專利名稱：變結構腿輪式探測機器人的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種探測機器人，具體涉及一種根據需要可通過機構自由度(關節)的變化，實現功能和結構變化的探測機器人。
背景技術：
探測車必須對復雜地形要有很好的適應性和通過性，即一定的越障能力、避障能力、爬坡越障能力、耐磨損能力和環境適應能力，還要具有穩定高速的行駛能力。現在世界上已經研制出來的探測車車身的形狀在行進的過程中不會根據實際的地形地貌改變，因此在某些地形地貌條件下(如狹窄的環境)，探測車就不能通過，降低了對復雜特殊環境的適應性。目前已經開發的探測車的行駛機構主要有輪式、足式和履帶式。其中大多數的探測車采用輪式結構，如Rocky7火星探測車，Sojourner探測車等，輪式探測車具有機械結構簡單、運動速度快和控制容易的優點，但對復雜地貌的適應能力差；足式步行探測機器人具有很強的地面適應性，非常適合凸凹巖石環境，機動性較好，但是運動速度慢，控制比較復雜；履帶式探測車由于容易被地表的顆粒物磨損，所以比較少應用。
實用新型內容為了克服現有的輪式探測車對復雜地貌適應能力差，現有的足式步行探測機器人運動速度慢、控制比較復雜的不足，本實用新型提供一種變結構腿輪式探測機器人，該探測機器人可根據實際的地形地貌改變結構適應復雜的特殊環境，結合了可變形的車身、足式步行機構、輪式行駛機構的優點，實現優勢互補。
本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案如下
一種變結構腿輪式探測機器人，包括車身及行駛機構，所述的車身包括多根桿，由這些桿依次順序連接組成平行多邊形結構，相鄰桿之間均為活動連接；所述的行駛機構安裝在車身上，該行駛機構為腿輪式的混合行駛機構，包括多個相互獨立的腿輪，每個腿輪設有腿部折疊機構，該腿部折疊機構在腿的折疊處設有可轉動的關節。
所述的車身可包括六根桿，組成可以變形的平行六邊形結構。
可在平行六邊形車身上裝有4個相同且相互獨立的腿輪式的混合的行駛機構，4條腿各具有3個關節，自上而下分別為髖關節、膝關節和踝轉向關節。
所述的腿部折疊機構可為每條腿隨與車身連接的髖關節的轉動，使腿與車身平行并由鎖定機構鎖定在車身上。
當4條腿均伸展開來，按指定的步態，4條腿實現爬行或攀高，成為四足步行探測機器人；當4條腿折疊并鎖定在車身上時，每條腿的足為電機驅動的輪子或履帶，實現行駛，成為輪式探測車。
還可在車身上安裝附屬設施，進行特殊環境下的操作。
本實用新型的有益效果是1、可通過改變車身的形狀和車身的高低來適應復雜特殊環境在探測車行進過程中，會遇到各種復雜特殊的地形地貌，如遇有類似于狹縫的地形時，現有的不可變形的探測車無法通過。而本實用新型的車身為可變形的平行六邊形結構，可以根據地形地貌的需要將車身變寬或變窄，使之能通過狹縫。本實用新型對復雜特殊地形地貌環境有很好的適應性和通過性。本實用新型的車身的高低也可通過腿的折疊或伸展進行調節，當腿全部伸展時，既可作為步行探測機器人，也可在障礙很小或地面稍有不平時，仍然作為輪式探測車，用輪子行駛，使行進速度快。
2、便于運輸和儲存由于運載或儲存探測車的工具受到有效載荷艙幾何尺寸的限制，因此應該盡量在運輸過程中減少探測車的幾何尺寸。本實用新型在運輸探測車的過程中可以將探測車車身變窄，前后的四條腿分別向前、向后展開，使之成為瘦長形，減少體積，便于運輸和存儲。
3、當整個車身展開時，重心到各地面接觸點的距離變大，增加了探測車行駛和行走的穩定性。
4、本實用新型兼有足式步行機構和輪式行駛機構的優點，實現了優勢互補。
