一种多功能腿轮复合移动机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种多功能腿轮复合移动机器人，其包括有结构相同的六条腿组件和一个躯干组件。每个腿组件具有腰、髋和膝关节，每个关节使用舵机固定框实现舵机安装，且完成大腿与小腿转动连接。采用三轮轮行且将该结构布置于躯干组件的底部，并由躯干周边均布的六条结构相同的步行腿构成机器人的步行结构。本发明专利技术设计的机器人不仅能够独立实现六腿的腿式运动和三轮的轮式运动，而且还能够实现轮腿互帮的运动形式。可实现轮子滑下坡、腿拉轮子爬坡；可同时实现多腿的操作，包括加持操作、搬运操作等。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能腿轮复合移动机器人
本专利技术涉及一种移动机器人，更特别地说，是指一种多功能腿轮复合移动机器人。
技术介绍
移动机器人所采用的运动方式主要包括轮式、履带式、足式和混合式等运动形式。对于轮式机器人，自车轮问世以来，它在坚硬平地上运动是十分可靠的。但是在不平地面上行驶时，轮式机器人的能耗将大大增加，而在松软地面或严重崎岖不平的地形上，车轮的作用也将严重丧失，移动效率大大的降低。履带式机器人使车身载荷分布在一块较大的面积上，相当于一种为轮子铺路的装置，并且可产生较大的推进力，可在松软地面上行走，而不至于陷入其中，但履带式机器人在不平地面上的机动性仍然很差，而且机器人机身晃动严重。相对于轮式、履带式等类型的地面移动机器人，多足步行机器人具有诸多优点。首先，该类机器人在运动时仅需要一些离散的点来供其落足，从而成功通过崎岖、松散或泥泞的地面。其次，该类机器人可以通过调节自身重心而避免颠覆，具有更高的稳定性。多足步行机器人在环境适应性和运动灵活性方面更具有优势，也因其在复杂地表上更强的行走能力而受到广泛重视。随着计算机控制技术的进步，多足步行机器人技术更是快速发展，多足步行机器人已在军事国防、生物医学、航空航天、工业农业等领域有了广泛的应用。现有混合式机器人的腿结构主要是轮子安装在小腿上或者腿的末端。轮子安装在小腿上的结构，轮子的动力驱动也将安装在小腿上，使小腿结构复杂，增加了整个小腿的重量，同时增大了小腿在摆动时的惯性，不利于机器人运动时的动态稳定；其轮腿的切换是由控制腿部关节分步实现，切换过程复杂且速度慢。轮子安装在腿的末端，机器人在腿式行走过程中，由轮子充当机器人的足，将轮子安装在腿的末端，腿的质量往腿的末端偏移，使腿部摆动惯量增大，不利于机器人的动态稳定行走；机器人在抬腿和落腿的过程中，轮子和地面发生冲击碰撞，容易使轮毂在循环冲击中变形，且轮子与地面的摩擦，致使轮子外缘磨损大。因此，现有的将轮安装在小腿上或者腿的末端，存在如下问题:1、增加腿结构设计难度；2、轮子和相应的驱动、减速器使整个腿的质量增加，也增加了腿摆动时的惯量，不利于机器人的动态稳定行走；3、轮子在小腿上的结构存在轮式运动和腿式运动的切换过程复杂，切换速度慢的问题；4、轮子在腿的末端，存在轮毂在循环冲击下变形、因此与地面摩擦造成轮外缘磨损等问题。
技术实现思路
为了解决混合式移动机器人存在的腿部结构设计复杂、腿部重量大和运动惯量大、动态稳定性差、轮腿切换复杂、轮毂变形和轮外缘磨损等问题，本专利技术设计了一种新型的多功能腿轮复合移动机器人。本专利技术采用三轮轮行的结构，且将该结构布置于机器人躯干本体上，并由躯干本体周边均布的六条具有相同结构的步行腿构成机器人的步行结构。本专利技术设计的一种多功能腿轮复合移动机器人，该腿轮复合移动机器人包括有结构相同的六条腿组件和一个躯干组件7 ;所述六条腿组件是指第一条腿组件1、第二条腿组件2、第三条腿组件3、第四条腿组件4、第五条腿组件5和第六条腿组件6。