輪式、足式和輪足復合式行走為一體的機器人步行腿機構的制作方法
【專利摘要】輪式、足式和輪足復合式行走為一體的機器人步行腿機構，它涉及一種機器人步行腿機構。本發明為了解決現有的輪腿式機構的足式行走部分存在無法應用于混合地形條件下運行的足式機器人和地面車輛上的問題。本發明包括前擺桿組件、側擺桿組件、車輪軸(8)、車輪(18)和連接桿(2)，連接桿(2)豎直設置，前擺桿組件安裝在連接桿(2)的上部，側擺桿組件的一端安裝在連接桿(2)的下部，且側擺桿組件垂直于前擺桿組件設置，車輪軸(8)與側擺桿組件的另一端連接，車輪(18)可轉動套裝在車輪軸(8)上。本發明用于機器人上。
【專利說明】輪式、足式和輪足復合式行走為一體的機器人步行腿機構
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種四自由度平面連桿式機器人步行腿機構，具體涉及一種集輪式、足式和輪足復合式行走功能為一體的機器人步行腿機構。
【背景技術】
[0002]步行腿是足式行走機器人的重要的組成部分，步行腿的性能直接關系到機器人的行走速度、效率、越障能力、過溝能力和地形適應能力。相對于輪式機器人來說，足式機器人具有行走速度慢、驅動效率低等缺點，能量利用效率已經成為限制足式機器人有效載荷自重比的最重要因素；但同時足式移動也有越障能力強，移動方向可全方位調整，地形適應能力強，運動靈活性好的優點。
[0003]現有的輪腿式機構的足式行走部分主要分為兩類:一類是單自由度的擺動機構，并不能實現真正的足式行走；另一類是多自由度開鏈結構，各關節耦合性強，控制復雜。因此，現有的輪腿式機構的足式行走部分存在無法應用于混合地形條件下運行的足式機器人和地面車輛上的問題。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是為了解決現有的輪腿式機構的足式行走部分存在無法應用于混合地形條件下運行的足式機器人和地面車輛上的問題。進而提供一種輪式、足式和輪足復合式行走為一體的機器人步行腿機構。
[0005]本發明的技術方案是:輪式、足式和輪足復合式行走為一體的機器人步行腿機構，它包括前擺桿組件、側擺桿組件、車輪軸、車輪和連接桿，連接桿豎直設置，前擺桿組件安裝在連接桿的上部，側擺桿組件的一端安裝在連接桿的下部，且側擺桿組件垂直于前擺桿組件設置，車輪軸與側擺桿組件的另一端連接，車輪可轉動套裝在車輪軸上，
[0006]所述前擺桿組件包括前擺第一連桿、前擺第三連桿、前擺第一鉸鏈、前擺第二鉸鏈、前擺第三鉸鏈和前擺第四鉸鏈，前擺第一連桿的一端和前擺第三連桿的一端平行設置且分別通過前擺第一鉸鏈和前擺第四鉸鏈與車體連接，前擺第一連桿的另一端和前擺第三連桿的另一端分別通過前擺第二鉸鏈和前擺第三鉸鏈與連接桿的上部連接，
[0007]所述側擺桿組件包括側擺第一連桿、側擺第二連桿、側擺第三連桿、側擺第四連桿、側擺第一鉸鏈、側擺第二鉸鏈、側擺第三鉸鏈、側擺第四鉸鏈和側擺移動副，側擺第一連桿的一端通過側擺第一鉸鏈與連接桿的下部連接，側擺第一連桿的另一端和側擺第二連桿的一端之間通過側擺移動副連接，側擺第二連桿的另一端通過側擺第二鉸鏈與側擺第三連桿的一端連接，側擺第三連桿平行于連接桿，側擺第三連桿的另一端與側擺第四連桿的一端之間通過側擺第三鉸鏈連接，側擺第四連桿的另一端通過側擺第四鉸鏈與連接桿的下端連接，車輪軸水平鉸接在側擺第三連桿上。
[0008]本發明與現有技術相比具有以下效果:
