一种具备双轴云台的轮腿平衡机器人及工作方法技术

本发明专利技术涉及复杂地形检测设备技术领域，具体涉及一种具备双轴云台的轮腿平衡机器人及工作方法；具备双轴云台的轮腿平衡机器人，包括：机体，所述机体为框架结构，所述机体内设有关节驱动机构；腿部结构，包括两个主动臂和两个从动臂，所述主动臂的一端与关节驱动机构连接，另一端与从动臂铰接，所述从动臂的另一端与轮式动力机构连接，两个所述主动臂和两个从动臂、以及机体构成五连杆机构；所述关节驱动机构带动所述主动臂和从动臂转动，以改变所述机体的重心。利用轮腿平衡机体，可以轻易实现跳越轮式底座无法通过的障碍物，而相比于单纯的腿式结构，其腿部末端安装的轮式机构可以大幅提高其在平坦地面的行进速度。幅提高其在平坦地面的行进速度。幅提高其在平坦地面的行进速度。

【技术实现步骤摘要】
一种具备双轴云台的轮腿平衡机器人及工作方法


[0001]本专利技术涉及复杂地形检测设备
，具体涉及一种具备双轴云台的轮腿平衡机器人及工作方法。

技术介绍

[0002]腿式机器人的优点是不仅能在平坦地面上行走而且可以在崎岖地面上步行，可跨越沟壑，上下台阶，还可做无滑动的完整和单向运动，并为其上的传感器提供稳定的动态平台，因此具有广泛的适用性，但其存在缺点，即较难实现其稳定步态规划和稳定平衡控制，运动速度与能量的利用效率较低，另外，腿式机器人一般较重，且结构复杂。
[0003]轮式机器人优点是，自动操作简单，动作稳定，特别适合在平坦的地面上运动，有更大的运动速度和能量利用效率，是目前广泛使用的一类机器人。但是与腿式机器人相比，其对地形的适应性较差，很难做到跨越高度和爬楼梯。
[0004]而现有的轮腿平衡机器人，虽结合了轮式机器人与腿式机器人的优点，具有很好的地形适应性与能量利用效率，但基本上都只是一个普通的底座，没有搭载具体的功能机构，不能完成除了在复杂地形中运动以外的功能，实用性较低。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的轮腿平衡机器人复杂地形监测设备的监测范围小、监测成本高、机动性差、结构复杂的问题，从而提供一种具备双轴云台的轮腿平衡机器人和工作方法。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种具备双轴云台的轮腿平衡机器人，包括：机体，所述机体为框架结构，所述机体内设有关节驱动机构；腿部结构，包括两个主动臂和两个从动臂，所述主动臂的一端与关节驱动机构连接，另一端与从动臂铰接，所述从动臂的另一端与轮式动力机构连接，两个所述主动臂和两个从动臂、以及机体构成五连杆机构；所述关节驱动机构带动所述主动臂和从动臂转动，以改变所述机体的重心；云台底部机构，位于所述机体内，且所述云台底部机构的底部由下自上依次设有云台下部机构和云台上部机构，所述云台底部机构和云台下部机构、以及云台上部机构同轴设置；摄像机构，所述云台上部机构上。
[0007]进一步地，所述从动臂的长度大于所述主动臂的长度。
[0008]进一步地，所述关节驱动机构包括至少两个动力元件，两个所述动力元件之间具有间隙，所述轮式动力机构所在的垂直线位于所述间隙内。
[0009]进一步地，所述腿部结构具有两组，两组所述腿部结构对称设于所述机体的两侧。
[0010]进一步地，所述机体的底部设有支撑架，所述支撑架上设有无动力导轮。
[0011]进一步地，还包括防撞结构，所述防撞结构设于所述机体的外壁上，且所述防撞结构用于保护所述腿部结构。
[0012]进一步地，所述轮式动力机构包括：电机，与所述从动臂连接；行走轮，套设于所述
电机上，所述电机驱动所述行走轮移动。
[0013]进一步地，所述机体的内部设有供电元件，所述供电元件与所述关节驱动机构连接。
[0014]进一步地，所述云台下部机构上设有图像处理机构，所述云台上部机构上设有镜头切换机构和姿态感知机构。
[0015]本专利技术还提供了一种具备双轴云台的轮腿平衡机器人的工作方法，包括：通过腿部结构的水平运动，快速改变自身重心位置，获得运动时加减速性能的提升，通过腿部结构的竖直运动，获得主动悬挂功能和弹跳功能，大幅提升地形通过性；在加速行驶时，利用腿部结构将自身重心前移，使得轮式动力机构可以在输出更大的功率的情况下，保证自身不会向后倾倒；在减速行驶时，利用腿部结构将自身重心后移，使得轮式动力机构可以在输出较小的功率的情况下，保证自身不会向后倾倒；在起伏路面行驶时，利用姿态感知机构读取到的机体的起伏数据，通过腿部结构的竖直运动，对路面起伏进行补偿，保持自身姿态稳定。
