移動(dòng)方式融合了輪式與足式移動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，平坦地形采用輪式快速通過，復(fù)雜地形采用足式穩(wěn)定行走，對(duì)未知的非結(jié)構(gòu)地形環(huán)境具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。研究者對(duì)輪足復(fù)合移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行了諸多研究，代表性案例有德國(guó)學(xué)者研制的ALDUR0、早稻田大學(xué)研究的WS-2/WL-16、千葉工業(yè)大學(xué)研制的Halluc-11、赫爾辛基工業(yè)大學(xué)開發(fā)的WorkPartne以及國(guó)內(nèi)北京航空航天大學(xué)設(shè)計(jì)的NOROS等。
[0003]六輪足方式與更多輪足方式相比結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便、運(yùn)動(dòng)靈活;與二、四輪足方式相比更容易實(shí)現(xiàn)崎嶇地形下的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)、且承載能力大、容錯(cuò)能力強(qiáng)，是復(fù)雜地形環(huán)境下的高效運(yùn)動(dòng)方式之一，應(yīng)用前景廣闊。目前成功問世了多款六輪足機(jī)器人原理樣機(jī)，包括美國(guó)JPL實(shí)驗(yàn)室研制的ATHLETE和北京航空航天大學(xué)開發(fā)的NOROS等。但從相關(guān)研究結(jié)果來看，機(jī)器人的機(jī)體通常采用剛性結(jié)構(gòu)，限制了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)性能的提升。
[0004]專利公告號(hào)為“CN 103287523A、公告日為2015年09月09日、名稱為《一種彈性足與輪式運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)合的復(fù)合變形移動(dòng)機(jī)器人》的發(fā)明專利提出了一種四輪足復(fù)合式移動(dòng)機(jī)器人，但其輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝于機(jī)體框架底部，不屬于腿部的輪足復(fù)合機(jī)構(gòu)。公布號(hào)為為CN102649450A、公布日為2012年08月29日、名稱為《一種多關(guān)節(jié)鏈節(jié)式機(jī)器人的輪腿式運(yùn)動(dòng)足設(shè)計(jì)》的發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N適用于機(jī)器人的輪腿式運(yùn)動(dòng)足，但車輪直接作為腳掌接觸地面，沒有輪足切換裝置來實(shí)現(xiàn)輪和足的切換。因此，需要設(shè)計(jì)一種機(jī)體含有自由度的六輪足復(fù)合式移動(dòng)機(jī)器人，未來可廣泛應(yīng)用于星球探測(cè)、反恐偵查、山地運(yùn)輸、搶險(xiǎn)救災(zāi)以及農(nóng)林作業(yè)等領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對(duì)目前移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方式單一、移動(dòng)機(jī)構(gòu)靈活性不足的問題，提供了一種具有三段機(jī)體的六輪足式移動(dòng)機(jī)器人。該機(jī)器人具有輪式快速行進(jìn)和足式穩(wěn)定行走的功能，同時(shí)，鉸接式機(jī)體的運(yùn)動(dòng)靈活性高，可適應(yīng)復(fù)雜地形。
