一种轮腿复合移动机器人及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种轮腿复合移动机器人及其控制方法，所述机器人的车架两侧设有共计四组轮腿组机构，轮腿组机构包括腿部机构、轮式机构和齿轮传动机构；腿部机构具有两条腿；齿轮传动机构利用凸轮驱动凸轮推杆，以使腿部机构实现抬腿、迈腿和跨步动作；轮式机构设置在腿部机构的两条腿之间，包括车轮和固定在车架上的气缸，气缸前端铰接有长连杆，长连杆另一端与车轮铰接相连；气缸推杆端部铰接有短连杆，短连杆另一端与车轮铰接相连；车轮上设有车轮电机，用于驱动车轮转动；当气缸驱动车轮收起时，机器人为腿式工作模式；当气缸驱动车轮放下时，机器人为轮式工作模式。本发明专利技术能够实现拟人步态，具备更好的避障能力。具备更好的避障能力。具备更好的避障能力。

【技术实现步骤摘要】
一种轮腿复合移动机器人及其控制方法


[0001]本专利技术涉及机器人，具体涉及一种轮腿复合移动机器人及其控制方法。

技术介绍

[0002]可变形轮腿复合移动机器人结合了轮式移动机器人和腿式移动机器人的优点，兼具机动性和避障能力。
[0003]CN107264665A和CN114275071A提出的轮腿机器人，是在轮结构上设置可径向伸展的腿结构，通过轮结构带动腿结构转动。可见，CN107264665A和CN114275071A所提供的轮腿机器人，实质仍为轮式机器人，相当于是利用可伸展的腿结构增大轮结构的直径，因而避障能力仍比较有限。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的第一目的是提供一种能够实现拟人步态的轮腿复合移动机器人，具有更好的避障能力；本专利技术的第二目的是提供该轮腿复合移动机器人的控制方法。
[0005]技术方案：本专利技术第一方面提供一种轮腿复合移动机器人，包括车架，车架两侧设有共计四组轮腿组机构，轮腿组机构包括腿部机构、轮式机构和齿轮传动机构；
[0006]腿部机构包括两条腿和两根连杆，两条腿外侧分别设置支撑架，支撑架上设有可上下滑动的凸轮推杆，两凸轮推杆顶端通过横杆相连，横杆从两条腿顶部穿过；连杆一端与支撑架铰接相连，另一端铰接于对应的腿外侧中间偏上位置；
[0007]齿轮传动机构，利用凸轮驱动凸轮推杆，以使腿部机构实现抬腿、迈腿和跨步动作；
[0008]轮式机构，设置在腿部机构的两条腿之间，包括车轮和固定在车架上的气缸，气缸前端铰接有长连杆，长连杆另一端与车轮铰接相连；气缸推杆端部铰接有短连杆，短连杆另一端与车轮铰接相连；车轮上设有车轮电机，用于驱动车轮转动；
[0009]当气缸驱动车轮收起时，机器人为腿式工作模式；当气缸驱动车轮放下时，机器人为轮式工作模式。
[0010]进一步地，车架前端设有深度相机，该深度相机用于采集机器人前端的图像。
[0011]进一步地，两条腿底部设有脚垫。
[0012]进一步地，车轮上设有扭矩传感器，用于采集车轮运动时的扭矩。
[0013]进一步地，齿轮传动机构包括安装在车架外侧的安装架，在安装架上转动安装有第二传动轴和第三传动轴，第三传动轴伸入至车架内部，在车架上还转动安装有第一传动轴；
[0014]在第一传动轴上安装有第一齿轮，在第二传动轴上安装有第二齿轮，在第三传动轴上安装有第三齿轮和第四齿轮，第一齿轮与第四齿轮相啮合，第二齿轮与第三齿轮相啮合；
[0015]第一传动轴和第二传动轴分别穿过两个支撑架，两凸轮分别固定在第一传动轴和
第二传动轴上；第一传动轴通过车架内部的腿部电机驱转；四个齿轮规格型号一致，以使两凸轮具有相同的转速及转动方向。
[0016]进一步地，第一齿轮和第四齿轮位于车架内部。
[0017]进一步地，车架内部设有电机支架，腿部电机固定在电机支架上。
[0018]进一步地，凸轮推杆下端设有转轮，转轮的圆弧面与其下方的凸轮的圆弧面接触。
[0019]进一步地，轮腿复合移动机器人还包括弹簧支撑机构，弹簧支撑机构包括固定在车架上且位于腿部机构前方的弹簧撑架，弹簧撑架上具有水平撑柱，水平撑柱上套设有弹簧并滑动设置有滑块，该滑块滑动时能够压缩弹簧；在靠近车架的支撑架的外侧铰接有曲柄，曲柄的另一端与滑块铰接相连。
[0020]本专利技术第二方面提供一种轮腿复合移动机器人的控制方法，包括：
[0021]当机器人在平地行驶时，采用轮式工作模式，转弯采用差速转向；
[0022]当前方出现障碍物时，利用图像处理算法对深度相机采集的含障碍物的图像进行信息提取，计算出障碍物的高度H，然后与车轮半径d进行比较；
[0023]如障碍物高度H大于1/2d，则判定机器人无法跨越障碍物；利用气缸将车轮向上收起，同时腿着地，切换成腿式工作模式；待四对腿全部上到台阶上时，利用气缸将车轮放下，同时腿离地，切换回轮式工作模式；
