全向轮足式机器人制造技术

本申请公开了一种全向轮足式机器人，包括：机架和安装在机架下方的多个串联腿；每个串联腿从上至下依次包括万向节、大腿连接件和小腿连接件；所述万向节输入端可绕垂直于所述机架所在的平面的轴线转动,万向节输出端与大腿连接件相连；所述小腿连接件可相对于所述大腿连接件转动。本申请的全向轮足式机器人通过巧妙的结构设计使得机器人的结构紧凑、控制简单、运动效率高、腿部机构灵活、承载能力高，适用于星球探测中复杂地形下高速移动以及运输作业。

Omnidirectional wheeled robot

【技术实现步骤摘要】
全向轮足式机器人
本申请涉及机械工程中机器人
，特别涉及一种全向轮足式机器人。
技术介绍
全向轮足式机器人是一种用车轮代替机器人脚部的机器人，该机器人能够在复杂地形中稳定地行走或在平坦的路面快速全方位移动，可以代替人类在危险的环境中工作，比如：勘测复杂的地形地貌、灾后运送伤员、战场上运送装备和货物等。与腿式机器人相比，全向轮足式机器人在平坦的路面上可以通过驱动轮足进行行走，极大的提高了机器人的行走速度并且降低了对机器人的控制难度，对提高步行机器人的运动效率和运动稳定性有着重要的意义；采用串联式腿部可以提高机器人的结构强度和稳定性，驱动装置结构简单、布置容易，使用电机驱动器可以使得机器人腿部结构更加紧凑，有效地减少机器人腿部质量，同时每腿串联机构的末端装有轮驱动电机，提高机器人的驱动效率。经检索发现，申请号为201710853492.2，申请日期为2017年9月20日的中国专利技术专利公开了《一种四轮足机器人》，用于实现轮足机器人和腿式机器人功能上的集合。该专利技术包括：一个平台和四个轮子，四个轮子分别安装在该平台左右两侧的前后位置；其中，每个轮子上都活动连接有两根支腿，当两根支腿与轮子的连接端的连线处于水平状态时，单根支腿的长度足以将与其连接的轮子撑离底面；且两根支腿的连接端均设置有微电机，用于转动该支腿至指定状态下并锁死；微电机不工作，仅充当轴承使用，轮子转动时，在重力的作用下，支腿的自由端悬空时，该支腿始终处于自然下垂的状态，当轮子转动到该支腿的自由端接触到地面时，该支腿为倾斜状态，倾斜的支腿在惯性的作用下，将与其连接的轮子撑起；微电机启动，转动相应的支腿，将每个轮子上的两根支腿调整成Z字形的状态并锁死，每个轮子上的两根支腿相互平行但方向相反；在四轮式机器人的每个轮子上均采用了两根可控的支腿结构，既可使机器人在平坦路面实现快速移动，又可使机器人在非平坦路面依靠腿部进行行走。该专利并未考虑机器人在复杂路面上的越障能力，并且机器人腿部尺寸过小，难以完成对平台位姿进行调整。因此，本领域迫切需要开发一种全向轮足式机器人，能够克服上述缺点，并且结构紧凑、控制简单、运动效率高、腿部机构灵活、承载能力高、适用于复杂路面或者星球探测中复杂地形下高速移动以及运输作业。
技术实现思路
本申请的目的在于提供一种全向轮足式机器人，该全向轮足式机器人结构紧凑、控制简单、运动效率高、腿部机构灵活、承载能力高，适用于复杂路面上高速移动以及运输作业。本申请提供了一种全向轮足式机器人，包括：机架和安装在机架下方的多个串联腿；每个串联腿从上至下依次包括万向节、大腿连接件和小腿连接件；所述万向节输入端可绕垂直于所述机架所在的平面的轴线转动,万向节输出端与大腿连接件相连；所述小腿连接件可相对于所述大腿连接件转动。在另一优选例中，还包括用于带动小腿运动的小腿驱动电机和连杆机构；所述连杆机构包括铰接在一起的第一连杆和第二连杆，第一连杆与大腿连接件铰接，第二连杆与小腿连接件铰接；小腿驱动电机驱动第一连杆转动带动第二连杆从而带动所述小腿连接件相对于所述大腿连接件转动，通过连杆机构的设计，即第一连杆与大腿连接件铰接，小腿驱动电机驱动第一连杆使得小腿驱动电机设置在串联腿的上部。在另一优选例中，所述万向节的输入端设有腿转向电机。在另一优选例中，所述万向节包括第一轴和第二轴，所述第一轴连接有用于驱动所述大腿连接件绕第一轴转动的腿侧摆驱动电机；所述第二轴连接有用于驱动大腿绕第二轴转动的大腿驱动电机。在另一优选例中，所述万向节还包括U件、连接板、第一架板和第二架板，第一架板和第二架板设置在连接板相对的两端，连接板与第一轴固定连接，连接板与U件的侧面通过第一轴铰接，所述腿侧摆驱动电机可以驱动所述第一轴转动；所述大腿连接件包括第一大腿连杆和第二大腿连杆，所述第一大腿连杆通过第二轴与所述第一架板铰接，所述大腿驱动电机设置在第一架板上，所述大腿驱动电机可驱动所述第二轴转动，第二轴可带动大腿连接件相对于架板绕第二轴转动。在另一优选例中，所述串联腿还包括大腿传动机构，所述大腿传动机构包括用皮带连接的第一带轮和第二带轮，所述第一带轮设置在第一架板的内侧，且所述第一带轮与所述大腿驱动电机的输出端连接，所述第二带轮设置在所述第一大腿连杆内侧，所述第二带轮与第二轴连接，所述第二轴与所述第一大腿连杆固定连接，所述大腿驱动电机驱动所述第一带轮转动，第一带轮带动第二带轮转动，从而带动所述第一大腿连杆相对于所述第一架板转动。在另一优选例中，所述串联腿还包括用于带动小腿运动的小腿驱动电机、连杆机构、用皮带连接的第三带轮和第四带轮，所述小腿驱动电机设置在第二架板上，所述连杆机构包括铰接在一起的第一连杆和第二连杆，所述第二连杆与小腿连接件铰接；所述第三带轮设置在所述第二架板的内侧，且所述第三带轮与所述小腿驱动电机的输出端连接，所述第四带轮设置在所述第二大腿连杆内侧，所述第四带轮通过连接轴与第一连杆固定连接，所述连接轴与所述第二大腿连杆铰接，所述小腿驱动电机驱动所述第三带轮转动，从而带动第四带轮转动，第四带轮带动所述第一连杆转动，第一连杆转动带动第二连杆从而带动所述小腿连接件相对于所述大腿连接件转动，通过采用皮带连接的方式，进一步地将小腿驱动电机眼串联腿进一步上移，减小了运动惯量，使得小腿连接件运动更加灵活。在另一优选例中，所述小腿连接件包括与大腿连接件铰接的小腿板，在小腿板设有与小腿板固定连接的固定轴，所述固定轴与所述第二连杆铰接。在另一优选例中，所述小腿连接件的末端连接有轮机架，以及设置在所述轮机架上的车轮和轮驱动电机，所述轮驱动电机用于驱动所述车轮绕车轮轴线旋转在另一优选例中，轮驱动电机不工作时，机器人在腿式机器人模式下运行，通过一定步态进行全方位运动，轮驱动电机工作时，机器人在轮式机器人模式下运行，机器人可以实现在平坦路面上的高速运动。在另一优选例中，所述串联腿的数量为4，所述4个串联腿采用对称布置。本专利技术的有益效果在于提供了一种全向轮足式机器人，该机器人采用的串联腿结构提高了四足机器人腿部的承载能力、简化了腿部结构，并且提高了机器人的越障能力。每条腿的结构为对称结构，同时机器人本身也采用了对称结构，具有各向同性。车轮布置在腿部末端，既可以驱动机器人前进或者后退，同时也减小了腿部尺寸，增加了腿部的灵活性，使机器人在移动的过程中能够灵活的调整机架的位姿。通过轮驱动电机的转动可以使车轮以最简单的方式进行运动。本专利技术结构紧凑、控制简单、运动效率高、腿部机构灵活、承载能力高，适用于复杂路面上或星球探测中复杂地形下高速移动以及运输作业。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术全向轮足式机器人的结构示意图；图2是本专利技术全向轮足式机器人的串联腿结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全向轮足式机器人，其特征在于，包括：机架和安装在机架下方的多个串联腿；每个串联腿从上至下依次包括万向节、大腿连接件和小腿连接件；所述万向节输入端可绕垂直于所述机架所在的平面的轴线转动,万向节输出端与大腿连接件相连；所述小腿连接件可相对于所述大腿连接件转动。/n

