一种空地一体化电动并联式轮足驱动机构制造技术

本发明专利技术公开了一种空地一体化电动并联式轮足驱动机构，包括机身、Stewart平台、飞行驱动模块、轮足驱动模块及传动连杆；飞行驱动模块可实现飞行运动，轮足驱动模块可通过对滚轮的锁定与解锁实现足式运动、轮式运动以及轮足复合运动的切换；Stewart平台倒置，机身与Stewart平台的下平台固定连接，飞行驱动模块安装在机身上，轮足驱动模块安装在Stewart平台的上平台，飞行驱动模块通过传动连杆与轮足驱动模块连接构成驱动装置；四个驱动装置均匀设置在机身四周，通过控制飞行驱动模块、轮足驱动模块分别与传动连杆的连接与断开实现飞行运动、足式运动、轮式运动以及轮足复合运动的切换。本发明专利技术能够避免常规机器人在复杂、有障碍物的路面乃至极端环境下无法通过的缺陷。

A Space-Ground Integrated Electric Parallel Wheel-Foot Driving Mechanism

【技术实现步骤摘要】
一种空地一体化电动并联式轮足驱动机构
本专利技术涉及机器人
，具体涉及一种空地一体化电动并联式轮足驱动机构。
技术介绍
机器人技术的发展给人们的生活带来了极大便利，在残障辅助、医疗救护、抢险救灾、资源勘探以及消防作业等领域不乏机器人的身影，机器人功能的专一性很好地取代了人类在特定领域完成特殊的任务，而功能的单一性又限制了其在其他领域的应用。此外，传统机器人以轮式、足式、轮足式见多，这些机器人不管是在机构或者运动性能上都互有优缺点。轮式机器人以运动效率高见长，但在复杂且有障碍物路面以轮式运动模式很难运行；而足式机器人可以在此种路面环境下越过障碍，但其运动时间较长、运行效率低的缺点又较为凸显；轮足式机器人则可有效兼顾上述两种机器人的优点，在复杂且有障碍物的路面环境下通过轮足复合运动可以高效地完成越障。然而，在极端场合，如：高墙、河流、悬崖等环境下，无论是轮式、足式还是轮足复合式运动都无法通过。所以，需要一款能够在任何环境下都能够很好地驱动机器人完成通行任务的驱动机构。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种空地一体化电动并联式轮足驱动机构，能够避免常规机器人在复杂不规则、有障碍物的路面乃至极端环境下无法通过的缺陷。本专利技术采取的技术方案如下：一种空地一体化电动并联式轮足驱动机构，包括机身、Stewart平台、飞行驱动模块、轮足驱动模块及传动连杆；飞行驱动模块可实现飞行运动，轮足驱动模块可通过对滚轮的锁定与解锁实现足式运动、轮式运动以及轮足复合运动的切换；所述Stewart平台倒置，所述机身与Stewart平台的下平台固定连接，飞行驱动模块安装在机身上，轮足驱动模块安装在Stewart平台的上平台，飞行驱动模块通过传动连杆与轮足驱动模块连接构成驱动装置；四个驱动装置均匀设置在机身四周，通过控制飞行驱动模块、轮足驱动模块分别与传动连杆的连接与断开实现飞行运动、足式运动、轮式运动以及轮足复合运动的切换。进一步地，所述飞行驱动模块和轮足驱动模块由同一个双出轴电机驱动。进一步地，所述飞行驱动模块包括电磁离合器Ⅰ和螺旋桨，螺旋桨通过上端传动连杆与电磁离合器Ⅰ连接，所述电磁离合器Ⅰ与双出轴电机上端连接。进一步地，所述轮足驱动模块包括电磁离合器Ⅱ、橡胶轮、减速机及自锁装置；一对同轴平行的橡胶轮对称安装在减速机两侧，减速机安装于Stewart平台的上平台，减速机通过下端传动连杆与电磁离合器Ⅱ相连，电磁离合器Ⅱ与双出轴电机下端连接，通过自锁装置的控制实现对橡胶轮的锁定与解锁。进一步地，所述驱动机构还包括姿态传感器，安装在机身上，根据姿态传感器反馈的姿态信息，控制Stewart平台电动缸的伸缩量以及调节双出轴电机的转速来改变运动方向。有益效果：本专利技术通过将机器人轮式、足式、轮足复合式以及飞行式的运动模式相结合，它可在平坦路面开启轮式运动模式，该模式具有运动速度快、能量消耗少、运行效率高等特点；在有障碍物的路面开启足式运动模式，该模式具有越障能力强的特点；同时，在复杂且有障碍物的路面可进行轮足复合运动，从而高效、平稳、快速地通过障碍路面；而遇到障碍物巨大且机器人以轮式或者足式运动都无法通过该环境时，如高墙、河流、悬崖等极端环境则开启飞行模式，该模式下机器人可飞离地面并越过障碍物，从而达到越障的目的，由此可见，本专利技术不仅弥补了现有陆地机器人无法越过极端环境下障碍物的缺点，而且同时兼顾常规机器人轮式、足式以及轮足复合式运动的优势，有效拓展了机器人的运动性能，可在复杂、恶劣环境下执行物资运输、抢险救灾、资源勘探、伤员运输等任务，赋予了机器人能够全天候全地形下的运动能力，附图说明图1为本专利技术的总体结构示意图；图2为驱动机构单一部分结构示意图。其中，1-第一单驱动装置、2-第二单驱动装置、3-第三单驱动装置、4-第四单驱动装置、5-机身、111-双出轴电机、112-螺旋桨、113-伺服电动缸、114-Stewart平台的上平台、115-电磁离合器Ⅰ、116-T型减速机、117-橡胶轮、118-足端电机、119-传动连杆。