[0006]實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]—種具有三段機(jī)體的六輪足式移動(dòng)機(jī)器人，包括三段式機(jī)體、前機(jī)體鉸接關(guān)節(jié)、后機(jī)體鉸接關(guān)節(jié)及六條腿，所述的三段式機(jī)體分別是前段機(jī)體、中段機(jī)體和后段機(jī)體，所述的六條腿分別是左前腿、左中腿、左后腿、右前腿、右中腿、右后腿;所述的六條腿結(jié)構(gòu)相同，均為輪足復(fù)合式腿，所述的前段機(jī)體后端中部通過前機(jī)體鉸接關(guān)節(jié)與中段機(jī)體前端中部轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述的中段機(jī)體后端中部通過后機(jī)體鉸接關(guān)節(jié)與后段機(jī)體前端中部轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述的前段機(jī)體繞著前機(jī)體鉸接關(guān)節(jié)的豎直軸線左右轉(zhuǎn)動(dòng)，所述的后段機(jī)體繞著后機(jī)體鉸接關(guān)節(jié)的豎直軸線左右轉(zhuǎn)動(dòng);所述的左前腿和右前腿分布在前段機(jī)體的左右兩側(cè)，左前腿和右前腿均與前段機(jī)體轉(zhuǎn)動(dòng)連接;所述的左中腿和右中腿分布在中段機(jī)體的左右兩側(cè)，左中腿和右中腿均與中段機(jī)體轉(zhuǎn)動(dòng)連接;所述的左后腿和右后腿分布在后段機(jī)體的左右兩側(cè)，左后腿和右后腿均與后段機(jī)體轉(zhuǎn)動(dòng)連接。
[0008]本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是:
[0009](I)本發(fā)明所采用的三段式機(jī)體設(shè)計(jì)，解決了常規(guī)剛性機(jī)體只能被動(dòng)適應(yīng)地形變化的問題，提高了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)靈活性、地形適應(yīng)性和行走穩(wěn)定性。
[0010](2)本發(fā)明的機(jī)器人腿部采用了輪足復(fù)合式設(shè)計(jì)，采用平面四桿機(jī)構(gòu)(由連桿四、連桿五、連桿六和輪足轉(zhuǎn)換板組成)實(shí)現(xiàn)了足式和輪式運(yùn)動(dòng)的切換，該切換方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便可靠。本發(fā)明的機(jī)器人融合了輪式與足式運(yùn)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，平坦地形可采用輪式快速通過，復(fù)雜地形可米用足式穩(wěn)定彳丁走。
[0011](3)本發(fā)明的機(jī)器人采用足式行走時(shí)可實(shí)現(xiàn)類哺乳動(dòng)物式和類昆蟲式的運(yùn)動(dòng)方式。機(jī)器人平地高速行走或爬坡時(shí)采用類哺乳動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)方式，容易實(shí)現(xiàn)較高的運(yùn)動(dòng)速度和較高的能量效率;機(jī)器人處于復(fù)雜環(huán)境或崎嶇地形時(shí)采用類昆蟲的運(yùn)動(dòng)模式，容易實(shí)現(xiàn)較大的質(zhì)心穩(wěn)定區(qū)域和行走穩(wěn)定性。
[0012](4)本發(fā)明的機(jī)器人采用輪式行進(jìn)時(shí)可實(shí)現(xiàn)差速轉(zhuǎn)向、前輪轉(zhuǎn)向和原地轉(zhuǎn)向三種轉(zhuǎn)向方式，提高了機(jī)器人在狹窄、急彎道路等苛刻地形下的通過性。
[0013](5)本發(fā)明的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方式多樣、應(yīng)用范圍廣，不僅可應(yīng)用于星球探測(cè)、反恐偵查、山地運(yùn)輸、搶險(xiǎn)救災(zāi)以及農(nóng)林作業(yè)等領(lǐng)域，還可適當(dāng)縮小機(jī)器人尺寸，用做娛樂機(jī)器人、玩具機(jī)器人及示教機(jī)器人等。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的具有三段機(jī)體的六輪足式移動(dòng)機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)的軸測(cè)圖，六條腿呈放射狀設(shè)置；
[0015]圖2是本發(fā)明的輪足復(fù)合式腿的整體結(jié)構(gòu)的軸測(cè)圖；