當在比較平坦的地面上行進時，將髖關節轉動，使腿折疊并鎖定在車身上，使之作為輪式探測車快速行駛，具有穩定高速的行駛能力。當腿輪結構全部伸展開，就成為足式步行探測機器人，具有比較好的視野，行進過程中，可更好地觀察周圍環境，還可以爬樓梯和攀高，適于穿越崎嶇復雜的區域，機動性較好，在行駛過程中，四條腿之間不會發生行走交叉干涉，而且不會因為車身的變形引起整個探測車的行駛狀態的改變。
5、通過車身的寬窄變化、車身高低的變化以及腿和輪結構的變換，可以有很多變形方式，獲得不同變形構態。
通過車身的伸展、收縮或不變，結合腿向不同方向的折疊，改變自身的構態，以適應實際應用情況。
6、通過安裝各種附加裝置，進行特殊環境下的靈活可靠的操作本實用新型可在車身上安裝各種附加裝置，以在特殊危險的環境下進行靈活可靠的操作，完成探測任務。
圖1是本實用新型變結構腿輪式探測機器人的結構簡圖。
圖2A是本實用新型探測機器人車身和腿全部伸展開的變形簡圖圖2B是本實用新型探測機器人車身全伸展，腿全部內側折疊的變形簡圖圖2C是本實用新型探測機器人車身不變，腿全部內側折疊的變形簡圖圖2D是本實用新型探測機器人車身不變，腿全部向外折疊的變形簡圖圖2E是本實用新型探測機器人車身不變，腿全部向同方向折疊的變形簡圖圖2F是本實用新型探測機器人車身收縮，腿全部沿車身方向展開的變形簡圖圖3A是本實用新型足式探測機器人對角行走步態(一)示意圖圖3B是本實用新型足式探測機器人對角行走步態(二)示意圖圖3C是本實用新型足式探測機器人對角行走步態(三)示意圖圖3D是本實用新型足式探測機器人對角行走步態(四)示意圖圖3E是本實用新型足式探測機器人對角行走步態(五)示意圖圖3F是本實用新型足式探測機器人對角行走步態(六)示意圖圖3G是本實用新型足式探測機器人對角行走步態(七)示意圖圖3H是本實用新型足式探測機器人對角行走步態(八)示意圖圖3I是本實用新型足式探測機器人對角行走步態(九)示意圖圖4A是本實用新型足式步行探測機器人攀高步態(一)示意圖圖4B是本實用新型足式步行探測機器人攀高步態(二)示意圖圖4C是本實用新型足式步行探測機器人攀高步態(三)示意圖圖4D是本實用新型足式步行探測機器人攀高步態(四)示意圖圖4E是本實用新型足式步行探測機器人攀高步態(五)示意圖圖4F是本實用新型足式步行探測機器人攀高步態(六)示意圖圖4G是本實用新型足式步行探測機器人攀高步態(七)示意圖圖4H是本實用新型足式步行探測機器人攀高步態(八)示意圖圖4I是本實用新型足式步行探測機器人攀高步態(九)示意圖圖4J是本實用新型足式步行探測機器人攀高步態(十)示意圖圖4K是本實用新型足式步行探測機器人攀高步態(十一)示意圖圖中，1.腿 2.車身 3.關節 4.桿 5.桿 6.關節 7.桿 8.關節 9.桿 10.關節 11.桿 12.關節 13.桿 14.關節 15.大腿 16.小腿 17.輪 18.踝轉向關節 19.髖關節 20.膝關節具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
圖1所示為本實用新型變結構腿輪式探測機器人的一個實施例，該探測機器人包括車身及行駛機構，本實施例中，車身2為一可以變形的平行六邊形結構，由六根桿組成，相對應的兩對邊的桿相互平行，各桿依次順序通過鉸鏈實現活動連接，使平行六邊形結構可以變寬或變窄。其中桿7和與其對應的桿9長度相等。其余4根桿，即桿4、桿5、桿11、桿13長度相等。通過安裝在關節3和關節12處的電機驅動改變關節處的角度值。關節3、12作為平行六邊形結構實現變形的兩支點，通過改變各桿連接點的角度，控制車身的結構，使車身2變寬或變窄。在車身變形的過程中，控制關節8、10、6、14處的角度相等，并且使關節3、12處的角度變化保持同步。