[0009]1.本發明是一種集輪式行走、足式行走以及輪足復合式行走為一體的機器人步行腿機構，上述三種功能是這樣實現的:
[0010](I)輪式行走:控制鎖死前擺第一鉸鏈、側擺第四鉸鏈和側擺移動副，使各桿間不存在相對運動，此時，通過車輪繞車輪軸的轉動實現前進。
[0011](2)足式行走:通過機器人上的電機或液壓驅動前擺第三連桿繞前擺第一鉸鏈轉動，進而帶動前擺桿組件運動來實現車輪的前后或上下擺動，由于連接桿、前擺第三連桿、前擺第一鉸鏈和機架構成一個平行四桿機構，所以能夠保證當前擺第三連桿繞前擺第一鉸鏈轉動時，連接桿能夠始終與車體的機架保持平行，即側擺桿組件所在平面始終與車體的機架平面垂直，實現了車輪前擺和側擺的解耦，降低了控制難度；通過機器人上的電機或液壓驅動側擺第四連桿繞側擺第四鉸鏈的轉動帶動側擺桿組來實現車輪的左右或上下擺動，通過液壓缸或電機實現側擺移動副的移動，實現調整車輪的傾斜角度，保證在崎嶇路面下行走時，車輪能夠時刻保持與地面垂直，增大輪地接觸面積，提高機體穩定性；同時通過機器人上的電機或液壓驅動前擺第三連桿和前擺第一鉸鏈，能夠使車輪在其工作空間內沿指定的軌跡運行，以實現足式行走。
[0012](3)輪足復合式行走:在車輪繞車輪軸轉動使機器人向前運動時，通過機器人上的電機或液壓驅動前擺第三連桿繞前擺第一鉸鏈轉動和第四連桿繞側擺第四鉸鏈的轉動帶動側擺桿組來實現車輪位置和高度的調整以主動適應崎嶇地形以保持機體運行平穩或躲避簡單障礙。
[0013]因此，當本發明行走在地形相對較為平坦時，可采用輪式行走，本發明中提高行進速度了驅動效率；地形較為崎嶇時，可采用足式或輪足復合式行走，增強對地形的適應性，也就是說本發明的前擺桿組件和側擺桿組件即能夠單獨運動以調整車身的高度或車輪的支撐位置，也能夠聯動實現復雜的運動，并通過調整車輪在豎直方向的傾角，以適應各種地形結構。進而有效的解決了現有的輪腿式機構的足式行走部分存在無法應用于混合地形條件下運行的足式機器人和地面車輛上的問題。
[0014]2.本發明結構簡單、控制靈活。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是本發明的主視圖；圖2是圖1的側視圖。
【具體實施方式】
[0016]【具體實施方式】一:結合圖1-圖2說明本實施方式，本實施方式的輪式、足式和輪足復合式行走為一體的機器人步行腿機構包括前擺桿組件、側擺桿組件、車輪軸8、車輪18和連接桿2，連接桿2豎直設置，前擺桿組件安裝在連接桿2的上部，側擺桿組件的一端安裝在連接桿2的下部，且側擺桿組件垂直于前擺桿組件設置，車輪軸8與側擺桿組件的另一端連接，車輪18可轉動套裝在車輪軸8上，
[0017]所述前擺桿組件包括前擺第一連桿1、前擺第三連桿3、前擺第一鉸鏈4、前擺第二鉸鏈5、前擺第三鉸鏈6和前擺第四鉸鏈7，前擺第一連桿I的一端和前擺第三連桿3的一端平行設置且分別通過前擺第一鉸鏈4和前擺第四鉸鏈7與車體連接，前擺第一連桿I的另一端和前擺第三連桿3的另一端分別通過前擺第二鉸鏈5和前擺第三鉸鏈6與連接桿2的上部連接，[0018]所述側擺桿組件包括側擺第一連桿9、側擺第二連桿10、側擺第三連桿11、側擺第四連桿12、側擺第一鉸鏈13、側擺第二鉸鏈14、側擺第三鉸鏈15、側擺第四鉸鏈16和側擺移動副17，側擺第一連桿9的一端通過側擺第一鉸鏈13與連接桿2的下部連接，側擺第一連桿9的另一端和側擺第二連桿10的一端之間通過側擺移動副17連接，側擺第二連桿10的另一端通過側擺第二鉸鏈14與側擺第三連桿11的一端連接，側擺第三連桿11平行于連接桿2，側擺第三連桿11的另一端與側擺第四連桿12的一端之間通過側擺第三鉸鏈15連接，側擺第四連桿12的另一端通過側擺第四鉸鏈16與連接桿2的下端連接，車輪軸8水平鉸接在側擺第三連桿11上。