躯干组件7的四周连接所述的六条腿组件，每条腿上安装有三个舵机，且具有三个关节(腰关节、髋关节和膝关节)，利用舵机框架、大腿板和小腿板的连接，结构设计紧凑。本专利技术设计的每条腿的末端为弹性支撑，不为轮式结构，能够减少与地面的摩擦且控制简单。躯干组件7的底部设计轮式结构，能够保持承载在躯干组件7上物体的平衡，且减轻了腿部重量。本专利技术设计的多功能腿轮复合移动机器人的优点在于:a.本专利技术采用三轮轮行的方式，方向控制简单，结构简单紧凑，轮行效率高。b.本专利技术采用轻质快速的舵机安装结构在各个腿上，实现了腿关节的模块化。c.轮子布置在本体上而不是在每条腿上，减轻了腿的质量及惯性，简化了腿的结构，提高了腿运动效率和稳定性。将轮子布置在机器人的躯干本体下方，使机器人重心集中稳定，提高机器人的运动稳定性。d.本专利技术不仅能够独立实现六腿的腿式运动和三轮的轮式运动，而且还能够实现轮腿互帮的运动形式。可实现轮子滑下坡、腿拉轮子爬坡；可同时实现多腿的操作，包括加持操作、搬运操作等。【附图说明】图1是本专利技术多功能腿轮复合移动机器人的立体结构图。图1A是本专利技术多功能腿轮复合移动机器人的仰视角度的结构图。图1B是本专利技术多功能腿轮复合移动机器人的正视角度的结构图。图1C是本专利技术多功能腿轮复合移动机器人的轮式工作模式的伸展结构图。图1D是本专利技术多功能腿轮复合移动机器人的轮式工作模式的收缩结构图。图2是本专利技术多功能腿轮复合移动机器人的躯干组件的结构图。图2A是本专利技术多功能腿轮复合移动机器人的躯干组件中下支撑板与轮子的装配结构图。图2B是本专利技术多功能腿轮复合移动机器人的躯干组件中轮子与躯干传动组件的装配结构图。图2C是本专利技术多功能腿轮复合移动机器人的躯干组件中上支撑板的结构图。图2D是本专利技术多功能腿轮复合移动机器人的躯干组件中下支撑板的结构图。图2E是本专利技术多功能腿轮复合移动机器人的躯干组件中第二支架的结构图。图2F是本专利技术多功能腿轮复合移动机器人的躯干组件中方向导向组件的分解图。图2G是本专利技术多功能腿轮复合移动机器人的躯干组件中躯干传动组件的分解图。图3是本专利技术多功能腿轮复合移动机器人的第一条腿组件的结构图。图3A是本专利技术多功能腿轮复合移动机器人的第一条腿组件的另一视角结构图。图3B是本专利技术多功能腿轮复合移动机器人的第一条腿组件的分解图。图4是本专利技术多功能腿轮复合移动机器人的第二条腿组件的分解图。图5是本专利技术多功能腿轮复合移动机器人的第三条腿组件的分解图。图6是本专利技术多功能腿轮复合移动机器人的第四条腿组件的分解图。图7是本专利技术多功能腿轮复合移动机器人的第五条腿组件的分解图。图8是本专利技术多功能腿轮复合移动机器人的第六条腿组件的分解图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多功能腿轮复合移动机器人，其特征在于：该腿轮复合移动机器人包括有结构相同的六条腿组件和一个躯干组件(7)；所述六条腿组件是指第一条腿组件(1)、第二条腿组件(2)、第三条腿组件(3)、第四条腿组件(4)、第五条腿组件(5)和第六条腿组件(6)；躯干组件(7)包括有上支撑板(7A)、下支撑板(7B)、方向导向组件(7C)、躯干传动组件(7D)、第一支架(71)、第二支架(72)、第三支架(73)、前轮子(74)、左轮子(75)和右轮子(76)；第一支架(71)的一端安装在下支撑板(7B)上，第一支架(7L)的另一端与躯干舵机(7C6)的壳体固定安装；第一支架(71)用于支撑并固定躯干舵机(7C6)；第二支架(72)上设有AA轴承腔(721)，该AA轴承腔(721)用于安装AA轴承(7C1)，第二支架(72)的两端安装在下支撑板(7B)的前轮通孔(7B7)处；第三支架(73)的一端安装在