[0016]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0017]1.本专利技术提供的具备双轴云台的轮腿平衡机器人，包括：机体，所述机体为框架结构，所述机体内设有关节驱动机构；腿部结构，包括两个主动臂和两个从动臂，所述主动臂的一端与关节驱动机构连接，另一端与从动臂铰接，所述从动臂的另一端与轮式动力机构连接，两个所述主动臂和两个从动臂、以及机体构成五连杆机构；所述关节驱动机构带动所述主动臂和从动臂转动，以改变所述机体的重心；云台底部机构，位于所述机体内，且所述云台底部机构的底部由下自上依次设有云台下部机构和云台上部机构，所述云台底部机构和云台下部机构、以及云台上部机构同轴设置；摄像机构，所述云台上部机构上。
[0018]通过在机体内设置关节驱动机构，同时，将腿部结构的主动臂与关节驱动机构连接，主动臂的另一端与从动臂铰接，从动臂的另一端与轮式动力结构连接，在需要该平衡机器人运动时，通过驱动关节驱动机构转动，进而带动主动臂和从动臂转动；由于两个主动臂和两个从动臂、以及机体构成五连杆机构，因此，在关节驱动机构转动时，可以带动主动臂和从动臂进行水平运动，并且快速改变自身重心位置，获得运动时加减速性能的提升；在关节驱动机构转动时，可以带动主动臂和从动臂进行竖直运动，通过腿部结构的竖直运动，获得主动悬挂功能和弹跳功能，大幅提升地形通过性。
[0019]在加速行驶时，利用腿部结构将自身重心前移，使得轮式动力机构可以在输出更大的功率的情况下，保证自身不会向后倾倒；在减速行驶时，利用腿部结构将自身重心后移，使得轮式动力机构可以在输出较小的功率的情况下，保证自身不会向后倾倒。
[0020]同时，在该机体上还设有双云台，即云台下部机构和云台上部机构，并且在云台下部机构和云台上部机构上设置摄像机构，从而增加了平衡机器人的检测效率和检测范围。
[0021]将所述云台底部机构和运动下部机构、以及云台上部机构同轴设置，增加了该摄像机构的稳定性，避免该平衡机器人跳越障碍物时，出现抖动的情况。该平衡机器人大幅拓展了监测机器人的运动能力，提高了监测效率，检测范围。利用轮腿平衡机体，可以轻易实现跳越轮式底座无法通过的障碍物，而相比于单纯的腿式结构，其腿部末端安装的轮式机构可以大幅提高其在平坦地面的行进速度。
[0022]2.本专利技术提供的具备双轴云台的轮腿平衡机器人，所述关节驱动机构包括至少两
个动力元件，两个所述动力元件之间具有间隙，所述轮式动力机构所在的垂直线位于所述间隙内。通过将轮式动力机构设置在两个动力元件之间的间隙的底部，从而保证了该轮式动力机构的运动稳定性。
[0023]3.本专利技术提供的具备双轴云台的轮腿平衡机器人，所述腿部结构具有两组，两组所述腿部结构对称设于所述机体的两侧。即该机体的两侧均设有腿部结构，从而保证了该机体运动的稳定性，避免在运动过程中出现倾斜的情况。
[0024]4.本专利技术提供的具备双轴云台的轮腿平衡机器人，还包括防撞结构，所述防撞结构设于所述机体的外壁上，且所述防撞结构用于保护所述腿部结构。其中，防撞结构为架体，该架体环绕腿部结构设置，主要用于保护腿部结构受到损伤。由于机体为框架结构，因此，可以将防撞结构的转角处设成圆角，避免平衡机器人在实际运动的过程中，受到撞击时，防撞结构的转角处出现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具备双轴云台的轮腿平衡机器人，其特征在于，包括：机体(1)，机体(1)为框架结构，机体(1)内设有关节驱动机构(2)；腿部结构(3)，包括两个主动臂(31)和两个从动臂(32)，主动臂(31)的一端与关节驱动机构(2)连接，另一端与从动臂(32)铰接，从动臂(32)的另一端与轮式动力机构(4)连接，两个主动臂(31)和两个从动臂(32)、以及机体(1)构成五连杆机构；关节驱动机构(2)带动主动臂(31)和从动臂(32)转动，以改变机体(1)的重心；云台底部机构(5)，位于机体(1)内，且云台底部机构(5)的底部由下自上依次设有云台下部机构(6)和云台上部机构(7)，云台底部机构(5)和云台下部机构(6)、以及云台上部机构(7)同轴设置；摄像机构，云台上部机构(7)上。2.根据权利要求1所述的具备双轴云台的轮腿平衡机器人，其特征在于，从动臂(32)的长度大于主动臂(31)的长度。3.根据权利要求2所述的具备双轴云台的轮腿平衡机器人，其特征在于，关节驱动机构(2)包括至少两个动力元件，两个动力元件之间具有间隙，轮式动力机构(4)所在的垂直线位于间隙内。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的具备双轴云台的轮腿平衡机器人，其特征在于，腿部结构(3)具有两组，两组腿部结构(3)对称设于机体(1)的两侧。5.根据权利要求4所述的具备双轴云台的轮腿平衡机器人，其特征在于，机体(1)的底部设有支撑架(8)，支撑架(8)上设有无动力导轮(9)。6.根据权利要求4所述的具备双...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兰勇，李力奇，朱一达，李芃，任伟杰，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：