[0019]【具體實施方式】二:結合圖1-圖2說明本實施方式，本實施方式的前擺第一連桿I和前擺第三連桿3的長度相等，前擺第一鉸鏈4、前擺第二鉸鏈5、前擺第三鉸鏈6和前擺第四鉸鏈7的軸線相互平行，前擺第一連桿1、連接桿2的上部、前擺第三連桿3、車體、前擺第一鉸鏈4、前擺第二鉸鏈5、前擺第三鉸鏈6和前擺第四鉸鏈7構成一個平行四桿機構。如此設置，便于通過機器人上的電機或液壓驅動前擺第一鉸鏈4或前擺第四鉸鏈7實現本發明前后方向的主動擺動。其它組成和連接關系與【具體實施方式】一相同。
[0020]【具體實施方式】三:結合圖1-圖2說明本實施方式，本實施方式的側擺第一鉸鏈13和側擺第四鉸鏈16之間的距離與側擺第二鉸鏈14和側擺第三鉸鏈15之間的距離相等，側擺第一鉸鏈13、側擺第二鉸鏈14、側擺第三鉸鏈15和側擺第四鉸鏈16的軸線相互平行并與前擺第一鉸鏈4的軸線相垂直，連接桿2的下部、側擺第一連桿9、側擺第二連桿10、側擺第三連桿11、側擺第四連桿12、側擺第一鉸鏈13、側擺第二鉸鏈14、側擺第三鉸鏈15和側擺第四鉸鏈16構成一個平面四桿機構。如此設置，便于通過機器人上的電機或液壓驅動側擺第一鉸鏈13或側擺第四鉸鏈16，來實現本發明側向的主動擺動。其它組成和連接關系與【具體實施方式】一或二相同。
[0021]【具體實施方式】四:結合圖1-圖2說明本實施方式，本實施方式的側擺第一鉸鏈13和側擺第四鉸鏈16之間的距離與側擺第二鉸鏈14和側擺第三鉸鏈15之間的距離相等，且側擺第一鉸鏈13和側擺第二鉸鏈14之間的距離與側擺第二鉸鏈14和側擺第三鉸鏈15之間的距離相等，側擺第一鉸鏈13、側擺第二鉸鏈14、側擺第三鉸鏈15和側擺第四鉸鏈16的軸線相互平行并與前擺第一鉸鏈4的軸線相垂直，連接桿2的下部、側擺第一連桿9、側擺第二連桿10、側擺第三連桿11、側擺第四連桿12、側擺第一鉸鏈13、側擺第二鉸鏈14、側擺第三鉸鏈15和側擺第四鉸鏈16構成一個平行四桿機構。如此設置，便于通過機器人上的電機或液壓驅動側擺第一鉸鏈13或側擺第四鉸鏈16，來實現本發明側向的主動擺動。其它組成和連接關系與【具體實施方式】一或二相同。
[0022]雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發明的，本領域技術人員還可以在本發明精神內做其他變化，以及應用到本發明未提及的領域中，當然，這些依據本發明精神所做的變化都應包含在本發明所要求保護的范圍內。
【權利要求】
1.一種輪式、足式和輪足復合式行走為一體的機器人步行腿機構，其特征在于:它包括前擺桿組件、側擺桿組件、車輪軸(8)、車輪(18)和連接桿(2)，連接桿(2)豎直設置，前擺桿組件安裝在連接桿(2)的上部，側擺桿組件的一端安裝在連接桿(2)的下部，且側擺桿組件垂直于前擺桿組件設置，車輪軸(8)與側擺桿組件的另一端連接，車輪(18)可轉動套裝在車輪軸(8)上， 