[0024]如障碍物高度H小于1/2d，则判定机器人可跨越障碍物并继续保持轮式工作模式，当行驶到台阶处时，逐步增大电机扭矩，当扭矩传感器测得电机扭矩为额定扭矩的设定值时，若机器人仍不能跨越障碍物，则判断机器人无法跨越障碍，进而再切换成腿式工作模式来跨越障碍物。
[0025]有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有如下显著优点：(1)腿利用凸轮配合凸轮推杆进行驱动，机器人在腿式工作模式下，能够实现拟人步态，具备更好的避障能力；(2)腿式模式和轮式模式能够同步切换，轮腿切换时只需要控制气缸推杆伸缩即以实现，控制实现简单。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来说，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。
[0027]图1是本申请实施例提供的一种轮腿复合移动机器人的结构示意图；
[0028]图2是图1的仰视图；
[0029]图3是本申请实施例中腿部机构的结构示意图；
[0030]图4是本申请实施例中腿部机构前伸状态示意图；
[0031]图5是本申请实施例中轮式机构车轮收起状态示意图；
[0032]图6是本申请实施例中轮式机构车轮展开状态示意图；
[0033]图7是本申请实施例中齿轮传动机构的结构示意图；
[0034]图8是本申请实施例中弹簧支撑机构的结构示意图；
[0035]图9是本申请实施例中轮腿复合移动机器人腿式行走状态示意图；
[0036]图10是本申请实施例中轮腿复合移动机器人轮式行走状态示意图；
[0037]图11是本申请实施例中轮腿复合移动机器人的控制方法流程框图；
[0038]附图标记：1，车架；2，深度相机；3，电机支架；4，腿部电机；5/10，支撑架；6/8，连杆；7，横杆；9/17，凸轮推杆；11/16，凸轮；12/15，腿；13/14，脚垫；
[0039]18，气缸固定杆；19，气缸；20，气缸推杆；21，短连杆；22，长连杆；23，车轮电机；24，车轮；25，扭矩传感器；
[0040]26，第一传动轴；27，第一齿轮；28，第二传动轴；29，第二齿轮；30，第三齿轮；31，安装架；32，第四齿轮；33，第三传动轴；
[0041]34，弹簧撑架；35，弹簧；36，滑块；37，曲柄。
具体实施方式
[0042]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0043]如图1和图2所示，为本申请实施例提供的一种轮腿复合移动机器人的结构示意图，该轮腿复合移动机器人包括车架1，车架1两侧设有共计四组轮腿组机构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轮腿复合移动机器人，包括车架，车架两侧设有共计四组轮腿组机构，其特征在于，轮腿组机构包括腿部机构、轮式机构和齿轮传动机构；腿部机构包括两条腿和两根连杆，两条腿外侧分别设置支撑架，支撑架上设有可上下滑动的凸轮推杆，两凸轮推杆顶端通过横杆相连，横杆从两条腿顶部穿过；连杆一端与支撑架铰接相连，另一端铰接于对应的腿外侧中间偏上位置；齿轮传动机构，利用凸轮驱动凸轮推杆，以使腿部机构实现抬腿、迈腿和跨步动作；轮式机构，设置在腿部机构的两条腿之间，包括车轮和固定在车架上的气缸，气缸前端铰接有长连杆，长连杆另一端与车轮铰接相连；气缸推杆端部铰接有短连杆，短连杆另一端与车轮铰接相连；车轮上设有车轮电机，用于驱动车轮转动；当气缸驱动车轮收起时，机器人为腿式工作模式；当气缸驱动车轮放下时，机器人为轮式工作模式。2.根据权利要求1所述的轮腿复合移动机器人，其特征在于，车架前端设有深度相机，该深度相机用于采集机器人前端的图像。3.根据权利要求1所述的轮腿复合移动机器人，其特征在于，两条腿底部设有脚垫。4.根据权利要求1所述的轮腿复合移动机器人，其特征在于，车轮上设有扭矩传感器，用于采集车轮运动时的扭矩。5.根据权利要求1所述的轮腿复合移动机器人，其特征在于，齿轮传动机构包括安装在车架外侧的安装架，在安装架上转动安装有第二传动轴和第三传动轴，第三传动轴伸入至车架内部，在车架上还转动安装有第一传动轴；在第一传动轴上安装有第一齿轮，在第二传动轴上安装有第二齿轮，在第三传动轴上安装有第三齿轮和第四齿轮，第一齿轮与第四齿轮相啮合，第二齿轮与第三齿轮相啮合；第一传动轴和第二传动轴分别穿过两个支撑架，两凸轮分别固定在第一传动轴和第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘锐，钟伟，吕明明，杨宇航，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：