一种汽车变形机器人的制作方法

本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种汽车变形机器人。

背景技术：

随着科技水平的发展，在机器人领域，出现了各种各样的机器人和变形机器人，变形机器人是实现机器人与其他结构形状的变换。例如，公开号为cn202590353u的中国实用新型专利公开的一种变形机器人玩具，包括上躯体、左臂、右臂、可转变为左枪管壳体组件的左腿、可转变为右枪管壳体组件的右腿、扳机，可在人形与枪形之间进行转变。

目前市场上的变形机器人中有一大类机器人可以实现机器人与汽车形状的转换。例如，专利申请cn201810259218公开了一种变形机器人及其变形方法和组合舵机复位方法，包括机身主体、连接于机身主体上部的头部机构、连接于机身主体上部两侧的手臂机构和连接于机身主体下部两侧的腿部机构，所述机身主体与所述腿部机构、所述手臂机构都通过关节转动连接；所述腿部机构外侧设置有后轮，所述手臂机构外侧设置有前轮；所述机器人通过舵机驱动关节旋转变换为人形或车形。

然而，现有的汽车变形机器人通常具有以下缺陷：1)无法安装动力传动系统和操控系统，仅靠简单的液压系统把人的模型树立起来；2)没有动力舱，车桥、车架和车身不是整体结构，各种变化和运动间车轮与车架等相对位置和角度大幅度改变，破坏了汽车模式下原有的主体结构，结构松散不合理，变化后没有完整的人的功能结构；3)在结构上不具备行走和运动功能，无法实现真正的变形金刚，从而只能停留在玩具层面在结构上无法实际应用，距离从变形金刚玩具模型到真正民用或工业用机器人的转变尚有较大一段距离。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种汽车变形机器人，该产品整体结构与现今后置发动机前轮驱动的汽车主体结构基本相同，从汽车到机器人的变形可用现代汽车技术轻易实现，具有广泛的应用前景。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种汽车变形机器人，可在汽车与机器人形态之间变换，包括：机身主体、连接于机身主体上部的头部机构、连接于机身主体上部两侧的手臂机构和连接于机身主体下部两侧的腿部机构，其中，

所述机身主体包括胸部机构、肩部机构、腰部机构、腹部机构和背部机构，所述胸部机构由汽车的车前舱形成，所述肩部机构由汽车的车前桥形成，所述腹部机构由汽车的车架后半部及车底后部形成，所述车架后半部的上方设有动力舱，所述动力舱形成所述腰部机构，所述背部机构由车架前半部形成；

所述头部机构由汽车的驾驶室形成；

所述手臂机构包括上臂机构和装有手部机构的前臂机构，所述上臂机构通过液压关节连接在车前桥上，所述前臂机构通过液压关节与上臂机构连接构成车前膀；

所述腿部机构包括大腿机构和安装有脚部机构的小腿机构，所述大腿机构通过液压关节连接在汽车车架后端，所述脚部机构通过液压关节安装于小腿机构，所述小腿机构通过液压关节与大腿机构连接构成车后膀。

进一步地，所述驾驶室内安装有用于操控汽车与机器人形态变换的操控系统。

进一步地，所述操控系统通过电控方式使车前舱向车底方向翻转构成所述胸部机构，以及通过电控方式使汽车的驾驶室向车前舱方向翻转构成所述头部机构。

进一步地，用于将所述上臂机构连接在车前桥上的液压关节与用于将所述大腿机构连接在汽车车架后侧的液压关节均包括前后摆动液压关节与侧向摆动液压关节。

进一步地，所述车前桥上安装有前轮，所述前轮与所述上臂机构上的液压关节同轴。

进一步地，所述机器人还包括位于所述大腿机构的后侧由汽车的后轮形成的臀部机构，所述后轮通过悬挂和减震系统安装在大腿机构上，所述大腿机构通过液压关节安装在车架后端且所述大腿机构上的液压关节与后轮不同轴。

进一步地，所述脚部机构通过液压关节安装在所述小腿机构上，所述小腿机构通过液压关节屈膝靠紧大腿机构，所述脚部机构向前翻转靠紧小腿机构，进而构成车后膀。

进一步地，所述机器人通过以下方式站立：所述大腿机构通过液压关节向两侧分开的同时，脚部机构展开着地，液压关节继续作用使车前部和车体被抬起，同时使腿部机构展开直至车后膀变成下肢站立。