所述前擺桿組件包括前擺第一連桿(I)、前擺第三連桿(3)、前擺第一鉸鏈(4)、前擺第二鉸鏈(5)、前擺第三鉸鏈(6)和前擺第四鉸鏈(7)，前擺第一連桿(I)的一端和前擺第三連桿(3)的一端平行設置且分別通過前擺第一鉸鏈(4)和前擺第四鉸鏈(7)與車體連接，前擺第一連桿(I)的另一端和前擺第三連桿(3)的另一端分別通過前擺第二鉸鏈(5)和前擺第三鉸鏈(6)與連接桿(2)的上部連接， 所述側擺桿組件包括側擺第一連桿(9)、側擺第二連桿(10)、側擺第三連桿(11)、側擺第四連桿(12)、側擺第一鉸鏈(13)、側擺第二鉸鏈(14)、側擺第三鉸鏈(15)、側擺第四鉸鏈(16)和側擺移動副(17)，側擺第一連桿(9)的一端通過側擺第一鉸鏈(13)與連接桿(2)的下部連接，側擺第一連桿(9)的另一端和側擺第二連桿(10)的一端之間通過側擺移動副(17)連接，側擺第二連桿(10)的另一端通過側擺第二鉸鏈(14)與側擺第三連桿(11)的一端連接，側擺第三連桿(11)平行于連接桿(2)，側擺第三連桿(11)的另一端與側擺第四連桿(12)的一端之間通過側擺第三鉸鏈(15)連接，側擺第四連桿(12)的另一端通過側擺第四鉸鏈(16)與連接桿⑵的下端連接，車輪軸⑶水平鉸接在側擺第三連桿(11)上。
2.根據權利要求1所述的輪式、足式和輪足復合式行走為一體的機器人步行腿機構，其特征在于:前擺第一連桿(I)和前擺第三連桿(3)的長度相等，前擺第一鉸鏈(4)、前擺第二鉸鏈(5)、前擺第三鉸鏈(6)和前擺第四鉸鏈(7)的軸線相互平行，前擺第一連桿(I)、連接桿(2)的上部、前擺第三連桿(3)、車體、前擺第一鉸鏈(4)、前擺第二鉸鏈(5)、前擺第三鉸鏈(6)和前擺第四鉸鏈(7)構成一個平行四桿機構。
3.根據權利要求1或2所述的輪式、足式和輪足復合式行走為一體的機器人步行腿機構，其特征在于:側擺第一鉸鏈(13)和側擺第四鉸鏈(16)之間的距離與側擺第二鉸鏈(14)和側擺第三鉸鏈(15)之間的距離相等，側擺第一鉸鏈(13)、側擺第二鉸鏈(14)、側擺第三鉸鏈(15)和側擺第四鉸鏈(16)的軸線相互平行并與前擺第一鉸鏈(4)的軸線相垂直，連接桿(2)的下部、側擺第一連桿(9)、側擺第二連桿(10)、側擺第三連桿(11)、側擺第四連桿(12)、側擺第一鉸鏈(13)、側擺第二鉸鏈(14)、側擺第三鉸鏈(15)和側擺第四鉸鏈(16)構成一個平面四桿機構。
4.根據權利要求1或2所述的輪式、足式和輪足復合式行走為一體的機器人步行腿機構，其特征在于:側擺第一鉸鏈(13)和側擺第四鉸鏈(16)之間的距離與側擺第二鉸鏈(14)和側擺第三鉸鏈(15)之間的距離相等，且側擺第一鉸鏈(13)和側擺第二鉸鏈(14)之間的距離與側擺第二鉸鏈(14)和側擺第三鉸鏈(15)之間的距離相等，側擺第一鉸鏈(13)、側擺第二鉸鏈(14)、側擺第三鉸鏈(15)和側擺第四鉸鏈(16)的軸線相互平行并與前擺第一鉸鏈(4)的軸線相垂直，連接桿(2)的下部、側擺第一連桿(9)、側擺第二連桿(10)、側擺第三連桿(11)、側擺第四連桿(12)、側擺第一鉸鏈(13)、側擺第二鉸鏈(14)、側擺第三鉸鏈(15)和側擺第四鉸鏈(16)構成一個平行四桿機構。
【文檔編號】B62D57/028GK104015833SQ201410283264
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月23日 優先權日:2014年6月23日
【發明者】高海波, 丁亮, 金馬, 鄧宗全, 于海濤, 劉振, 劉逸群 申請人:哈爾濱工業大學