下支撑板(7B)上，第三支架(73)的另一端与躯干电机(7D1)的壳体固定安装；第三支架(73)用于支撑并固定躯干电机(7D1)；前轮子(74)安装在方向导向组件(7C)中的前轮支撑轴(7C5)上；左轮子(75)和右轮子(76)安装在躯干传动组件(7D)中的后轮支撑轴(7D7)的两端；上支撑板(7A)上设有AA连接头(7A1)、AB连接头(7A2)、AC连接头(7A3)、AD连接头(7A4)、AE连接头(7A5)、AF连接头(7A6)和多个减重孔(7A7)；下支撑板(7B)上设有BA连接头(7B1)、BB连接头(7B2)、BC连接头(7B3)、BD连接头(7B4)、BE连接头(7B5)、BF连接头(7B6)、前轮通孔(7B7)、左轮通孔(7B8)、右轮通孔(7B9)和同步带通孔(7B10)；前轮通孔(7B7)用于前轮支架(7C7)穿过；左轮通孔(7B8)用于左轮子(75)穿过；右轮通孔(7B9)用于右轮子(76)穿过；同步带通孔(7B10)用于同步带(7D4)通过；第一条腿组件(1)的AA舵机支架(1A)的AA舵机固定框(1A6)及AB舵机固定框(1A7)通过螺钉固定在AA连接头(7A1)与BA连接头(7B1)之间；第二条腿组件(2)的BA舵机支架(2A)的BA舵机固定框(2A6)及BB舵机固定框(2A7)通过螺钉固定在AB连接头(7A2)与BB连接头(7B2)之间；第三条腿组件(3)的CA舵机支架(3A)的CA舵机固定框(3A6)及CB舵机固定框(3A7)过螺钉固定在AC连接头(7A3)与BC连接头(7B3)之间；第四条腿组件(4)的DA舵机支架(4A)的DA舵机固定框(4A6)及DB舵机固定框(4A7)通过螺钉固定在AD连接头(7A4)与BD连接头(7B4)之间；第五条腿组件(5)的EA舵机支架(5A)的EA舵机固定框(5A6)及EB舵机固定框(5A7)通过螺钉固定在AE连接头(7A5)与BE连接头(7B5)之间；第六条腿组件(6)的FA舵机支架(6A)的FA舵机固定框(6A6)及FB舵机固定框(6A7)通过螺钉固定在AF连接头(7A6)与BF连接头(7B6)之间；方向导向组件(7C)包括有AA轴承(7C1)、AB轴承(7C3)、AC轴承(7C4)、前轮支撑轴(7C5)、前轮子(7C6)和前轮支架(7C7)；前轮支架(7C7)上设有A侧臂板(7C71)、B侧臂板(7C72)、支架转轴(7C73)；该支架转轴(7C73)与躯干舵机(7F)的躯干舵机(7C6)的舵机轴连接；A侧臂板(7C71)的下端设有A开口通孔(7C74)，该A开口通孔(7C74)用于安装前轮支撑轴(7C5)的一端；B侧臂板(7C72)的下端设有B开口通孔(7C75)，该B开口通孔(7C75)用于安装前轮支撑轴(7C5)的另一端；前轮子(7C6)的一端设有用于安装AB轴承(7C3)的轴承腔(7C61)，前轮子(7C6)的另一端设有用于安装AC轴承(7C4)的轴承腔；AA轴承(7C1)安装在第二支架(7M)的AA轴承腔(7M1)中，并通过卡圈(7C2)卡紧；AB轴承(7C3)与AC轴承(7C4)安装在前轮支撑轴(7C5)上，且AB轴承(7C3)与AC轴承(7C4)的轴承内圈与前轮支撑轴(7C5)固定，在前轮子(74)运动的条件下，前轮支撑轴(7C5)相对前轮子(74)是不动的；在躯干舵机(7C6)输出的转向条件下，通过前轮支架(7C7)将该转向传输到前轮子(74)上，使得前轮子(74)运动；躯干传动组件(7D)包括有躯干电机(7D1)、主动同步带轮(7D2)、从动同步带轮(7D3)、同步带(7D4)、AA轴承座(7D5)、AB轴承座(7D6)、后轮支撑轴(7D7)、AD轴承(7D8)和AE轴承(7D9)；AA轴承座(7D5)与AB轴承座(7D6)的结构相同；AA轴承座(7D5)...

