一种轮径可变的半步态软体机器人小车制造技术

本发明专利技术涉及机器人小车，特指一种轮径可变的半步态软体机器人小车。该机器人在轮脚安装软体材料，通过绕线的方式改变车轮直径；在车架连接上使用软体材料，通过软体材料能够变形的特性，实现机器人运动的柔顺性和通过较高的障碍物。

A wheeled variable half walking robot for soft robots

The invention relates to a robot trolley, in particular to a semi gait robot trolley with variable wheel diameter. The robot installs soft material at the foot of the wheel and changes the diameter of the wheel by winding. Soft material is used in the frame connection to realize the flexibility of the robot movement and pass through higher obstacles through the characteristics that the soft material can be deformed.

【技术实现步骤摘要】
一种轮径可变的半步态软体机器人小车
本专利技术涉及机器人小车的结构设计、转向和柔软体材料的应用控制领域，具体涉及一种通过柔性杆连接和改变轮子直径，实现软体机器人小车的转向和爬过不同高度的障碍。
技术介绍
随着制造与设计技术的发展，越来越多的不同形式的机器人小车得以实现。其中可变直径的车轮和运动的柔顺性是其中较为新兴之处。关于可变直径的车轮，申请号为201110148799.5的中国专利申请公开了一种适用于可变直径半步态的四连杆轮架，通过液压系统控制六个轮脚的伸出或缩回，从而实现轮子的直径变大或变小。但其采用的液压驱动方式，六个轮脚上都要加装相应的液压装置，结构较为复杂，容易产生故障，且体积较大，不适合小型化。关于运动的柔顺性，传统的机器人小车多为刚性结构，运动缺乏柔顺性，不能通过自身结构的弯曲来通过较高的障碍物。
技术实现思路
为解决现有机器人小车的车轮变直径和运动柔顺性问题，本专利技术提供了一种轮直径可变的半步态软体机器人小车，该机器人在轮脚安装软体材料，通过绕线的方式改变车轮直径；在车架连接上使用软体材料，通过软体材料能够变形的特性，实现机器人运动的柔顺性和通过较高的障碍物。一种轮直径可变的半步态软体机器人小车，其特征在于：所述轮直径可变的半步态软体机器人小车包括带支架的空心轮毂、柔性脚、轴承、轴承座、绕线槽、细钢丝绳、空转槽、花键、花键槽、塔形弹簧、端盖、步进电机、推拉式电磁铁、固定架、柔性杆，前部连接件、后部连接件和控制模块。其中轴承1、第一个轴承座、绕线槽以步进电机回转中心线为中心，第一个轴承座套在轴承1上，有轴承1的那一端靠近步进电机，绕线槽用胶粘接在第一个轴承座远离步进电机的那一端上，上述连接结构构成内侧回转部件，将内侧回转部件以轴承1外端面对步进电机前端面的方式固定在步进电机转轴上；四根细钢丝绳一端固定在绕线槽外侧的步进电机转轴上，另一端从绕线槽侧面的四个孔分别引出；将空转槽粘接在绕线槽远离步进电机的那一侧端面上；将花键固定在步进电机转轴上使得花键靠近步进电机那一侧的端面与空转槽远离步进电机那一侧的端面在同一平面上；花键槽、轴承座、轴承以步进电机回转中心线为中心，将花键槽套在花键上，将第二个轴承座不装轴承2的那一面粘接在花键槽远离步进电机的那一侧端面，将轴承2装入第二个轴承座内，上述连接结构构成外侧回转部件，将外侧回转部件安装在步进电机回转轴上，使花键槽装有花键的那一侧端面与空转槽远离步进电机那一侧端面贴合固定；塔形弹簧装在步进电机转轴尾部，端盖固定在步进电机转轴末端；上述连接构成回转部件。所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的车轮由柔性脚按一定角度粘接在带支架的空心轮毂的四个支架末端构成；将上述的回转部件装入到带支架的空心轮毂的空心轴上，使两侧的轴承端面与轮毂端面对齐，并使回转部件与带支架的空心轮毂相固定；将绕线槽引出的四根细钢丝绳分别固定在柔性脚上并靠近柔性脚与带支架的空心轮毂的连接处；上述连接结构构成一个轮径可变的车轮。所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的车架由柔性杆的首尾两端分别粘接在固定架连接杆的中点位置上构成。所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的轮径可变的车轮通过其中的步进电机固定在车架的固定架的槽中，限制其径向自由度；每个步进电机两侧各布置一个推拉式电磁铁，推拉式电磁铁与固定架之间用螺栓固定；步进电机的前后端面分别与推拉式电磁铁的推杆首尾两端固定。按照上述轮径可变的车轮与车架的连接方式，在车架的固定架上对称安装4个轮径可变的车轮。所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的控制模块分布在柔性杆与固定架连接点的两侧。本专利技术的进一步限定技术方法如下：1.前述轴承座、绕线槽、空转槽、花键槽的外径相同，且与带支架的空心轮毂的空心轴之间的连接为过盈配合，使固定能加紧密。2.前述花键与花键槽之间为间隙配合，花键槽边缘做倒圆，使花键更容易进入键槽。3.前述柔性脚顶端的回转半径大于柔性脚与带支架的空心轮毂连接处的回转半径。4.前述步进电机与固定架的连接只限制其径向自由度，连接处光滑，轴向摩擦力小。本专利技术的有益效果是：1.本专利技术轮直径可变的半步态软体机器人小车为四轮独立驱动，可以通过步进电机的转速控制各个轮的转速，转速相同控制直行的快慢，转速不同控制转弯的方向与速度。2.本专利技术轮直径可变的半步态软体机器人小车通过步进电机空转改变车轮直径，从而提高机器人小车钻过低矮空间和越过较高障碍物的能力。3.本专利技术轮直径可变的半步态软体机器人小车柔性脚的设计使机器人小车在运动过程中相对于其他步态机器人更具有柔顺性，向前运动适合平地或者小凹凸不平的地面，向后运动适合凹凸不平或者有台阶的路面。