本發(fā)明涉及一種機(jī)器人輪足機(jī)構(gòu)，具體涉及一種可變形機(jī)器人輪足機(jī)構(gòu)，尤其是一種能夠?qū)崿F(xiàn)輪足切換變形的輪轂結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、目前傳統(tǒng)機(jī)器人移動(dòng)部多采用輪式或足式設(shè)計(jì)，各有優(yōu)缺點(diǎn)。輪式機(jī)器人在平坦地面上移動(dòng)速度快，但在復(fù)雜地形中容易受限；足式機(jī)器人能夠適應(yīng)多種地形，但速度和效率較低。輪足機(jī)器人結(jié)合了輪式和足式機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)，能夠在不同地形上靈活運(yùn)動(dòng)，提升了運(yùn)動(dòng)能力。

2、目前的輪足機(jī)器人大多采用固定形狀的輪轂進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，雖然在平坦地面上可以提供較高的速度，但在復(fù)雜的地形中卻面臨較大的越障挑戰(zhàn)，現(xiàn)有技術(shù)中缺乏能夠動(dòng)態(tài)調(diào)整輪轂形狀以適應(yīng)不同地形需求的方案。

3、但是，隨著現(xiàn)代機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，在救援、探索、物流等領(lǐng)域，對(duì)機(jī)器人的靈活性和適應(yīng)性要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)輪腿機(jī)器人已經(jīng)不能完全滿(mǎn)足時(shí)代發(fā)展的需要，這推動(dòng)了對(duì)新型輪腿機(jī)器人腿部機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究，特別是能夠應(yīng)對(duì)極端復(fù)雜環(huán)境的機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)輪足靈活切換的輪轂結(jié)構(gòu)的研究。

4、例如：授權(quán)公告號(hào)為cn109398520b，專(zhuān)利名稱(chēng)為一種輪腿變換裝置的發(fā)明專(zhuān)利，其包括輪大腿、輪小腿和輪腿變換驅(qū)動(dòng)裝置；輪大腿為左右對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，其中部設(shè)置有輪腿變換驅(qū)動(dòng)裝置安裝槽，其下部左右兩側(cè)對(duì)稱(chēng)設(shè)置有銷(xiāo)軸三安裝孔一，用于與輪小腿連接，輪小腿通過(guò)銷(xiāo)軸三鉸接安裝于輪大腿上；兩組輪腿變換驅(qū)動(dòng)連桿組件對(duì)稱(chēng)設(shè)置在輪大腿的左右兩側(cè)，用于連接輪大腿、輪小腿和輪腿變換驅(qū)動(dòng)裝置以實(shí)現(xiàn)輪腿收縮成輪形或者展開(kāi)成腿形；通過(guò)此種方式能夠?qū)崿F(xiàn)輪形結(jié)構(gòu)與腿形結(jié)構(gòu)的變換，變形為輪形結(jié)構(gòu)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)平坦路面的快速行走，輪形結(jié)構(gòu)直徑較大，路面適應(yīng)能力較強(qiáng)；變形為腿形結(jié)構(gòu)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)崎嶇路面的快速行走，腿長(zhǎng)較長(zhǎng)、越障能力較強(qiáng)。變形驅(qū)動(dòng)裝置采用多連桿機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制造。

5、但該輪腿變換裝置由于在變?yōu)橥刃谓Y(jié)構(gòu)時(shí)，輪腿形狀變化大，且與地面接觸面小，尤其在崎嶇路面行走時(shí)，存在行走不穩(wěn)定的問(wèn)題。

6、綜上所述，現(xiàn)有的輪腿變換裝置行走在崎嶇路面行走時(shí)，存在行走不穩(wěn)定的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的輪腿變換裝置行走在崎嶇路面行走時(shí)，存在行走不穩(wěn)定的問(wèn)題。進(jìn)而提供一種可變形機(jī)器人輪足機(jī)構(gòu)。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種可變形機(jī)器人輪足機(jī)構(gòu)包括可變形輪轂驅(qū)動(dòng)輪和小腿，可變形輪轂驅(qū)動(dòng)輪為輪足機(jī)器人的踝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件，可變形輪轂驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在小腿的下部，所述踝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件通過(guò)六個(gè)液壓缸推動(dòng)連桿系統(tǒng)，控制弧形輪轂變形成為圓形或三角形，且每個(gè)輪轂液壓缸活塞分別推動(dòng)每?jī)山M相鄰的輪轂弧組件中的輪轂弧連桿，使其在相應(yīng)方向上移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)改變輪轂的幾何形狀。