[0016]圖3是本發(fā)明的具有三段機(jī)體的六輪足式移動(dòng)機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)的軸測(cè)圖，六條腿按類哺乳動(dòng)物式足式行走的位置設(shè)置；
[0017]圖4是本發(fā)明的具有三段機(jī)體的六輪足式移動(dòng)機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)的軸測(cè)圖，六條腿按輪式行進(jìn)的位置設(shè)置；
[0018]圖5是圖3的A處局部放大圖；
[0019]圖6是圖3的B處局部放大圖。
[0020]圖中:前段機(jī)體1、中段機(jī)體2、后段機(jī)體3、前機(jī)體鉸接關(guān)節(jié)4、后機(jī)體鉸接關(guān)節(jié)5、左前腿6、左中腿7、左后腿8、右前腿9、右中腿10、右后腿11、銷軸一12、滑塊一 13、限位擋塊一14、關(guān)節(jié)一 15、連桿一 16、關(guān)節(jié)二 17、連桿二 18、關(guān)節(jié)三19、連桿三20、關(guān)節(jié)四21、銷軸二 22、滑塊二 23、限位擋塊二 24、關(guān)節(jié)五25、連桿四26、關(guān)節(jié)六27、關(guān)節(jié)七28、連桿五29、關(guān)節(jié)八30、連桿六31、關(guān)節(jié)九32、關(guān)節(jié)十33、輪足轉(zhuǎn)換板34、直線驅(qū)動(dòng)器35、關(guān)節(jié)^ 36、足端37、關(guān)節(jié)十二38、車輪39、關(guān)節(jié)十三40、左前連接耳41、右前連接耳42、左中連接耳43、右中連接耳44、左后連接耳45、右后連接耳46。
【具體實(shí)施方式】
[0021]【具體實(shí)施方式】一:如圖1?圖4所示，本實(shí)施方式記載了一種具有三段機(jī)體的六輪足式移動(dòng)機(jī)器人，包括三段式機(jī)體、前機(jī)體鉸接關(guān)節(jié)4、后機(jī)體鉸接關(guān)節(jié)5及六條腿，所述的三段式機(jī)體分別是前段機(jī)體1、中段機(jī)體2和后段機(jī)體3，所述的六條腿分別是左前腿6、左中腿7、左后腿8、右前腿9、右中腿10、右后腿11;所述的六條腿結(jié)構(gòu)相同，均為輪足復(fù)合式腿，所述的前段機(jī)體I后端中部通過前機(jī)體鉸接關(guān)節(jié)4與中段機(jī)體2前端中部轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述的中段機(jī)體2后端中部通過后機(jī)體鉸接關(guān)節(jié)5與后段機(jī)體3前端中部轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述的前段機(jī)體I繞著前機(jī)體鉸接關(guān)節(jié)4的豎直軸線左右轉(zhuǎn)動(dòng)，所述的后段機(jī)體3繞著后機(jī)體鉸接關(guān)節(jié)5的豎直軸線左右轉(zhuǎn)動(dòng);所述的左前腿6和右前腿9分布在前段機(jī)體I的左右兩側(cè)，左前腿6和右前腿9均與前段機(jī)體I轉(zhuǎn)動(dòng)連接;所述的左中腿7和右中腿10分布在中段機(jī)體2的左右兩側(cè)，左中腿7和右中腿10均與中段機(jī)體2轉(zhuǎn)動(dòng)連接;所述的左后腿8和右后腿11分布在后段機(jī)體3的左右兩側(cè)，左后腿8和右后腿11均與后段機(jī)體3轉(zhuǎn)動(dòng)連接。
[0022]本實(shí)施方式采用分段式機(jī)體設(shè)計(jì)，前機(jī)體鉸接關(guān)節(jié)4和后機(jī)體鉸接關(guān)節(jié)5提高了機(jī)器人的地形適應(yīng)性和運(yùn)動(dòng)靈活性，六條輪足復(fù)合式腿可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的足式和輪式運(yùn)動(dòng)。
[0023]【具體實(shí)施方式】二:如圖1、圖3、圖5及圖6所示，【具體實(shí)施方式】一所述的一種具有三段機(jī)體的六輪足式移動(dòng)機(jī)器人，所述的前段機(jī)體I左前端固定有左前連接耳41，所述的左前腿6與前段機(jī)體I的左前連接耳41轉(zhuǎn)動(dòng)連接，前段機(jī)體I右前端固定有右前連接耳42，所述的右前腿9與前段機(jī)體I的右前連接耳42轉(zhuǎn)動(dòng)連接；
