專利名稱：新型變結(jié)構(gòu)輪-腿式機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輪-腿式移動機器人，特別是一種新型變結(jié)構(gòu)輪-腿機器人。
背景技術(shù)：
隨著移動機器人技術(shù)的不斷成熟與發(fā)展，機器人在工程探險、反恐防爆、軍事偵察災(zāi)難搜救、星際探測等領(lǐng)域?qū)玫綇V泛應(yīng)用。移動機構(gòu)的性能是移動機器人的核心和關(guān)鍵，傳統(tǒng)的輪式機器人、腿式機器人和履帶式機器人除了自身具備的特點外，還有較大的局限性。為使機器人具有更好的實用性，研制具有較好環(huán)境 適應(yīng)能力和機動性的復(fù)合式移動機構(gòu)成為移動機器人研究的熱點。其中，輪-腿混合式移動機器人在國內(nèi)外得到了廣泛的研究和發(fā)展。由于大多數(shù)輪-腿機器人自由度多并且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使得各個關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)控制復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的就是對已有技術(shù)存在的缺陷，提供一種新型變結(jié)構(gòu)輪-腿式移動機器人，結(jié)構(gòu)簡單，減少了腿部關(guān)節(jié)，降低了控制難度，有效地結(jié)合了輪式機高機動性和足式機較強環(huán)境適應(yīng)性的優(yōu)點。為了達到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是
機器人腿部是基于三個搖桿滑塊機構(gòu)的串聯(lián)組合結(jié)構(gòu)而設(shè)計的?；趽u桿滑塊機構(gòu)的串聯(lián)組合結(jié)構(gòu)由三個搖桿滑塊機構(gòu)通過串聯(lián)組合設(shè)計形成，通過搖桿滑塊機構(gòu)間的角度傳遞，使相鄰兩個連桿之間產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)多個連桿同時轉(zhuǎn)動，使機器人進行輪式、足式移動模式切換。整個串聯(lián)組合結(jié)構(gòu)只有一個自由度，且具有結(jié)構(gòu)簡單，控制容易等特點。驅(qū)動機構(gòu)是基于槽輪間歇機構(gòu)完成的。腿部由兩個電機驅(qū)動，分別實現(xiàn)腿的前后擺和上下抬放及彎曲動作，腿部末端為獨立驅(qū)動輪。本發(fā)明設(shè)計了一種減少腿部關(guān)節(jié)數(shù)的輪-腿機構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，很好的結(jié)合輪式和足式移動機器人的優(yōu)點，具有很大的實際應(yīng)用性。根據(jù)上述構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種新型變結(jié)構(gòu)輪-腿式機器人，包括車體、驅(qū)動機構(gòu)和輪腿機構(gòu)。其特征在于所述車體與四個輪腿機構(gòu)和四個驅(qū)動機構(gòu)組合成對稱結(jié)構(gòu)，每個輪腿機構(gòu)由一個驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動，并通過驅(qū)動機構(gòu)連接車體；所述輪腿機構(gòu)是由三個搖桿滑塊機構(gòu)串聯(lián)而成；每一個輪腿機構(gòu)與一個驅(qū)動機構(gòu)構(gòu)成一個輪腿系統(tǒng)，每個輪腿系統(tǒng)共由三個電機驅(qū)動固連在車體上的一個電機I輸出軸聯(lián)動驅(qū)動機構(gòu)實現(xiàn)輪腿系統(tǒng)的前后擺動，一個電機II安裝在驅(qū)動機構(gòu)上通過兩組間歇槽輪機構(gòu)傳動實現(xiàn)輪腿系統(tǒng)的上下抬和彎曲動作；輪腿系統(tǒng)的末端裝有獨立驅(qū)動輪，該獨立驅(qū)動輪由一個由電機III驅(qū)動。