3、進(jìn)一步地，可變形輪轂驅(qū)動(dòng)輪包括輪轂中心輪、六個(gè)輪轂液壓缸活塞、電機(jī)輪轂傳動(dòng)軸、輪轂弧、輪轂弧連桿、輪轂弧連桿軸和平直輪胎；電機(jī)輪轂傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)插裝在輪轂中心輪內(nèi)，六個(gè)輪轂液壓缸活塞以輪轂中心輪為中心呈輻射狀安裝在輪轂中心輪上，每個(gè)輪轂液壓缸活塞的伸縮端與相鄰兩個(gè)輪轂弧的連接處連接，相鄰兩個(gè)輪轂弧為一組輪轂弧組件，相鄰兩組輪轂弧組件之間通過(guò)輪轂弧連桿和輪轂弧連桿軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接，平直輪胎安裝在輪轂弧組件上，且平直輪胎隨輪轂的形態(tài)變化而調(diào)整；多組輪轂弧組件形成弧形輪轂。

4、更進(jìn)一步地，可變形輪轂驅(qū)動(dòng)輪還包括驅(qū)動(dòng)輪走油關(guān)節(jié)和兩個(gè)踝關(guān)節(jié)輪轂軸承，驅(qū)動(dòng)輪走油關(guān)節(jié)安裝在輪轂中心輪與電機(jī)輪轂傳動(dòng)軸之間，兩個(gè)踝關(guān)節(jié)輪轂軸承分別位于驅(qū)動(dòng)輪走油關(guān)節(jié)的左右兩側(cè)。

5、優(yōu)選地，電機(jī)輪轂傳動(dòng)軸為階梯式齒輪軸。

6、進(jìn)一步地，可變形輪轂驅(qū)動(dòng)輪還包括多個(gè)液壓缸導(dǎo)向套，每個(gè)輪轂液壓缸活塞的伸縮端上套裝有一個(gè)液壓缸導(dǎo)向套。

7、更進(jìn)一步地，小腿包括3d金屬打印小腿骨架、踝關(guān)節(jié)保護(hù)殼和電機(jī)驅(qū)動(dòng)組件，踝關(guān)節(jié)保護(hù)殼安裝在3d金屬打印小腿骨架的下部，電機(jī)驅(qū)動(dòng)組件嵌裝在踝關(guān)節(jié)保護(hù)殼內(nèi)并將驅(qū)動(dòng)動(dòng)力和扭矩傳遞給電機(jī)輪轂傳動(dòng)軸。

8、進(jìn)一步地，電機(jī)驅(qū)動(dòng)組件包括電機(jī)端蓋、驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)齒輪系、驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)轉(zhuǎn)子盤(pán)、驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)定子線(xiàn)圈、驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)轉(zhuǎn)子外殼、電機(jī)輸出端內(nèi)側(cè)軸承、輪軸端蓋、電機(jī)輸出端外側(cè)軸承和行星輪輸出法蘭；驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)定子線(xiàn)圈安裝在驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)轉(zhuǎn)子外殼內(nèi)，驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)轉(zhuǎn)子盤(pán)安裝在驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)轉(zhuǎn)子外殼的一側(cè)側(cè)面，驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)齒輪系安裝在驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)定子線(xiàn)圈內(nèi)，行星輪輸出法蘭安裝在驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)齒輪系上，電機(jī)輸出端內(nèi)側(cè)軸承和電機(jī)輸出端外側(cè)軸承安裝在行星輪輸出法蘭的外側(cè)，輪軸端蓋和電機(jī)端蓋分別安裝在踝關(guān)節(jié)保護(hù)殼的兩側(cè)側(cè)端面上。

9、進(jìn)一步地，小腿還包括油膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)軸套、壓傳感器和膝關(guān)節(jié)液壓伺服閥；膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)軸套水平內(nèi)嵌在3d金屬打印小腿骨架的上部，壓傳感器和膝關(guān)節(jié)液壓伺服閥安裝在3d金屬打印小腿骨架的中部。

10、進(jìn)一步地，小腿還包括編碼器和編碼器端蓋，編碼器通過(guò)編碼器端蓋安裝在踝關(guān)節(jié)保護(hù)殼內(nèi)。

11、優(yōu)選地，驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)齒輪系包括內(nèi)齒圈、多個(gè)行星輪、電機(jī)傳動(dòng)軸、行星輪輸出軸、深溝球軸承、8mm電機(jī)傳動(dòng)軸軸肩擋圈、7mm電機(jī)傳動(dòng)軸軸肩擋圈、電機(jī)輪轂傳動(dòng)軸彈性擋圈和行星輪輸出軸彈性擋圈；內(nèi)齒圈安裝在驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)轉(zhuǎn)子外殼內(nèi)，電機(jī)傳動(dòng)軸安裝在內(nèi)齒圈內(nèi)的太陽(yáng)齒輪內(nèi)，多個(gè)行星輪、太陽(yáng)齒輪和內(nèi)齒圈相互嚙合，行星輪輸出軸穿設(shè)在行星輪上，深溝球軸承套裝在行星輪輸出軸上，行星輪輸出軸彈性擋圈安裝在行星輪輸出軸的端部，電機(jī)輪轂傳動(dòng)軸彈性擋圈和8mm電機(jī)傳動(dòng)軸軸肩擋圈安裝在電機(jī)傳動(dòng)軸的一端，7mm電機(jī)傳動(dòng)軸軸肩擋圈安裝在電機(jī)傳動(dòng)軸的另一端。