4.本专利技术轮直径可变的半步态软体机器人小车的柔性杆的设计，使得机器人小车在爬越台阶等障碍时柔性杆能够变形让机器人小车的底盘不接触台阶，实现机器人小车的顺利越障。5.本专利技术轮直径可变的半步态软体机器人小车可以通过改变一侧车轮直径，在四轮转速相同的情况下实现转弯。6.本专利技术轮直径可变的半步态软体机器人小车通过控制模块，实现机器人小车的自主路线规划和越障、直行等运动。附图说明图1是本专利技术所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的立体图；图2是本专利技术所述轮直径可变的半步态软体机器人小车结构的俯视图；图3是本专利技术所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的车轮部分的剖视图；图4是本专利技术所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的右视图；图5是本专利技术所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的轴承座结构图；图6是本专利技术所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的绕线槽结构图；图7是本专利技术所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的空转槽零件结构图；图8是本专利技术所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的花键槽零件结构图；图9是本专利技术所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的花键结构图；图10是本专利技术所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的带支架的空心轮毂的结构图；图11是本专利技术所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的步进电机与推拉式电磁铁的前部连接零件结构图；图12是本专利技术所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的步进电机与推拉式电磁铁的后部连接零件结构图。其中：1-带支架的空心轮毂；2-柔性脚；3-推拉式电磁铁；4-步进电机；5-固定架；6-塔形弹簧；7-端盖；8-柔性杆；9-前部连接件；10-后部连接件；11-控制模块；12-轴承；13-轴承座；14-绕线槽；15-空转槽；16-花键；17-花键槽；18-细钢丝绳。具体实施方式为充分说明本专利技术的目的、特征及功能，借由下述具体的实施方式，对本专利技术做详细说明。如图1、图2、图3和图4，本专利技术一种轮直径可变的半步态软体机器人小车，主要包括组成直径可变车轮的带支架的空心轮毂1、柔性脚2、步进电机4、塔形弹簧6、端盖7、轴承12、轴承座13、绕线槽14、空转槽15、花键16和花键槽17、细钢丝绳18，能够改变步进电机4轴向位置的推拉式电磁铁3，将推拉式电磁铁3和步进电机4相固定的前部连接件9、后部连接件10，构成整体结构框架的固定架5和柔性杆8，以及控制机器人小车运动方式的控制模块11。其中四根细钢丝绳18一端固定在步进电机4转轴上，另一端分别从绕线槽14侧面的四个孔引出，并将其固定在柔性脚2上靠近柔性脚2与带支架的空心轮毂1的连接处，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轮直径可变的半步态软体机器人小车，其特征在于：所述小车包括带支架的空心轮毂、柔性脚、轴承、轴承座、绕线槽、细钢丝绳、空转槽、花键、花键槽、塔形弹簧、端盖、步进电机、推拉式电磁铁、固定架、柔性杆，前部连接件、后部连接件和控制模块；其中轴承1、第一个轴承座、绕线槽以步进电机回转中心线为中心，第一个轴承座套在轴承1上，有轴承1的那一端靠近步进电机，绕线槽用胶粘接在第一个轴承座远离步进电机的那一端上，上述连接结构构成内侧回转部件；将内侧回转部件以轴承1外端面对步进电机前端面的方式固定在步进电机转轴上；四根细钢丝绳一端固定在绕线槽外侧的步进电机转轴上，另一端从绕线槽侧面的四个孔分别引出；将空转槽粘接在绕线槽远离步进电机的那一侧端面上；将花键固定在步进电机转轴上使得花键靠近步进电机那一侧的端面与空转槽远离步进电机那一侧的端面在同一平面上；花键槽、轴承座、轴承以步进电机回转中心线为中心，将花键槽套在花键上，将第二个轴承座不装轴承2的那一面粘接在花键槽远离步进电机的那一侧端面，将轴承2装入第二个轴承座内，上述连接结构构成外侧回转部件，将外侧回转部件安装在步进电机回转轴上，使花键槽装有花键的那一侧端面与空转槽远离步进电机那一侧端面贴合固定；塔形弹簧装在步进电机转轴尾部，端盖固定在步进电机转轴末端；上述连接构成回转部件；所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的车轮由柔性脚按一定角度粘接在带支架的空心轮毂的四个支架末端构成；将上述的回转部件装入到带支架的空心轮毂的空心轴上，使两侧的轴承端面与轮毂端面对齐，并使回转部件与带支架的空心轮毂相固定；将绕线槽引出的四根细钢丝绳分别固定在柔性脚上并靠近柔性脚与带支架的空心轮毂的连接处；上述连接结构构成一个轮径可变的车轮；所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的车架由柔性杆的首尾两端分别粘接在固定架连接杆的中点位置上构成；所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的轮径可变的车轮通过其中的步进电机固定在车架的固定架的槽中，限制其径向自由度；每个步进电机两侧各布置一个推拉式电磁铁，推拉式电磁铁与固定架之间用螺栓固定；步进电机的前后端面分别与推拉式电磁铁的推杆首尾两端固定；按照上述轮径可变的车轮与车架的连接方式，在车架的固定架上对称安装4个轮径可变的车轮；所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的控制模块分布在柔性杆与固定架连接点的两侧。...