所述輪腿機構(gòu)中的搖桿滑塊機構(gòu)包括主動連桿a、被動連桿b、被動連桿C、被動連桿d和被動連桿e，這些桿件之間搭接鉸鏈采用銷軸I和其兩端的深溝球軸承承接，由單個銷軸II通過深溝球軸承實現(xiàn)這些桿件間叉接鉸連，即主動連桿a的下端叉頭通過單個深溝球軸承和軸銷II與被動連桿d的上端插頭叉接鉸連，被動連桿d的上中部和下中部分別各通過一根軸銷I及其兩端的深溝球軸承與被動連桿b中部和被動連桿C中部搭接鉸連，被動連桿d的下端叉頭通過單個深溝球軸承和一根軸銷II與被動連桿e上端插頭叉接鉸連，被動連桿e中部通過一根軸銷I及其兩端的深溝球軸承與被動連桿c下端搭接鉸連，被動連桿c的上端插頭通過單個深溝球軸承和一根軸銷II與被動連桿b下端叉頭叉接鉸連，從而組成搖桿滑塊機構(gòu)。所述的驅(qū)動機構(gòu)是所述電機I安裝在車體上，其輸出軸上固定一個小齒輪與一個大齒輪嚙合，大齒輪固定在一根銷軸III上，銷軸III與一個連接板IV通過方形固接；連接板IV與一個連接板III、連接板III與一個連接板I以及連接板I與一個連接板II通過均螺釘固接；一個支架I和一個支架II的一端與一根軸II通過軸承鉸接，軸II與所述連接板I固接，所述主動連桿a通過軸套I與一根軸I固接；所述電機II的輸 出軸與一根軸III通過聯(lián)軸器連接，帶動固接在軸III上的一個撥盤I和一個撥盤II轉(zhuǎn)動，撥盤I與固接在軸II上的一個槽輪I嚙合，實現(xiàn)整條輪腿的抬放，撥盤II與固接在軸I上的一個槽輪II嚙合，從而帶動串聯(lián)組合結(jié)構(gòu)的主動連桿a轉(zhuǎn)動，帶動整個輪腿系統(tǒng)的彎曲。所述的串聯(lián)組合結(jié)構(gòu)由三個相同的搖桿滑塊機構(gòu)串聯(lián)而成，通過設(shè)計給定搖桿極限角度為30°，使得末端位置可以實現(xiàn)90°彎曲，從而實現(xiàn)輪式、足式運動模式的切換。本發(fā)明所述的一個輪-腿子系統(tǒng)的驅(qū)動方式通過電機I驅(qū)動整條腿的前后擺，電機II通過兩組槽輪間隙機構(gòu)的傳動實現(xiàn)腿的彎曲和抬放動作，即一個電機驅(qū)動兩個自由度。腿部末端輪為獨立驅(qū)動輪，由電機III驅(qū)動，可實現(xiàn)輪式運動。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下突出實質(zhì)的特點和顯著的優(yōu)點采用搖桿滑塊機構(gòu)的串聯(lián)組合結(jié)構(gòu)，一方面省去了如傳統(tǒng)仿生機器人腿部的膝關(guān)節(jié)，簡化了結(jié)構(gòu)；一方面省去了專門的輔助機構(gòu)，可以實現(xiàn)機器人的輪式和足式兩種運動模式?？傊景l(fā)明的結(jié)構(gòu)簡單、新穎，控制容易，且各零件制造加工相對容易，價格低廉。


圖I是變結(jié)構(gòu)輪-腿式機器人的整體結(jié)構(gòu)裝配示意圖。圖2是一個輪-腿子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的主視圖。圖3是圖I的剖視圖。I-車體；2-電機I ；3-電機II ；4-驅(qū)動機構(gòu)；5-輪-腿;6_電機III ;7_小齒輪；8-銷軸III ;9_大齒輪；10-連接板IV ; 11-軸套II ; 12-連接板III; 13-撥盤I ; 14-軸III;15-撥盤II ；