[0024]所述的中段機(jī)體2左側(cè)壁中部固定有左中連接耳43，所述的左中腿7與中段機(jī)體2的左中連接耳43轉(zhuǎn)動(dòng)連接，中段機(jī)體2右側(cè)壁中部固定有右中連接耳44，所述的右中腿10與中段機(jī)體2的右中連接耳44轉(zhuǎn)動(dòng)連接；
[0025]所述的后段機(jī)體3的左后端固定有左后連接耳45，所述的左后腿8與后段機(jī)體3的左后連接耳45轉(zhuǎn)動(dòng)連接，后段機(jī)體3的右后端固定有右后連接耳46，所述的右后腿11與后段機(jī)體3的右后連接耳46轉(zhuǎn)動(dòng)連接。
[0026]【具體實(shí)施方式】三:如圖1?圖6所示，【具體實(shí)施方式】二所述的一種具有三段機(jī)體的六輪足式移動(dòng)機(jī)器人，所述的六條腿結(jié)構(gòu)相同，均包括銷軸一 12、滑塊一 13、限位擋塊一 14、關(guān)節(jié)一 15、連桿一 16、關(guān)節(jié)二 17、連桿二 18、關(guān)節(jié)三19、連桿三20、關(guān)節(jié)四21、銷軸二 22、滑塊二 23、限位擋塊二 24、關(guān)節(jié)五25、連桿四26、關(guān)節(jié)六27、關(guān)節(jié)七28、連桿五29、關(guān)節(jié)八30、連桿六31、關(guān)節(jié)九32、關(guān)節(jié)十33、輪足轉(zhuǎn)換板34、直線驅(qū)動(dòng)器35、關(guān)節(jié)^ 36、足端37、關(guān)節(jié)十二38、車輪39及關(guān)節(jié)十三40;
[0027]所述的銷軸一12豎直設(shè)置，所述的關(guān)節(jié)四21轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在銷軸一 12上(即關(guān)節(jié)四21可繞銷軸一 12旋轉(zhuǎn))，所述的滑塊一 13滑動(dòng)套裝在銷軸一 12上(即滑塊一 13可沿著銷軸一 12上下滑動(dòng))，所述的限位擋塊一 14固定在銷軸一 12的頂端(限位擋塊一 14用于限制滑塊一 13的移動(dòng)距離)，所述的連桿一 16—端通過關(guān)節(jié)一 15與滑塊一 13轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述的連桿二 18—端通過關(guān)節(jié)二 17與連桿一 16轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述的連桿二 18另一端、連桿三20—端和滑塊二 23三者通過關(guān)節(jié)三19轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述的滑塊二 23上設(shè)有通孔，滑塊二 23的通孔滑動(dòng)套裝在銷軸二 22上(即滑塊二 23可沿著銷軸二 22滑動(dòng))，所述的銷軸二 22—端與關(guān)節(jié)四21側(cè)壁固定連接，銷軸二 22另一端固定有限位擋塊二 24(限位擋塊二 24用于限制滑塊二 23的移動(dòng)距離)，所述的連桿四26—端通過關(guān)節(jié)五25與連桿一 16另一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，連桿四26通過關(guān)節(jié)六27與連桿三20另一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述的連桿五29—端通過關(guān)節(jié)七28與連桿四26轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述的連桿六31 —端通過關(guān)節(jié)八30與連桿五29另一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述的輪足轉(zhuǎn)換板34為矩形板，所述的輪足轉(zhuǎn)換板34的四個(gè)角端依次定義為角端一、角端二、角端三和角端四，輪足轉(zhuǎn)換板34的角端一通過關(guān)節(jié)十33與連桿四26另一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，輪足轉(zhuǎn)換板34的角端二通過關(guān)節(jié)九32與連桿六31另一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述的