12、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下效果：

13、1、本發(fā)明的一種可變形的輪轂結(jié)構(gòu)，能夠根據(jù)地形情況切換小腿末端輪轂形態(tài)。作為輪腿機(jī)器人的可變形運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其圓形輪轂結(jié)構(gòu)保證了機(jī)器人在平坦地面的移動(dòng)速度，其三角輪結(jié)構(gòu)保證其在地形復(fù)雜的特殊環(huán)境中具有比傳統(tǒng)輪腿機(jī)器人更強(qiáng)的越障能力和地形適應(yīng)能力，且與地面的接觸面積大，行走時(shí)更加穩(wěn)定。同時(shí)小腿部采用了衍生式設(shè)計(jì)的輕量化骨架結(jié)構(gòu)，保證了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度同時(shí)減輕機(jī)器人小腿的重量。

14、2、本發(fā)明的形狀可變：輪轂在圓形和三角形之間切換。圓形輪轂適用于平坦地面，提供更高的速度；三角形輪轂適用于復(fù)雜地形，增強(qiáng)越障能力。

15、3、本發(fā)明操作簡(jiǎn)單：通過(guò)控制機(jī)構(gòu)(主要指對(duì)輪轂液壓缸活塞1-2的伸縮)調(diào)節(jié)輪轂的形狀，能夠在不同環(huán)境下自由切換，且無(wú)需更換輪轂或進(jìn)行復(fù)雜的調(diào)節(jié)。

16、4、本發(fā)明具有高效節(jié)能的作用：通過(guò)對(duì)輪轂形狀的優(yōu)化設(shè)計(jì)，圓形輪轂?zāi)軌蚪档蜐L動(dòng)阻力，提高機(jī)器人在平坦地面上的行駛效率；三角形輪轂則能夠提高越障能力，保證機(jī)器人在崎嶇地形中的穩(wěn)定性和通過(guò)性。

17、5、本發(fā)明的輪足機(jī)構(gòu)腿部結(jié)構(gòu)采用3d打印金屬骨架結(jié)構(gòu)，輕量化的支撐結(jié)構(gòu)在減少機(jī)器人整體負(fù)重同時(shí)還提高了機(jī)器人腿部結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，保證了機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境下的機(jī)動(dòng)性和續(xù)航能力。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)新型輪足機(jī)構(gòu)整體質(zhì)量的優(yōu)化，使機(jī)器人在制造過(guò)程中消耗更少的材料，降低成本的同時(shí)，使得機(jī)器人的重量更輕，有更強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性。

18、6、現(xiàn)有的輪腿機(jī)器人通常只能在某一固定形態(tài)下運(yùn)行，輪胎與地面接觸面積和形狀固定，在面對(duì)崎嶇、障礙重重的地形時(shí)表現(xiàn)較為疲弱，往往需要人工或復(fù)雜的控制策略才能完成越障。本發(fā)明的新型輪足機(jī)構(gòu)可以使機(jī)器人既能在平坦地面上以圓形形態(tài)保證行駛速度，又能在復(fù)雜地形中，通過(guò)改變輪轂為三角形形態(tài)，增加機(jī)器人的越障能力。這使得機(jī)器人能夠跨越石塊、沙坑、泥濘等不規(guī)則地形，且不容易卡住或失去平衡。相比于傳統(tǒng)的輪腿機(jī)器人具備更強(qiáng)的地形適應(yīng)能力。

19、7、本發(fā)明通過(guò)分析液壓新型輪足機(jī)構(gòu)對(duì)液壓動(dòng)力的需求，制定液壓動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和具體實(shí)施方案，液壓動(dòng)力系統(tǒng)充分利用小腿的結(jié)構(gòu)，通過(guò)分布式設(shè)計(jì)方法將液壓動(dòng)力系統(tǒng)與新型輪足機(jī)構(gòu)本體有機(jī)地融合，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力系統(tǒng)的高度集成化，同時(shí)通過(guò)一體化設(shè)計(jì)方法盡可能提高動(dòng)力系統(tǒng)核心部件的功率密度。

20、8、本發(fā)明的輪腿機(jī)器人能夠廣泛應(yīng)用于救援、探險(xiǎn)、物流、巡邏等多個(gè)領(lǐng)域。在災(zāi)難救援場(chǎng)景中，機(jī)器人需要跨越多種障礙物，包括碎石、沙坑、甚至是瓦礫。傳統(tǒng)的輪腿機(jī)器人通常需要通過(guò)人工控制或復(fù)雜的機(jī)械調(diào)整才能越過(guò)障礙，而本發(fā)明的使機(jī)器人能夠通過(guò)自動(dòng)形態(tài)切換，迅速、無(wú)縫地完成越障任務(wù)，保證救援工作的順利進(jìn)行。