16-連接板 I ; 17-軸II ； 18-支架 I ; 19-軸 I ; 20-槽輪II ； 21-桿b; 22-銷軸 I ; 23-銷軸II ； 24-桿c; 25-連接板II ； 26-槽輪I ； 27-支架II ； 28-軸套I ;29_桿a; 30-桿 d ;31-銷軸 II ; 32-桿 e。
具體實施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實施例結(jié)合附圖詳述如下
實施例一
參考圖I 圖3，本新型變結(jié)構(gòu)輪-腿式機器人，包括車體、驅(qū)動機構(gòu)和輪腿機構(gòu)。其特征在于所述車體與四個輪腿機構(gòu)和四個驅(qū)動機構(gòu)組合成對稱結(jié)構(gòu)，每個輪腿機構(gòu)由一個驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動，并通過驅(qū)動機構(gòu)連接車體；所述輪腿機構(gòu)是由三個搖桿滑塊機構(gòu)串聯(lián)而成；每一個輪腿機構(gòu)與一個驅(qū)動機構(gòu)構(gòu)成一個輪腿系統(tǒng)，每個輪腿系統(tǒng)共由三個電機驅(qū)動固連在車體上的一個電機I輸出軸聯(lián)動驅(qū)動機構(gòu)實現(xiàn)輪腿系統(tǒng)的前后擺動，一個電機II安裝在驅(qū)動機構(gòu)上通過兩組間歇槽輪機構(gòu)傳動實現(xiàn)輪腿系統(tǒng)的上下抬和彎曲動作；輪腿系統(tǒng)的末端裝有獨立驅(qū)動輪，該獨立驅(qū)動輪由一個由電機III驅(qū)動。
實施例二
本實施例與實施例一基本相同，特別之處如下
所述輪腿機構(gòu)中的搖桿滑塊機構(gòu)包括主動連桿a、被動連 桿b、被動連桿C、被動連桿d和被動連桿e，這些桿件之間搭接鉸鏈采用銷軸I和其兩端的深溝球軸承承接，由單個銷軸II通過深溝球軸承實現(xiàn)這些桿件間叉接鉸連，即主動連桿a的下端叉頭通過單個深溝球軸承和軸銷II與被動連桿d的上端插頭叉接鉸連，被動連桿d的上中部和下中部分別各通過一根軸銷I及其兩端的深溝球軸承與被動連桿b中部和被動連桿c中部搭接鉸連，被動連桿d的下端叉頭通過單個深溝球軸承和一根軸銷II與被動連桿e上端插頭叉接鉸連，被動連桿e中部通過一根軸銷I及其兩端的深溝球軸承與被動連桿c下端搭接鉸連，被動連桿c的上端插頭通過單個深溝球軸承和一根軸銷II與被動連桿b下端叉頭叉接鉸連，從而組成搖桿滑塊機構(gòu)。所述的驅(qū)動機構(gòu)是所述電機I安裝在車體上，其輸出軸上固定一個小齒輪與一個大齒輪嚙合，大齒輪固定在一根銷軸III上，銷軸III與一個連接板IV通過方形固接；連接板IV與一個連接板III、連接板III與一個連接板I以及連接板I與一個連接板II通過均螺釘固接；一個支架I和一個支架II的一端與一根軸II通過軸承鉸接，軸II與所述連接板I固接，所述主動連桿a通過軸套I與一根軸I固接；所述電機II的輸出軸與一根軸III通過聯(lián)軸器連接，帶動固接在軸III上的一個撥盤I和一個撥盤II轉(zhuǎn)動，撥盤I與固接在軸II上的一個槽輪I嚙合，實現(xiàn)整條輪腿的抬放，撥盤II (與固接在軸I上的一個槽輪II嚙合，從而帶動串聯(lián)組合結(jié)構(gòu)的主動連桿a轉(zhuǎn)動，帶動整個輪腿系統(tǒng)的彎曲。實施例三