【技术特征摘要】
1.一种轮直径可变的半步态软体机器人小车，其特征在于：所述小车包括带支架的空心轮毂、柔性脚、轴承、轴承座、绕线槽、细钢丝绳、空转槽、花键、花键槽、塔形弹簧、端盖、步进电机、推拉式电磁铁、固定架、柔性杆，前部连接件、后部连接件和控制模块；其中轴承1、第一个轴承座、绕线槽以步进电机回转中心线为中心，第一个轴承座套在轴承1上，有轴承1的那一端靠近步进电机，绕线槽用胶粘接在第一个轴承座远离步进电机的那一端上，上述连接结构构成内侧回转部件；将内侧回转部件以轴承1外端面对步进电机前端面的方式固定在步进电机转轴上；四根细钢丝绳一端固定在绕线槽外侧的步进电机转轴上，另一端从绕线槽侧面的四个孔分别引出；将空转槽粘接在绕线槽远离步进电机的那一侧端面上；将花键固定在步进电机转轴上使得花键靠近步进电机那一侧的端面与空转槽远离步进电机那一侧的端面在同一平面上；花键槽、轴承座、轴承以步进电机回转中心线为中心，将花键槽套在花键上，将第二个轴承座不装轴承2的那一面粘接在花键槽远离步进电机的那一侧端面，将轴承2装入第二个轴承座内，上述连接结构构成外侧回转部件，将外侧回转部件安装在步进电机回转轴上，使花键槽装有花键的那一侧端面与空转槽远离步进电机那一侧端面贴合固定；塔形弹簧装在步进电机转轴尾部，端盖固定在步进电机转轴末端；上述连接构成回转部件；所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的车轮由柔性脚按一定角度粘接在带支架的空心轮毂的四个支架末端构成；将上述的回转部件装入到带支架的空心轮毂的空心轴上，使两侧的轴承端面与轮毂端面对齐，并使回转部件与带支架的空心轮毂相固定；将绕线槽引出的四根细钢丝绳分别固定在柔性脚上并靠近柔性脚与带支架的空心轮毂的连接处；上述连接结构构成一个轮径可变的车轮；所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的车架由柔性杆的首尾两端分别粘接在固定架连接杆的中点位置上构成；所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的轮径可变的车轮通过其中的步进电机固定在车架的固定架的槽中，限制其径向自由度；每个步进电机两侧各布置一个推拉式电磁铁，推拉式电磁铁与固定架之间用螺栓固定；步进电机的前后端面分别与推拉式电磁铁的推杆首尾两端固定；按照上述轮径可变的车轮与车架的连接方式，在车架的固定架上对称安装4个轮径可变的车轮；所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的控制模块分布在柔性杆与固定架连接点的两侧。2.如权利要求1所述的一种轮直径可变的半步态软体机器人小车，其特征在于：所述轴承座、绕线槽、空转槽、花键槽的外径相同...

【专利技术属性】
技术研发人员：张忠强，张福建，丁建宁，戴启明，程广贵，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32