本申請涉及機(jī)器人，特別涉及一種多運(yùn)動模態(tài)機(jī)器人。

背景技術(shù)：

1、近年來，多運(yùn)動模態(tài)機(jī)器人技術(shù)的研究與應(yīng)用在全球范圍內(nèi)得到了各大國家的空前重視，多運(yùn)動模態(tài)機(jī)器人的研發(fā)、制造、應(yīng)用是衡量一個(gè)國家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標(biāo)志。

2、移動多運(yùn)動模態(tài)機(jī)器人對于未來軍事和民事都極具重要性，其中跳躍運(yùn)動具有與地面非連續(xù)接觸、運(yùn)動效率高、爆發(fā)力強(qiáng)，在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中具有廣泛應(yīng)用，但是跳躍運(yùn)動難以實(shí)現(xiàn)精確的移動，且在低矮洞穴及狹縫中運(yùn)動困難。爬行運(yùn)動能夠在狹窄且復(fù)雜的環(huán)境中連續(xù)運(yùn)動，但其運(yùn)動效率較低，無法完成快速且高效的運(yùn)動。在實(shí)際應(yīng)用中研究者觀察到單一運(yùn)動或爬行運(yùn)動模態(tài)的多運(yùn)動模態(tài)機(jī)器人在運(yùn)動過程中對復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)能力有較大的限制，難以滿足復(fù)雜的任務(wù)需求；跳躍和爬行運(yùn)動模態(tài)集成的多運(yùn)動模態(tài)機(jī)器人的每一種運(yùn)動模態(tài)都需要一套機(jī)構(gòu)來完成，并且需要額外的復(fù)位結(jié)構(gòu)，不僅機(jī)構(gòu)復(fù)雜、多運(yùn)動模態(tài)機(jī)器人整機(jī)質(zhì)量大，而且運(yùn)動靈活性和運(yùn)動精度難以同時(shí)滿足，控制較為復(fù)雜。

3、因此，有必要設(shè)計(jì)一種集成跳躍、爬行及自復(fù)位功能的多運(yùn)動模態(tài)機(jī)器人，在降低系統(tǒng)復(fù)雜度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動精度與動態(tài)性能的同步提升。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請實(shí)施例提供了一種多運(yùn)動模態(tài)機(jī)器人，可以解決現(xiàn)有技術(shù)中多運(yùn)動模態(tài)機(jī)器人功能單一、側(cè)翻不能自復(fù)位，或需要專門的復(fù)位結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜的技術(shù)問題，所述技術(shù)方案如下：

2、一種多運(yùn)動模態(tài)機(jī)器人，包括：軀干，具有背側(cè)和腹側(cè)，所述背側(cè)設(shè)置有復(fù)位結(jié)構(gòu)；四組爬行腿組件，分別安裝于所述軀干的左前側(cè)、右前側(cè)、左后側(cè)和右后側(cè)；跳躍組件，安裝于所述軀干的腹側(cè)；所述多運(yùn)動模態(tài)機(jī)器人具有腹側(cè)朝下姿態(tài)和非腹側(cè)朝下姿態(tài)；其中，當(dāng)所述多運(yùn)動模態(tài)機(jī)器人處于非腹側(cè)朝下姿態(tài)時(shí)，所述復(fù)位結(jié)構(gòu)用于配合所述爬行腿組件使所述多運(yùn)動模態(tài)機(jī)器人復(fù)位至腹側(cè)朝下姿態(tài)。

3、可選地，所述爬行腿組件包括：驅(qū)動舵機(jī)、曲柄、搖桿、桿狀腿、筒狀直線軸承和轉(zhuǎn)接桿；所述驅(qū)動舵機(jī)固定連接于所述軀干，并且具有第一輸出軸；所述曲柄的一端連接所述第一輸出軸，所述曲柄的另一端轉(zhuǎn)動連接所述轉(zhuǎn)接桿的第一端，所述轉(zhuǎn)接桿的第二端與所述筒狀直線軸承鉸接，所述筒狀直線軸承滑動套設(shè)在所述桿狀腿上；所述搖桿的一端與所述軀干鉸接，另一端與所述桿狀腿的第一端鉸接；所述搖桿用于使所述桿狀腿的第一端上下運(yùn)動。

4、可選地，所述爬行腿組件還包括套筒以及兩個(gè)擋圈；所述筒狀直線軸承的兩端外表面分別具有一個(gè)環(huán)形卡槽，所述套筒轉(zhuǎn)動套設(shè)在所述筒狀直線軸承外，兩個(gè)擋圈分別卡設(shè)在套筒兩側(cè)的所述環(huán)形卡槽內(nèi)；所述轉(zhuǎn)接桿的第二端鉸接在所述套筒的外表面。