【技术特征摘要】
1.一种多功能腿轮复合移动机器人,其特征在于:该腿轮复合移动机器人包括有结构相同的六条腿组件和一个躯干组件(7);所述六条腿组件是指第一条腿组件(I)、第二条腿组件(2)、第三条腿组件(3)、第四条腿组件(4)、第五条腿组件(5)和第六条腿组件(6)；躯干组件(7)包括有上支撑板(7A)、下支撑板(7B)、方向导向组件(7C)、躯干传动组件(7D)、第一支架(71)、第二支架(72)、第三支架(73)、前轮子(74)、左轮子(75)和右轮子(76)； 第一支架(71)的一端安装在下支撑板(7B)上，第一支架(7L)的另一端与躯干舵机(7C6)的壳体固定安装；第一支架(71)用于支撑并固定躯干舵机(7C6)； 第二支架(72)上设有AA轴承腔(721)，该AA轴承腔(721)用于安装AA轴承(7C1)，第二支架(72)的两端安装在下支撑板(7B)的前轮通孔(7B7)处； 第三支架(73)的一端安装在下支撑板(7B)上，第三支架(73)的另一端与躯干电机(7D1)的壳体固定安装；第三支架(73)用于支撑并固定躯干电机(7D1);前轮子(74)安装在方向导向组件(7C)中的前轮支撑轴(7C5)上；左轮子(75)和右轮子(76)安装在躯干传动组件(7D)中的后轮支撑轴(7D7)的两端； 上支撑板(7A)上设有AA连接头(7A1)、AB连接头(7A2)、AC连接头(7A3)、AD连接头(7A4)、AE连接头(7A5)、AF连接头(7A6)和多个减重孔(7A7)； 下支撑板(7B)上设有BA 连接头(7B1)、BB连接头(7B2)、BC连接头(7B3)、BD连接头(7B4)、BE连接头(7B5)、BF连接头(7B6)、前轮通孔(7B7)、左轮通孔(7B8)、右轮通孔(7B9)和同步带通孔(7B10)； 前轮通孔(7B7)用于前轮 支架(7C7)穿过； 左轮通孔(7B8)用于左轮子(75)穿过； 右轮通孔(7B9)用于右轮子(76)穿过； 同步带通孔(7B10)用于同步带(7D4)通过； 第一条腿组件⑴的AA舵机支架(IA)的AA舵机固定框(1A6)及AB舵机固定框(1A7)通过螺钉固定在AA连接头(7A1)与BA连接头(7B1)之间； 第二条腿组件(2)的BA舵机支架(2A)的BA舵机固定框(2A6)及BB舵机固定框(2A7)通过螺钉固定在AB连接头(7A2)与BB连接头(7B2)之间； 第三条腿组件(3)的CA舵机支架(3A)的CA舵机固定框(3A6)及CB舵机固定框(3A7)过螺钉固定在AC连接头(7A3)与BC连接头(7B3)之间； 第四条腿组件(4)的DA舵机支架(4A)的DA舵机固定框(4A6)及DB舵机固定框(4A7)通过螺钉固定在AD连接头(7A4)与BD连接头(7B4)之间； 第五条腿组件(5)的EA舵机支架(5A)的EA舵机固定框(5A6)及EB舵机固定框(5A7)通过螺钉固定在AE连接头(7A5)与BE连接头(7B5)之间； 第六条腿组件(6)的FA舵机支架(6A)的FA舵机固定框(6A6)及FB舵机固定框(6A7)通过螺钉固定在AF连接头(7A6)与BF连接头(7B6)之间； 方向导向组件(7C)包括有AA轴承(7C1)、AB轴承(7C3)、AC轴承(7C4)、前轮支撑轴(7C5)、前轮子(7C6)和前轮支架(7C7)； 