进一步地，所述车前膀的上方在所述上臂机构上设有前武器仓，所述车后膀的上方在所述大腿机构上设有后武器仓。

进一步地，所述汽车为发动机后置前轮驱动，所述发动机安装于所述车架后半部上方的动力舱内，所述车架与所述车前桥连接形成t字形结构，所述车前桥内安装有传动半轴，所述车前桥与前轮通过传动半轴传输动力。

本发明具有以下有益效果：

1)根据汽车的结构和外形巧妙设计成机器人身体的各个部位；

2)在结构上保证车的行驶功能的同时，保证了变成机器人后的结构和运动功能的实现。

3)本设计在结构上可以完全实现“变形金刚”的可能性，具有实际应用的功能。

4)装有武器仓作为军事装备应用时，可以承载一两名士兵执行任务，并给士兵提供了快速移动的变通工具，还可以提供保护和强大的火力，更好的完成任务。

附图说明

图1是本发明的汽车变形机器人处于汽车模式时的结构示意图，其中：

1-车前舱，2-驾驶室，3-驾驶室入口，4-机器人上臂，5-机器人手，6-机器人前臂，7-机器人脚，8-机器人小腿，9-机器人大腿，10-车后灯，11-车前灯，12-机器人肘关节，13-机器人膝关节，14-机器人踝关节，15、16-机器人上臂侧向运动轴，17-前武器仓，18-后武器仓。

图2是本发明的汽车变形机器人处于机器人模式时的结构示意图，其中：

1-车前舱，2-驾驶室，3-驾驶室入口，4-机器人上臂，5-机器人手，6-机器人前臂，7-机器人脚，8-机器人小腿，9-机器人大腿，10-车后灯，11-车前灯，12-机器人肘关节，13-机器人膝关节，14-机器人踝关节，15、16-机器人上臂侧向运动轴，17-前武器仓，18-后武器仓，19-动力舱，20-车架。

图3(a)是现有技术中一种汽车变形机器人处于汽车模式时腿部结构示意图；图3(b)是现有技术中一种汽车变形机器人处于汽车模式时腿部结构示意图，其中：1-1-机器人脚，1-2-机器人小腿，1-3-机器人髋关节，1-4-机器人膝关节，1-5-后轮，1-6-机器人大腿，1-7-车架。

图4(a)是本发明的汽车变形机器人处于汽车模式时腿部结构示意图；图4(b)是本发明的汽车变形机器人处于汽车模式时腿部结构示意图，其中：2-1-机器人脚，2-2-机器人小腿，2-3-机器人大腿，2-4-液压关节，2-5-后轮，2-6-动力舱，2-7-车架。

图5是本发明的汽车变形机器人处于机器人模式时的另一结构示意图，其中：7-机器人脚，8-机器人小腿，9-机器人大腿，19-动力舱，20-车架，21-前轮，22-后轮，23-机器人髋关节，24-机器人肩关节。

图6是本发明的汽车变形机器人在汽车形态与机器人形态之间变换的流程图。

图7是本发明汽车变形机器人的脚踝连接结构图，其中：7-1-外脚踝轴，7-2-内脚踝液压缸，7-3-内脚踝滑块，7-4-脚安装轴，8-1-小腿外壁，8-2-小腿内壁。

图8是本发明汽车变形机器人的上臂与车前桥的连接结构图，其中：25-车前桥壳体，26-差速器，27-传动半轴，28-传动半轴万向节，4-1-上臂前后摆动液压关节，29-转向机，30、36-转向拉杆，31、32-转向销，4-2-上臂侧向摆动液压缸，4-3-上臂侧向摆动液压缸销，33-前轮毂，34-刹车盘，4-4、4-5-上臂侧向摆动轴，35-转向羊角轴，37-轮胎，38、39、40-轴承。

图9是本发明汽车变形机器人的肩关节结构示意图，其中：41、42-车前桥，24-1-液压关节转子，24-2-连接盘，24-3-液压关节定子，24-4-侧向展臂液压缸，24-5、24-6-上臂连接点，24-7-侧向展臂液压缸连接点。

图10是本发明汽车变形机器人处于作战模式下的结构示意图，其中1-车前舱，2-驾驶室，43-左臂，44-右臂，19-动力舱，21-前轮，22-后轮，45-山体，17-1-左臂武器，17-2-右臂武器。

具体实施方式

为了使公众能充分了解本发明的技术实质和有益效果，申请人将在下面结合附图对本发明的具体实施方式详细描述，但申请人对实例的描述不是对技术方案的限制，任何依据本发明构思作形式而非实质的变化都应当视为本发明的保护范围。