5、可選地，所述爬行腿組件還包括柔性足，所述柔性足設(shè)置在所述桿狀腿的第二端。

6、可選地，所述跳躍組件包括：跳躍動力機(jī)構(gòu)、控制組件、主動不完全齒輪、從動不完全齒輪、第一連桿、第二連桿、第三連桿、第四連桿和第五連桿；所述跳躍動力機(jī)構(gòu)固定連接在所述軀干上，所述跳躍動力機(jī)構(gòu)的輸出軸連接所述主動不完全齒輪；所述軀干上從前至后依次鉸接所述第一連桿的第一端和所述第二連桿的第一端；所述第一連桿的第一端固定連接所述從動不完全齒輪，并且所述主動不完全齒輪和從動不完全齒輪嚙合；所述第一連桿的中部鉸接所述第三連桿的第一端，所述第二連桿的第二端鉸接所述第四連桿的第一端，所述第四連桿的中部鉸接所述第三連桿的第二端；所述軀干、所述第一連桿、所述第三連桿、所述第四連桿和所述第二連桿構(gòu)成閉環(huán)，形成五連桿機(jī)構(gòu)；所述第一連桿的第二端鉸接所述第五連桿的第一端，所述第五連桿的第二端與所述第四連桿的第二端鉸接，所述第一連桿、所述第五連桿、所述第四連桿和所述第三連桿構(gòu)成閉環(huán)，形成四連桿機(jī)構(gòu)；所述軀干、所述第一連桿、所述第二連桿、所述第三連桿、所述第四連桿和所述第五連桿構(gòu)成六桿機(jī)構(gòu)；所述第三連桿的第一端和所述第二連桿的第二端之間設(shè)置有拉伸彈簧；所述第四連桿的第二端設(shè)置有柔性腳掌；所述跳躍組件具有蓄力完成狀態(tài)和完全伸展?fàn)顟B(tài)，在所述蓄力完成狀態(tài)下，所述第一連桿和所述第二連桿的夾角達(dá)到最大值，在所述完全伸展?fàn)顟B(tài)下，所述第一連桿和所述第二連桿的夾角最小。

7、可選地，所述跳躍動力機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動電機(jī)、蝸輪蝸桿減速器和聯(lián)軸器，所述驅(qū)動電機(jī)和所述蝸輪蝸桿減速器均與所述軀干固定連接，所述驅(qū)動電機(jī)的輸出軸通過所述聯(lián)軸器與所述蝸輪蝸桿減速器的輸入軸連接，所述蝸輪蝸桿減速器的輸出軸連接所述主動不完全齒輪。

8、可選地，所述控制組件包括不完全棘輪、棘爪、解鎖舵機(jī)和解鎖臂；所述不完全棘輪與所述第一連桿的第一端固定連接，所述棘爪與所述軀干上的安裝軸轉(zhuǎn)動連接，所述棘爪與所述安裝軸之間安裝有使所述棘爪與所述不完全棘輪嚙合的扭簧，所述棘爪上設(shè)置有解鎖桿，所述解鎖舵機(jī)固定連接在所述軀干上，所述解鎖舵機(jī)的輸出軸連接有所述解鎖臂，所述解鎖臂繞所述解鎖舵機(jī)的輸出軸旋轉(zhuǎn)可周期性驅(qū)動所述解鎖桿繞所述安裝軸旋轉(zhuǎn)，以使所述棘爪與所述不完全棘輪周期性分離。

9、可選地，所述多運(yùn)動模態(tài)機(jī)器人還包括配重，所述配重設(shè)置于所述軀干上，用于使所述多運(yùn)動模態(tài)機(jī)器人的重心處于地面對所述柔性腳掌的反作用力的延長線上。

10、可選地，位于左前側(cè)的所述爬行腿組件與位于右前側(cè)的所述爬行腿組件的間距小于位于左后側(cè)的所述爬行腿組件與位于右后側(cè)的所述爬行腿組件的間距。

11、可選地，所述復(fù)位結(jié)構(gòu)構(gòu)造為從所述軀干向背離所述軀干方向漸縮至一個(gè)點(diǎn)的第一架體，或從所述軀干向背離所述軀干方向漸縮至一條直線的第二架體。

12、本申請實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果至少包括：

13、一種多運(yùn)動模態(tài)機(jī)器人，包括：軀干、爬行腿組件和跳躍組件。在軀干的左前側(cè)、右前側(cè)、左后側(cè)和右后側(cè)分別安裝一個(gè)爬行腿組件，從而構(gòu)成四足分布式爬行機(jī)器人。配合步態(tài)控制策略，多運(yùn)動模態(tài)機(jī)器人可產(chǎn)生類生物肢體的協(xié)同運(yùn)動模式，相比傳統(tǒng)兩足或六足機(jī)器人具有更優(yōu)的地面接觸穩(wěn)定性。軀干的腹側(cè)設(shè)置跳躍組件，通過跳躍控制策略可以使多運(yùn)動模態(tài)機(jī)器人快速前進(jìn)或跨越障礙物。另外，在軀干的背側(cè)還設(shè)置有復(fù)位結(jié)構(gòu)，當(dāng)多運(yùn)動模態(tài)機(jī)器人側(cè)翻時(shí)，復(fù)位結(jié)構(gòu)結(jié)合部分爬行腿組件可以實(shí)現(xiàn)自復(fù)位，從而避免了人工干預(yù)復(fù)位，提高了多運(yùn)動模態(tài)機(jī)器人的智能化程度。因此，本申請實(shí)施例提供的多運(yùn)動模態(tài)機(jī)器人結(jié)構(gòu)緊湊、適應(yīng)能力強(qiáng)，能夠在復(fù)雜地形中實(shí)現(xiàn)高機(jī)動越障、側(cè)翻自復(fù)位，并集成爬行模式與跳躍模式。

