[發(fā)明專利]一種輪腿變換式的多足機器人

有效

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• 申請日: 2018-08-18
• 公開（公告）號: CN109292017B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發(fā)明（設計）人: 徐錦濤;杜敬利;段學超;米建偉;黃進
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: B62D57/028
• 分類號: B62D57/028
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

本發(fā)明屬于機器人技術領域，公開了一種輪腿變換式的多足機器人，包括用于實現(xiàn)步態(tài)驅(qū)動和輪式驅(qū)動功能的可變換輪腿機構和內(nèi)部設置有驅(qū)動控制單元、多種功能模塊單元；所述可變換輪腿機構由結(jié)構不同的第一支撐腿、第二支撐腿和第三支撐腿通過相應的旋轉(zhuǎn)軸連接形成的具有三個轉(zhuǎn)動自由度的串聯(lián)機構；第一支撐腿、第二支撐腿和第三支撐腿的外緣形狀為直徑相同的圓弧結(jié)構。本發(fā)明的整體結(jié)構簡單，剛度強，穩(wěn)定可靠；輪腿變換式的多足機器人兼顧越障能力和移動速度，可以增添多種功能模塊，使得輪腿變換式的多足機器人功能完善，具有很高的實用性和廣闊的應用價值。

技術領域

本發(fā)明屬于機器人技術領域，尤其涉及一種輪腿變換式的多足機器人。

背景技術

目前，業(yè)內(nèi)常用的現(xiàn)有技術是這樣的：隨著科技的飛速發(fā)展，機器人因其具有靈活性、機動性，可以代替人完成重復、繁瑣或危險的勞動等特點，被廣泛應用到服務、醫(yī)療衛(wèi)生、探索、救援、生產(chǎn)、軍事等各個不同的領域中，在人類的日常生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。目前主要的機器人按照移動方式可以劃分為輪式機器人、履帶式機器人，多足機器人，蛇形機器人等。雖然機器人的種類越來越多，功能越來越完善，但是經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)各自有自己的缺陷：輪式機器人，結(jié)構簡單，噪聲低、能夠快速移動，但是對路面的要求高，沒辦法適應野外復雜的環(huán)境。履帶式機器人，越障能力和適應地形的能力較強，但結(jié)構笨重，速度較低，效率低，噪聲大。多足機器人，能適應各種復雜的地形，越障能力強，但是在較平坦的路面情況移動速度較輪式機器人慢了很多。蛇形機器人因其特殊的形態(tài)，只在狹小的空間中具有極強的移動性能。如何設計出一款兼具移動速度和越障能力的機器人，變得越來越具有現(xiàn)實意義。現(xiàn)常用的設計方法是在機器人腿的底部加上輪子和驅(qū)動電機。這樣的設計經(jīng)過分析也發(fā)現(xiàn)存在缺陷：第一，腿部的輪子和電機的質(zhì)量增加了腿部各個關節(jié)驅(qū)動的負載，根據(jù)力矩等于力乘以力臂，腿部關節(jié)需要選擇具有更大驅(qū)動力矩的電機，這意味著電機的尺寸和質(zhì)量會進一步加大，造成關節(jié)尺寸偏大和腿部的整體尺寸偏大的問題。第二，無法徹底解決難以兼顧移動速度和越障能力的問題，因為輪子的驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動一定角度，輪面與地面接觸，不存在相對移動,使得輪子轉(zhuǎn)動的輪面的長度即是輪子在地面行進的長度。自然，直徑越大的輪子轉(zhuǎn)過一定的角度行進的距離更大，即移動速度更快；但是更大直徑的輪子的質(zhì)心位于車輪回轉(zhuǎn)中心，當車輪與復雜地面接觸時，其質(zhì)心的與接觸點的距離更遠，力臂也就更遠，機器人的穩(wěn)定穩(wěn)定控制更加困難，使得越障能力下降；反之，若輪子直徑變小，則越障能力提高，但移動速度下降。

綜上所述，現(xiàn)有技術存在的問題是：

(1)輪子和驅(qū)動電機增加了腿部關節(jié)驅(qū)動的負載，腿部驅(qū)動電機需要選擇更大力矩也更大尺寸的型號，使得機器人體積重量變大。

(2)無法徹底解決難以兼顧移動速度和越障能力的問題，輪子直徑大，移動速度提高，但越障能力下降；若輪子直徑小，則越障能力提高，但移動速度下降。

解決上述技術問題的難度和意義：設計一套新的機器人可變換輪腿機構，結(jié)構上去掉傳統(tǒng)輪腿機構的輪子和驅(qū)動電機，可以極大的減輕腿部關節(jié)驅(qū)動的負載，選擇合適的驅(qū)動電機，使得機器人腿部質(zhì)量和體積減小，結(jié)構簡單緊湊，外型美觀。同時，去掉直徑較大的輪子，腿部直接與復雜地面接觸，機器人質(zhì)心調(diào)節(jié)更加方便，越障能力提高，步態(tài)驅(qū)動狀態(tài)的穩(wěn)定性顯著提高。在較平坦的路面，為實現(xiàn)快速移動，必須采用輪式驅(qū)動的方法。設計的可變換輪腿機構能通過各級機械腿的折疊收攏轉(zhuǎn)換成輪子結(jié)構，并且，各級機械腿上設計支撐輪子結(jié)構的輪輻結(jié)構和支撐結(jié)構，使之能相互接觸鎖死，增加輪子結(jié)構的剛度和穩(wěn)定性，折疊后的輪子具有較大的直徑尺寸，能實現(xiàn)機器人的快速移動，具有很強的機動性、靈活性和適應性。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供了一種輪腿變換式的多足機器人。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種輪腿變換式的多足機器人，所述輪腿變換式的多足機器人包括用于實現(xiàn)步態(tài)驅(qū)動和輪式驅(qū)動功能的可變換輪腿機構和內(nèi)部設置有驅(qū)動控制單元、多種功能模塊單元；