如图1和图5所示，本发明提供的汽车变形机器人处于汽车形态时，车身为整体结构，整体车架与车前桥(前轮装在车前桥上)和后方动力舱融为一体，任何变化和运动中它们的相对位置均保护不变，也不与其他部分产生干涉，能安装动力位置、传动系统和操控系统。与现今后置发动机前轮驱动的汽车主体结构基本相同，可用现代汽车技术轻易实现。

结合图2，本发明提供的汽车变形机器人，主要包括机身主体、连接于机身主体上部的头部机构、连接于机身主体上部两侧的手臂机构和连接于机身主体下部两侧的腿部机构，其中：

机身主体，又包括胸部机构、肩部机构、腰部机构、腹部机构和背部机构，其中，胸部机构由汽车的车前舱1形成，所述肩部机构由汽车的车前桥形成，腹部机构由汽车的车架20后半部及车底后部形成，车架20后半部的上方设有动力舱19，动力舱19形成机器人的腰部机构，在变形前后均可以保持原有位置不变稳定的工作，背部机构则由车架20的前半部形成。

头部机构由汽车的驾驶室2形成，该头部机构包括由设在驾驶室上方的驾驶室入口3形成的头顶；驾驶室2内还安装有用于操控汽车与机器人形态变换的操控系统，在由汽车形态变为机器人形态时，操控系统通过电控方式使车前舱1向车底方向翻转构成胸部机构，使汽车的驾驶室2向车前舱1方向翻转构成头部机构，在由机器人形态变为汽车形态时，则通过电控方式使头部机构向背部机构方向翻转并构成汽车驾驶室。

手臂机构又包括机器人上臂4和装有机器人手5的机器人前臂6，机器人上臂4通过液压关节连接在车前桥上，车前桥上还安装有前轮21，前轮21与机器人上臂4的液压关节同轴，机器人前臂6通过液压关节(即机器人肘关节12)与机器人上臂4连接构成车前膀，在车前膀上方的机器人上臂4上设有前武器仓17。

结合图8，本发明中，车前桥为圆桶状结构，内部装有安装转向机29，转向拉杆36，差速器26，传动半轴27，与在现有后置发动机前轮驱动的汽车中的功能一致，转向拉杆36为转向机29到车前桥之间的传力杆，传动半轴27是汽车驱动桥里面的传力杆，在差速器26到前轮之间，安装在动力舱19内的发动机与车前桥通过传动轴(现有结构，图中未示出)传输动力，车前桥与前轮通过传动半轴27传输动力。上臂前后摆动液压关节4-1上装有上臂侧向摆动液压缸4-2，上臂侧向摆动液压缸销4-3插设于上臂内并和上臂侧向摆动液压缸4-2连接，上臂前后摆动液压关节4-1通过上臂侧向摆动轴4-4和4-5与上臂30连接，传动半轴27的前端通过传动半轴万向节28与通过轴承39安装在转向羊角轴35上的刹车盘34连接，刹车盘34的前端安装在前轮的前轮前轮毂33上，在前轮毂33两端装有轮胎37，转向羊角轴35通过转向销31、32固定到车前桥壳体25内部，从而，车前桥在两端外圆面上装有液压关节连接上臂，上肢的运动与车轮互不干涉。

机器人前臂6通过液压关节驱动靠紧机器人上臂4构成车前膀，为使车前膀结构紧凑，机器人上臂4末端设有凸起，机器人前臂6内部为与上述凸起相适配的凹槽，凸起与凹槽经翻转后嵌合在一起使机器人前臂6的末端与机器人上臂4及机器人手5的前侧紧密吻合共同构成车前膀，前轮在变化后也保持原有的状态。

结合图5，机器人肩关节24的结构如图9所示，该结构采用的液压关节包括液压关节转子24-1和液压关节定子24-3，液压关节转动体与机器人上臂的连接盘24-2通过液压关节定子24-3套装在车前桥上，连接盘24-2上设有直接与上臂连接的两个上臂连接点24-5、24-6，连接盘24-2上还具有通过液压缸与上臂连接的侧向展臂液压缸连接点24-7，从而，当液压关节转子24-1在液压关节定子24-3上产生转动时，机器人上肢前后摆动，当侧向展臂液压缸24-4伸缩时，上臂以上臂连接点24-5、24-6为轴产生侧向摆动。另外，本发明中，机器人髋关节23的结构与机器人肩关节24的结构一致。