14、本公開的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說明。

技術(shù)特征：

1.一種多運(yùn)動模態(tài)機(jī)器人，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多運(yùn)動模態(tài)機(jī)器人，其特征在于，所述爬行腿組件（2）包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多運(yùn)動模態(tài)機(jī)器人，其特征在于，所述爬行腿組件（2）還包括套筒（207）以及兩個(gè)擋圈（208）；所述筒狀直線軸承（205）的兩端外表面分別具有一個(gè)環(huán)形卡槽，所述套筒（207）轉(zhuǎn)動套設(shè)在所述筒狀直線軸承（205）外，兩個(gè)擋圈（208）分別卡設(shè)在套筒（207）兩側(cè)的所述環(huán)形卡槽內(nèi)；所述轉(zhuǎn)接桿（206）的第二端鉸接在所述套筒（207）的外表面。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多運(yùn)動模態(tài)機(jī)器人，其特征在于，所述爬行腿組件（2）還包括柔性足（209），所述柔性足（209）設(shè)置在所述桿狀腿（204）的第二端。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多運(yùn)動模態(tài)機(jī)器人，其特征在于，所述跳躍組件（3）包括：跳躍動力機(jī)構(gòu)（301）、控制組件（302）、主動不完全齒輪（303）、從動不完全齒輪（304）、第一連桿（305）、第二連桿（306）、第三連桿（307）、第四連桿（308）和第五連桿（309）；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多運(yùn)動模態(tài)機(jī)器人，其特征在于，所述跳躍動力機(jī)構(gòu)（301）包括驅(qū)動電機(jī)（3011）、蝸輪蝸桿減速器（3012）和聯(lián)軸器（3013），所述驅(qū)動電機(jī)（3011）和所述蝸輪蝸桿減速器（3012）均與所述軀干（1）固定連接，所述驅(qū)動電機(jī)（3011）的輸出軸通過所述聯(lián)軸器（3013）與所述蝸輪蝸桿減速器（3012）的輸入軸連接，所述蝸輪蝸桿減速器（3012）的輸出軸連接所述主動不完全齒輪（303）。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多運(yùn)動模態(tài)機(jī)器人，其特征在于，所述控制組件（302）包括不完全棘輪（3021）、棘爪（3022）、解鎖舵機(jī)（3023）和解鎖臂（3024）；

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多運(yùn)動模態(tài)機(jī)器人，其特征在于，所述多運(yùn)動模態(tài)機(jī)器人還包括配重，所述配重設(shè)置于所述軀干（1）上，用于使所述多運(yùn)動模態(tài)機(jī)器人的重心處于地面對所述柔性腳掌（311）的反作用力的延長線上。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多運(yùn)動模態(tài)機(jī)器人，其特征在于，位于左前側(cè)的所述爬行腿組件（2）與位于右前側(cè)的所述爬行腿組件（2）的間距小于位于左后側(cè)的所述爬行腿組件（2）與位于右后側(cè)的所述爬行腿組件（2）的間距。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多運(yùn)動模態(tài)機(jī)器人，其特征在于，所述復(fù)位結(jié)構(gòu)（4）構(gòu)造為從所述軀干（1）向背離所述軀干（1）方向漸縮至一個(gè)點(diǎn)的第一架體，或從所述軀干（1）向背離所述軀干（1）方向漸縮至一條直線的第二架體。

技術(shù)總結(jié)
本申請屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種多運(yùn)動模態(tài)機(jī)器人，包括：軀干、爬行腿組件和跳躍組件。在軀干的左前側(cè)、右前側(cè)、左后側(cè)和右后側(cè)分別安裝一個(gè)爬行腿組件，從而構(gòu)成四足分布式爬行機(jī)器人。配合步態(tài)控制策略，多運(yùn)動模態(tài)機(jī)器人可產(chǎn)生類生物肢體的協(xié)同運(yùn)動模式，相比兩足或六足機(jī)器人具有更優(yōu)的地面接觸穩(wěn)定性。軀干的腹側(cè)設(shè)置跳躍組件，通過跳躍控制策略可以使多運(yùn)動模態(tài)機(jī)器人快速前進(jìn)或跨越障礙物。另外，當(dāng)多運(yùn)動模態(tài)機(jī)器人側(cè)翻時(shí)，復(fù)位結(jié)構(gòu)結(jié)合部分爬行腿組件可以自復(fù)位。本申請的多運(yùn)動模態(tài)機(jī)器人結(jié)構(gòu)緊湊、適應(yīng)能力強(qiáng)，能夠在復(fù)雜地形中實(shí)現(xiàn)高機(jī)動越障、側(cè)翻自復(fù)位，并集成爬行模式與跳躍模式。

技術(shù)研發(fā)人員：葛文杰,劉斌,董典彪
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西北工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15