[實用新型]一種具有輪足變換能力的機器人變形腿

有效

• 申請號: 201920159623.1
• 申請日: 2019-01-30
• 公開（公告）號: CN209535272U
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 楊東超;常旭;楊淇耀;陳懇;朱衡;孫可平
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B62D57/028
• 分類號: B62D57/028;B62D57/032
• 代理公司: 北京薈英捷創知識產權代理事務所(普通合伙) 11726
• 代理人: 吳平

本實用新型涉及一種具有輪足變換能力的機器人變形腿，包括大腿半環和小腿半環，大腿半環和小腿半環合攏時為圓環，可作為車輪，實現輪式移動；小腿半環與大腿半環呈現一定夾角時，可作為大、小腿，實現足式行走。兩種構型可隨時變換，既可兼具輪、足兩種移動形式的優點，同時也不增加腿結構的重量和控制的復雜程度，本實用新型可用于兩足、四足或六足機器人。

技術領域

本實用新型涉及機器人領域，特別涉及一種具有輪足變換能力的機器人變形腿。

背景技術

輪式移動方式具有能耗比較低、移動速度快等優點，而足式移動方式由于采用了大、小腿結構，具有越障能力強等優勢，因此有不少樣機將二者結合在一起，希望能兼顧二者的優點。

如圖1所示，CN109018058A(文獻1)公開了一種輪足一體式機器人腿結構，這種腿結構包括機器人的橫擺機構，大腿、小腿和足端；整條腿有三組使用伺服閥控制的結構相同的液壓缸，可以實現腿部的橫擺、大腿和小腿的前進和后退，機器人足端為輪式結構，輪子的方向可以任意調整，足端有單獨的動力源，采用步進驅動一體機，把驅動與控制集成在一起；當在平坦的路段行進時，可以單獨使用足端電機驅動輪轉動，使運動更加快速，節省能源；當在坎坷不平的路段運動時，可以使用液壓裝置來驅動，幫助機器人實現越障。

如圖2所示，韓國現代汽車公司的極限機動車Elevate的測試版樣機，同樣采用了把輪子布置在小腿的末端，該方式是目前絕大多數輪足式機器人所采用的方案。

如圖3所示，CN208007139U(文獻2)公開了一種多適應性輪足切換移動平臺，車輪布置在膝關節處，當膝關節與豎直軸夾角較小時，機器人采用足式行走方式，當膝關節與豎直軸夾角較大時，小腿抬起，車輪與地面接觸，機器人采用輪式移動方式。

把車輪布置在足端是最常見也是最簡單的輪足式腿結構，但缺點是：(1)車輪需要獨立的驅動器，會導致腿結構質量增大，且機器人整體的驅動器數量有所增加，控制也會更加復雜；(2)機器人的足端是車輪，會導致機器人無法通過足端添加簡單的機械手來實現機器人的操作能力；(3)車輪抱閘異常時，會導致行走中的機器人打滑或者摔倒。

把車輪布置在膝關節也存在一些不足：(1)導致腿結構質量增大，機器人在采用足式移動方式時會加大能耗；(2)在機器人采用輪式移動方式時，小腿需保持一定的位姿，需要額外的位姿保持機構，導致腿結構較復雜，可靠性也會降低。

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種具有輪足變換能力的機器人變形腿，沒有輪子，腿和輪子一體化，不增加腿的重量和復雜程度。

本實用新型的技術方案是：一種具有輪足變換能力的機器人變形腿，包括大腿半環和小腿半環，大腿半環和小腿半環合攏時為圓環，可作為車輪，實現輪式移動；小腿半環與大腿半環呈現一定夾角時，可作為大、小腿，實現足式行走。

進一步地，所述大腿半環的中間設置有大腿橫桿，所述大腿橫桿通過連接件與髖關節驅動軸固定連接，所述髖關節驅動軸帶動大腿半環旋轉，所述小腿半環的一端通過膝關節轉軸與大腿半環的一端鉸接，所述膝關節轉軸與膝關節驅動軸連接，所述膝關節驅動軸帶動所述膝關節轉軸旋轉，進而帶動所述小腿半環旋轉。

進一步地，所述小腿半環的自由端設有凸起部，所述大腿半環的自由端設有凹陷部，當大腿半環和小腿半環合攏時，所述凸起部插入所述凹陷部內，形成圓環。

進一步地，所述膝關節驅動軸與所述膝關節轉軸通過皮帶連接，所述皮帶與所述膝關節驅動軸之間設有帶輪、所述皮帶與所述膝關節轉軸之間也設有帶輪。

進一步地，還包括膝關節驅動電機和髖關節驅動電機，所述膝關節驅動電機的輸出軸與所述膝關節驅動軸相連，所述髖關節驅動電機的輸出軸與所述髖關節驅動軸相連，所述膝關節驅動軸和所述髖關節驅動軸同軸線設置。