【技术特征摘要】
1.一种全向轮足式机器人，其特征在于，包括：机架和安装在机架下方的多个串联腿；每个串联腿从上至下依次包括万向节、大腿连接件和小腿连接件；所述万向节输入端可绕垂直于所述机架所在的平面的轴线转动,万向节输出端与大腿连接件相连；所述小腿连接件可相对于所述大腿连接件转动。


2.如权利要求1所述的全向轮足式机器人，其特征在于，还包括用于带动小腿运动的小腿驱动电机和连杆机构；所述连杆机构包括铰接在一起的第一连杆和第二连杆，第一连杆与大腿连接件铰接，第二连杆与小腿连接件铰接；小腿驱动电机驱动第一连杆转动带动第二连杆从而带动所述小腿连接件相对于所述大腿连接件转动。


3.如权利要求1所述的全向轮足式机器人，其特征在于，所述万向节的输入端设有腿转向电机。


4.如权利要求1所述的全向轮足式机器人，其特征在于，所述万向节包括第一轴和第二轴，所述第一轴连接有用于驱动所述大腿连接件绕第一轴转动的腿侧摆驱动电机；所述第二轴连接有用于驱动大腿绕第二轴转动的大腿驱动电机。


5.如权利要求4所述的全向轮足式机器人，其特征在于，所述万向节还包括U件、连接板、第一架板和第二架板，第一架板和第二架板设置在连接板相对的两端，连接板与第一轴固定连接，连接板与U件的侧面通过第一轴铰接，所述腿侧摆驱动电机可以驱动所述第一轴转动；所述大腿连接件包括第一大腿连杆和第二大腿连杆，所述第一大腿连杆通过第二轴与所述第一架板铰接，所述大腿驱动电机设置在第一架板上，所述大腿驱动电机可驱动所述第二轴转动，第二轴可带动大腿连接件相对于架板绕第二轴转动。


6.如权利要求5所述的全向轮足式机器人，其特征在于，所述串联腿还包括大腿传动机构，...

【专利技术属性】
技术研发人员：何俊，蔡旭，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31