本實施例的行駛機構是在車身2上裝有4條相同且相互獨立的腿輪式的混合行駛機構，通過腿部折疊機構的伸展或折疊，進行腿式和輪式的轉換，實現變結構。在探測機器人車身2的桿9和桿7的兩端分別對稱地安裝4條腿1，保證4條腿向內折疊成為輪式探測車時不會發生干涉。每條腿的結構相同，都是自上而下由大腿15、小腿16、輪17組成。每條腿各具有三個關節，自上而下分別為車身桿與大腿15之間的髖關節19、大腿15與小腿16之間的膝關節20和小腿16與輪17之間的踝轉向關節18。
當探測機器人的4條腿的腿部結構全部伸展開如圖1所示，就成為四足步行機器人，可按指定步態實現爬行或攀高；當通過腿部的折疊機構，即每條腿1隨與車身連接的髖關節19的轉動，將大腿15折疊起，和車身2所在平面平行，由鎖定機構鎖定在車身2上，小腿16保持和車身2所在平面垂直，每條腿的足為電機驅動的輪子或履帶，實現行駛，成為輪式探測車，可以在平坦的地面上快速行駛。
本實用新型探測機器人通過車身的寬窄變化、車身高低的變化以及腿和輪結構的變換，可以有很多的變形方式，獲得不同的變形構態。如圖2A所示的車身和腿全部伸展開，圖2B所示的車身全伸展，腿全部內側折疊，圖2C所示的車身不變，腿全部內側折疊，圖2D所示的車身不變，腿全部向外折疊，圖2E所示的車身不變，腿全部向同方向折疊，圖2F所示的車身收縮，腿全部沿車身方向展開，主要用于被運輸和儲存。
圖3A至圖3I這九幅圖表示本實用新型探測機器人為足式步行機器人時，該探測機器人采用對角小跑步態的九種行走步態。
圖4A至圖4K這十一幅圖表示本實用新型探測機器人為足式步行機器人的攀高圖。其中圖4A為準備攀高，圖4B至圖4J為該機器人從右前輪—左前輪—右后輪—左后輪逐漸攀上第一級直至圖4K4條腿全部伸展開的完成過程。
本實用新型可在車身2上安裝CCD攝像機及其它傳感器和移動操作臂等附加裝置，使之可在復雜危險的環境下進行靈活可靠的操作，完成探測任務。
權利要求1.一種變結構腿輪式探測機器人，包括車身及行駛機構，其特征在于所述的車身包括多根桿，由這些桿依次順序連接組成平行多邊形結構，相鄰桿之間均為活動連接；所述的行駛機構安裝在車身上，該行駛機構為腿輪式的混合行駛機構，包括多個相互獨立的腿輪，每個腿輪設有腿部折疊機構，該腿部折疊機構在腿的折疊處設有可轉動的關節。
2.根據權利要求1所述的變結構腿輪式探測機器人，其特征在于所述的車身包括六根桿，組成可以變形的平行六邊形結構。
3.根據權利要求2所述的變結構腿輪式探測機器人，其特征在于在所述的平行六邊形結構實現變形的相對應的兩個支點處，各裝有一電機，驅動改變各桿連接點的角度。
4.根據權利要求1所述的變結構腿輪式探測機器人，其特征在于所述的各桿依次順序通過鉸鏈實現活動連接。
5.根據權利要求2所述的變結構腿輪式探測機器人，其特征在于在車身上裝有4個相同且相互獨立的腿輪式的混合行駛機構，4條腿各具有3個關節，自上而下分別為髖關節、膝關節和踝轉向關節。
6.根據權利要求1或5所述的變結構腿輪式探測機器人，其特征在于所述的腿部折疊機構為每條腿隨與車身連接的髖關節的轉動，使腿與車身平行并由鎖定機構鎖定在車身上。
7.根據權利要求6所述的變結構腿輪式探測機器人，其特征在于當4條腿的機構展開，便成為四足步行探測機器人；當鎖定機構鎖定，每條腿的足為電機驅動的輪子或履帶，成為輪式行駛探測車。
專利摘要一種變結構腿輪式探測機器人，采用可變形的平行六邊形的車身，通過電機驅動可使車身變寬或變窄；采用腿輪變換的行駛機構，4條腿可以全部伸展開，成為足式步行探測機器人，4條腿也可以按照一定的方式折疊，變形為輪式探測車。將車身的變形、車身高低的變化以及腿和輪結構的轉化結合起來，可具有多種不同的變形形式。本實用新型結合了可變形及可調節高低的車身、足式步行機構、輪式行駛機構的優點，對復雜特殊環境具有更好的適應性。
文檔編號B25J11/00GK2695188SQ20032012513
公開日2005年4月27日 申請日期2003年12月4日 優先權日2003年12月4日
發明者丁希侖, 田娜, 戴建生 申請人:北京航空航天大學