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。本实施例提供了一种空地一体化电动并联式轮足驱动机构，具有轮式运动、足式运动、轮足复合运动以及飞行运动四种运动模式，它既可以类似无人机完成飞行任务，也可以作为陆地负载驱动机器人使用，如图1所示，该驱动机构由四个单驱动装置：第一单驱动装置1、第二单驱动装置2、第三单驱动装置3及第四单驱动装置4分别安装于机身5四周所组成，一个单驱动装置作为机器人的一条腿。第一单驱动装置1、第二单驱动装置2、第三单驱动装置3及第四单驱动装置4结构一致，以第一单驱动装置1为例进行说明，如图2所示，包括机身5、Stewart平台、飞行驱动模块、轮足驱动模块及传动连杆119，机身5可以与Stewart平台的下平台固定连接，也可以直接作为Stewart平台的下平台，采用硬铝合金，六根伺服电动缸113通过万向联轴器固定连接在机身5与Stewart平台的上平台114之间，且六根伺服电动缸113上端与机身5通过螺钉固定，六根伺服电动缸113下端通过万向联轴器与Stewart平台的上平台114的斜垫块相连，增加斜垫块的目的是保证运动时万向联轴器在中位附近运动，从而使机器人的工作空间最大化，机身5设置在Stewart平台的上平台114上方构成倒立的Stewart平台。飞行驱动模块安装在机身5上，包括螺旋桨112、双出轴电机111、电磁离合器Ⅰ115。传动连杆119包含上端传动连杆和下端传动连杆，螺旋桨112通过上端传动连杆与上端的电磁离合器Ⅰ115连接，电磁离合器Ⅰ与双出轴电机111上端连接。螺旋桨112采用碳纤维结构，这样既减轻了装置的整体负载也降低了上升的临界升力，同时也保证了螺旋桨112的结构硬度。轮足驱动模块通过对橡胶轮117的锁定与解锁可实现足式运动、轮式运动以及轮足复合运动的切换，包括电磁离合器Ⅱ、橡胶轮117、双出轴电机111、T型减速机116及足端电机118；轮足驱动模块与飞行驱动模块由同一个双出轴电机111驱动。一对同轴平行的橡胶轮117对称安装在T型减速机116两侧，T型减速机116安装于Stewart平台的上平台114延伸出的圆柱上，T型减速机116通过下端传动连杆与下端的电磁离合器Ⅱ相连，电磁离合器Ⅱ与双出轴电机111下端连接，通过足端电机118的开启与关闭实现对橡胶轮117的锁定与解锁。橡胶轮117能够在驱动机构进行路面行进或者飞行降落时起到减震作用，一对同轴平行橡胶轮117能够增加轮子触地的接触面积，从而提高机器人的稳定性。电磁离合器Ⅰ115、电磁离合器Ⅱ以及足端电机118都通过信号线与中控计算机连接，以此来接收不同运动模式下的控制指令，并以CAN总线的方式相互通信。驱动机构还包括姿态传感器，安装在机身5上，能够实时接收机器人的姿态信息，根据姿态传感器反馈的姿态信息，控制伺服电动缸113的伸缩量以及调节双出轴电机111的转速来改变运动方向。运动过程具体实现如下：(1)飞行运动当机器人所遇的障碍物以轮式、足式以及轮足复合式运动都无法通过时，机器人切换到飞行模式，机器人的主控计算机以CAN通信的方式发送控制指令使得四个足端电机118处于到自锁状态，同时通过信号线发送断开指本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空地一体化电动并联式轮足驱动机构，其特征在于，包括机身、Stewart平台、飞行驱动模块、轮足驱动模块及传动连杆；飞行驱动模块可实现飞行运动，轮足驱动模块可通过对滚轮的锁定与解锁实现足式运动、轮式运动以及轮足复合运动的切换；所述Stewart平台倒置，所述机身与Stewart平台的下平台固定连接，飞行驱动模块安装在机身上，轮足驱动模块安装在Stewart平台的上平台，飞行驱动模块通过传动连杆与轮足驱动模块连接构成驱动装置；四个驱动装置均匀设置在机身四周，通过控制飞行驱动模块、轮足驱动模块分别与传动连杆的连接与断开实现飞行运动、足式运动、轮式运动以及轮足复合运动的切换。

【技术特征摘要】
1.一种空地一体化电动并联式轮足驱动机构，其特征在于，包括机身、Stewart平台、飞行驱动模块、轮足驱动模块及传动连杆；飞行驱动模块可实现飞行运动，轮足驱动模块可通过对滚轮的锁定与解锁实现足式运动、轮式运动以及轮足复合运动的切换；所述Stewart平台倒置，所述机身与Stewart平台的下平台固定连接，飞行驱动模块安装在机身上，轮足驱动模块安装在Stewart平台的上平台，飞行驱动模块通过传动连杆与轮足驱动模块连接构成驱动装置；四个驱动装置均匀设置在机身四周，通过控制飞行驱动模块、轮足驱动模块分别与传动连杆的连接与断开实现飞行运动、足式运动、轮式运动以及轮足复合运动的切换。2.如权利要求1所述的空地一体化电动并联式轮足驱动机构，其特征在于，所述飞行驱动模块和轮足驱动模块由同一个双出轴电机驱动。3.如权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪首坤，徐康，王军政，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11