圖I為本變結(jié)構(gòu)輪-腿式移動機器人整體結(jié)構(gòu)示意圖，由車體I、驅(qū)動機構(gòu)4和輪腿5三部分組成。結(jié)合圖2和圖3 :電機2安裝在車體I上，通過齒輪7，9傳動，帶動銷軸8轉(zhuǎn)動，銷軸8與連接板10通過軸承承接，連接板10與12，12與16，16與25通過螺釘固接，桿29通過軸套28與軸19固接。支架18、27與軸17軸承承接，軸17與連接板16螺釘固接。可以看出輪-腿子系統(tǒng)是基于三個搖桿滑塊機構(gòu)的串聯(lián)組合結(jié)構(gòu)和槽輪間歇機構(gòu)而構(gòu)成的。電機3與軸14通過聯(lián)軸器連接，帶動固接在軸14上的撥盤13和撥盤15轉(zhuǎn)動，撥盤13與固接在軸17上的槽輪26配合，實現(xiàn)整條腿的抬放，撥盤15與固接在軸19上的槽輪20配合，從而帶動串聯(lián)組合結(jié)構(gòu)的主動桿29轉(zhuǎn)動，帶動整個串聯(lián)組合結(jié)構(gòu)的彎曲。具體腿部動作實現(xiàn)過程如下初始狀態(tài)為足式模式，當(dāng)電機3轉(zhuǎn)過一定角度，帶動與軸14固接的撥盤13和15轉(zhuǎn)動，撥盤13與槽輪26嚙合，實現(xiàn)整條輪腿的抬起，此時撥盤15槽輪20處于鎖止弧期，串聯(lián)組合結(jié)構(gòu)不實現(xiàn)彎曲。電機2轉(zhuǎn)動，使整條腿旋轉(zhuǎn)一定角度，然后電機3反轉(zhuǎn)，撥盤13和槽輪26反轉(zhuǎn)，輪腿著地。當(dāng)撥盤15和槽輪20嚙合，運動傳遞至串聯(lián)組合結(jié)構(gòu)的主動桿a，帶動整個串聯(lián)組合結(jié)構(gòu)彎曲到初始水平位置，此時，撥盤13和槽輪26處于鎖止弧期，電機2鎖死，配合驅(qū)動輪子轉(zhuǎn)動的電機6可以實現(xiàn)輪式運動。
權(quán)利要求
1.一種新型變結(jié)構(gòu)輪-腿式機器人，包括車體(I)、驅(qū)動機構(gòu)(4)和輪腿機構(gòu)(5)，其特征在于所述車體(I)與四個輪腿機構(gòu)(5)和四個驅(qū)動機構(gòu)(4)組合成對稱結(jié)構(gòu)，每個輪腿機構(gòu)(5 )由一個驅(qū)動機構(gòu)(4 )驅(qū)動，并通過驅(qū)動機構(gòu)(4 )連接車體(I);所述輪腿機構(gòu)(5 )是由三個搖桿滑塊機構(gòu)串聯(lián)而成；每一個輪腿機構(gòu)(5)與一個驅(qū)動機構(gòu)(4)構(gòu)成一個輪腿系統(tǒng)，每個輪腿系統(tǒng)共由三個電機驅(qū)動固連在車體(I)上的一個電機I (2)輸出軸聯(lián)動驅(qū)動機構(gòu)(4)實現(xiàn)輪腿系統(tǒng)的前后擺動，一個電機II (3)安裝在驅(qū)動機構(gòu)(4)上通過兩組間歇槽輪機構(gòu)傳動實現(xiàn)輪腿系統(tǒng)的上下抬和彎曲動作；輪腿系統(tǒng)的末端裝有獨立驅(qū)動輪，該獨立驅(qū)動輪由一個由電機III (6)驅(qū)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型變結(jié)構(gòu)輪-腿式機器人，其特征在于所述輪腿機構(gòu)(5)中的搖桿滑塊機構(gòu)包括主動連桿a (29)、被動連桿b (21)、被動連桿c (24)、被動連桿d(30)和被動連桿e (32)，這些桿件之間搭接鉸連采用銷軸I (22)和其兩端的深溝球軸承承接，由單個銷軸II (23)通過深溝球軸承(31)實現(xiàn)這些桿件間叉接鉸連，即主動連桿a(29)的下端叉頭通過單個深溝球軸承(31)和軸銷II (23)與被動連桿d (30)的上端插頭叉接鉸連，被動連桿d(30)的上中部和下中部分別各通過一根軸銷I (22)及其兩端的深溝球軸承與被動連桿b (21)中部和被動連桿c (24)中部搭接鉸連，被動連桿d(30)的下端叉頭通過單個深溝球軸承(31)和一根軸銷II (23)與被動連桿e (32)上端插頭叉接鉸連，被動連桿e (32)中部通過一根軸銷I (22)及其兩端的深溝球軸承與被動連桿c (24)下端搭接鉸連，被動連桿c (24)的上端插頭通過單個深溝球軸承和一根軸銷II (23)與被動連桿b(21)下端叉頭叉接鉸連，從而組成搖桿滑塊機構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型變結(jié)構(gòu)輪-腿機器人，其特征在于所述的驅(qū)動機構(gòu)是所述電機I (2)安裝在車體(I)上，其輸出軸上固定一個小齒輪(7)與一個大齒輪(9)嚙合，大齒輪(9)固定在一根銷軸111(8)上，銷軸111(8)與一個連接板IV(IO)通過方形固接；連接板IV (10)與一個連接板111(12)、連接板111(12)與一個連接板I (16)以及連接板I (16)與一個連接板II (25)通過均螺釘固接；一個支架I (18)和一個支架II (27)的一端與一根軸II (17)通過軸承鉸接，軸II (17)與所述連接板I (16)固接，所述主動連桿a (29)通過軸套I (28)與一根軸I (19)固接；所述電機II (3)的輸出軸與一根軸111(14)通過聯(lián)軸器連接，帶動固接在軸111(14)上的一個撥盤I (13)和一個撥盤II (15)轉(zhuǎn)動，撥盤I (13)與固接在軸II (17)上的一個槽輪I (26)嚙合，實現(xiàn)整條輪腿的抬放，撥盤II (15)與固接在軸I(19)上的一個槽輪II (20)嚙合，從而帶動串聯(lián)組合結(jié)構(gòu)的主動連桿a (29)轉(zhuǎn)動，帶動整個輪腿系統(tǒng)的彎曲。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型變結(jié)構(gòu)輪-腿式機器人，包括車體、驅(qū)動機構(gòu)和輪腿機構(gòu)。所述車體與四個輪腿機構(gòu)和四個驅(qū)動機構(gòu)組合成對稱結(jié)構(gòu)，每個輪腿機構(gòu)由一個驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動，并通過驅(qū)動機構(gòu)連接車體；所述輪腿機構(gòu)是由三個搖桿滑塊機構(gòu)串聯(lián)而成；每一個輪腿機構(gòu)與一個驅(qū)動機構(gòu)構(gòu)成一個輪腿系統(tǒng)，每個輪腿系統(tǒng)共由三個電機驅(qū)動固連在車體上的一個電機Ⅰ輸出軸聯(lián)動驅(qū)動機構(gòu)實現(xiàn)輪腿系統(tǒng)的前后擺動，一個電機Ⅱ安裝在驅(qū)動機構(gòu)上通過兩組間歇槽輪機構(gòu)傳動實現(xiàn)輪腿系統(tǒng)的上下抬和彎曲動作；輪腿系統(tǒng)的末端裝有獨立驅(qū)動輪，該獨立驅(qū)動輪由電機Ⅲ驅(qū)動。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，減少了腿部關(guān)節(jié)，降低了控制難度，結(jié)合了輪式機高機動性和足式機較強環(huán)境適應(yīng)性的優(yōu)點。
文檔編號B62D57/028GK102765433SQ20121024436
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月16日
發(fā)明者孔師多, 徐子力, 趙娟, 金海濤, 陳振華, 韓麗楠 申請人:上海大學(xué)