前轮支架(7C7)上设有A侧臂板(7C71)、B侧臂板(7C72)、支架转轴(7C73);该支架转轴(7C73)与躯干舵机(7F)的躯干舵机(7C6)的舵机轴连接；A侧臂板(7C71)的下端设有A开口通孔(7C74)，该A开口通孔(7C74)用于安装前轮支撑轴(7C5)的一端；B侧臂板(7C72)的下端设有B开口通孔(7C75)，该B开口通孔(7C75)用于安装前轮支撑轴(7C5)的另一端；前轮子(7C6)的一端设有用于安装AB轴承(7C3)的轴承腔(7C61)，前轮子(7C6)的另一端设有用于安装AC轴承(7C4)的轴承腔;AA轴承(7C1)安装在第二支架(7M)的AA轴承腔(7M1)中，并通过卡圈(7C2)卡紧；AB轴承(7C3)与AC轴承(7C4)安装在前轮支撑轴(7C5)上，且AB轴承(7C3)与AC轴承(7C4)的轴承内圈与前轮支撑轴(7C5)固定，在前轮子(74)运动的条件下，前轮支撑轴(7C5)相对前轮子(74)是不动的；在躯干舵机(7C6)输出的转向条件下，通过前轮支架(7C7)将该转向传输到前轮子(74)上，使得前轮子(74)运动； 躯干传动组件(7D)包括有躯干电机(7D1)、主动同步带轮(7D2)、从动同步带轮(7D3)、同步带(7D4)、AA轴承座(7D5)、AB轴承座(7D6)、后轮支撑轴(7D7)、AD轴承(7D8)和AE轴承(7D9) ;AA轴承座(7D5)与AB轴承座(7D6)的结构相同； AA轴承座(7D5)的横板(7D5 2)上设有AB通孔(7D54)，在该AB通孔(7D54)中放置螺钉、且通过螺钉与螺母配合实现将AA轴承座(7D5)固定安装在下支撑板(7B)的下方；AA轴承座(7D5)的竖板(7D53)上设有轴承腔(7D51)和AA通孔(7D55)，该轴承腔(7D51)用于放置AD轴承(7D8)，AD轴承(7D8)的外圈与轴承腔(7D51)卡紧，AA通孔(7D55)用于后轮支撑轴(7D7)的左端穿过； AB轴承座(7D6)的横板(7D62)上设有AD通孔(7D64)，在该AD通孔(7D64)中放置螺钉、且通过螺钉与螺母配合实现将AB轴承座(7D6)固定安装在下支撑板(7B)的下方；AB轴承座(7D6)的竖板(7D63)上设有轴承腔(7D61)和AC通孔(7D65)，该轴承腔(7D61)用于放置AE轴承(7D9)，AE轴承(7D9)的外圈与轴承腔(7D61)卡紧，AC通孔(7D65)用于后轮支撑轴(7D7)的右端穿过； 后轮支撑轴(7D7)上安装有从动同步带轮(7D3)，从动同步带轮(7D3)的左边安装的是AD轴承(7D8)，从动同步带轮(7D3)的右边安装的是AE轴承(7D9)，后轮支撑轴(7D7)的左端安装的是左轮(75)，后轮支撑轴(7D7)的右端安装的是右轮(76)； 躯干电机(7D1)安装在第三支架(73)上；躯干电机(7D1)的输出轴上安装有主动同步带轮(7D2)，从动同步带轮(7D3)安装在后轮支撑轴(7D7)上，主动同步带轮(7K)与从动同步带轮(7D3)上套接有同步带(7D4)；由于第一条腿组件(I)、第二条腿组件(2)、第三条腿组件(3)、第四条腿组件(4)、第五条腿组件(5)和第六条腿组件(6)的结构相同，故仅以第一条腿组件(I)的结构进行说明:第一条腿组件⑴包括有AA舵机(11)、AB舵机(12)、AC舵机(13)、AA舵机支架(IA)、AB舵机支架(1B)、AC舵机支架(IC)、A大腿(ID)、A小腿(IE)和A弹性足部(IF) ;AA舵机(11)一端的舵机轴安装在AA连接臂(IAl)的轴承腔的轴柱上，AA舵机(11)另一端的舵机轴安装在AB连接臂(1A2)的轴承腔(1A22)的轴柱(1A23)上；AB舵机(12) —端的舵机轴安装在AA大腿板(IDl)的轴承腔的轴柱上，AB舵机(12)另一端的舵机轴安装在AB大腿板(1D2)的轴承腔(1D21)的轴柱(1D22)上；AC舵机(13) —端的舵机轴安装在AA小腿板(IEl)的轴承腔的轴柱上，AC舵机(13)另一端的舵机轴安装在AB...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁希仑，彭赛金，杨帆，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11