而现有技术中机器人双臂伸直双肩内折隐藏车下，难以与车身稳固连接，前轮装于上臂，变化和运动时随上臂与车身形成角度和相对运动，在结构上难以实现汽车动力传递和机器运动兼顾。

连接于机身主体下部两侧的腿部机构，包括：通过液压关节连接在汽车车架20后端的机器人大腿9，通过液压关节(即机器人膝关节)与机器人大腿9连接的机器人小腿8，机器人脚7通过液压关节(即机器人踝关节14)安装在机器人小腿8上，后轮22通过悬挂减震系统安装在机器人大腿9上，后轮22位于机器人大腿9后侧，形成机器人臀部。为使车后膀结构紧凑，机器人大腿9后侧设为与机器人小腿8后侧结合面相吻合的形状，机器人小腿8前侧则设为与机器人脚7的脚背相吻合的形状，在变形时，机器人小腿8通过液压关节屈膝靠紧机器人大腿9，机器人脚7向前翻转靠紧机器人小腿8，构成车后膀，车后膀的前侧又与车前膀的前侧紧密吻合，在车后膀上方的机器人大腿9上设有后武器仓18。

现有技术中，车架1-7后部末端在车的中部与机器人髋关节1-3相连，连接点在车的中部，机器人大腿1-6和机器人小腿1-2通过机器人膝关节1-4连接，后轮位于机器人大腿1-6和膝盖中间，变成机器人后，后轮1-5在大腿1-6中间外侧位置。由于车架1-7后部末端在汽车中部，也是机器人髋关节1-3连接点，车最后端是膝关节1-4，汽车模式下机器人脸朝下，双腿屈膝折叠把双脚1-1置于车的中部下方，如图3(a)和图3(b)所示。

本发明车架2-7后端用液压关节2-4与机器人大腿2-3连接，液压关节2-4就是机器人的髋关节，后轮2-5安装在大腿2-3上与髋关节不同轴(现有设计未见有髋关节设计)，变成机器人后就是机器人臀部。通过液压关节屈膝小腿2-2靠紧大腿2-3，脚2-1向前翻转靠紧大腿，变成车后膀，车架2-7后侧还设有动力舱2-6，如图4(a)和图4(b)所示。

本发明的汽车变形机器人脚踝连接结构如图7所示，机器人的小腿包括位于小腿前后侧的小腿外壁8-1和位于小腿两侧的小腿内壁8-2，小腿外壁8-1脚踝处装有外脚踝轴7-1，小腿内壁8-2的脚踝处装有内脚踝液压缸7-2和内脚踝滑块7-3，脚安装轴7-4的端部连接在脚踝滑块7-3上，内脚踝液压缸7-2通过伸缩带动内脚踝滑块7-3运动时，脚安装轴7-4以外脚踝轴7-1为圆心转动，使安装在脚安装轴7-4上的脚产生向外翻转，并且不影响脚以脚安装轴7-4为轴上下运动，完全实现了人的脚踝功能。

另外，本发明的汽车变形机器人还可保留现有汽车的车前灯11及车后灯10，以用于照明。

本发明汽车变形机器人形态变换过程如图6所示，以从汽车形态向机器人形态变换为例：

步骤a，车后髋在液压关节的作用下向两侧分开同时，机器人脚展开着地；

步骤b和c：随着车后膀在髋液压关节作用下向下车前部和车体被抬起，同时机器人脚关节和髋关节配合膝关节逐渐展开，车后膀完全变成下肢站立，机器人前臂展开配合车前膀变成上肢；

步骤d：车前舱向下转动变成胸部，驾驶室向前变成头部，驾驶室入口则为机器人头顶。

本发明的汽车变形机器人变成汽车形态后四肢朝下背部朝上就像是四肢伏地的人或猛兽，只要四肢撑地就可以爬行，也可以瞬间站立变成机器人行走，本发明在结构上紧凑巧妙，稳固，即保证了车的行驶功能又保证了变成机器人后的行走和运动功能。

本发明汽车变形机器人以汽车模式行进时，前武器仓17和后武器仓18可分别对前后打击，如图1所示；当以机器人模式站立或行走时可调整双臂角度射击，如图2所示；当以机器人模式坐在地上时则可通过调整身体姿态，用上肢武器同时对高处、低处和空中目标进行打击，如图10所示，利用左臂43处的17-1-左臂武器朝向山体45低处射击，利用右臂44处的右臂武器17-2朝向山体45的顶部射击。