专利名称：六轮/腿半球形外壳探测机器人的制作方法
技术领域：
本实用新型属于星球探测设备领域，特别涉及一种适用 于星球探测的六轮/腿半球形外壳探测机器人。
背景技术：
随着星球探测领域研究的不断兴起，对不同运动形式， 能够更好的适应复杂探测环境的机器人有着越来越广泛的 需求。探测机器人必须对复杂地形要有很好的适应性，还要 具有稳定高速的行驶能力。当前领域内研究有关星球探测机 器人多以轮式探测车为主，如勇气号火星探测车等，也有部 分以步行运动和履带式运动的探测机器人，按运动形式区 分，目前主要有这三种运动形式，这三者皆有其自身的优点， 但也存在运动形式单一的缺点，轮式机构越障能力差，步行 机构运动速度缓慢，控制复杂，履带式运动磨损快，由于这 些缺陷的存在，大大降低了探测机器人对各种不同复杂环境 的适应能力。发明内容本实用新型需要解决的技术问题是，针对当前已知技术 中轮式探测车对复杂地貌适应能力差、现有的足式步行探测 机器人运动速度慢、控制较复杂等诸多不足之处，就要提出 改进的方案，本实用新型的目的是提供一种六轮/腿半球形 外壳探测机器人，该探测机器人可根据实际的地形地貌改变 自身运动方式以适应复杂的特殊环境，综合了多足稳定性 好、步行适应性强、轮式行驶速度快等多方面优点，实现优 势互补。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案如下一种六轮/腿半球形外壳探测机器人，包括本体和连接 在本体上的运动机构，其特征在于所述的本体包括上、下 底盘，位于上端的视觉机构以及半球形外壳，其中上、下底 盘由平行放置的两层圆形盘式结构组成，该构件夹层内设置 有供机器人运动的能源模块，在上下底盘之间圆周边缘平均 分布有作为运动机构的六支轮/腿结构；位于上底盘中部设 有支撑负载的隔层支撑构件，该支撑构件固定着可升降的所 述视觉机构，该视觉机构的周向旋转和俯仰运动的由三个锥 齿轮相互啮合的组件。通过两个主动锥齿轮的同向和异向旋 转，带动第三个齿轮上下俯仰和周向旋转，该组件则与视觉 元件连接实现功能；半球形本体外壳结构可以将机器人驱动 器、控制器以及部分传感器密闭于其内部，实现保护作用以 抵抗恶劣的外部环境；半球形本体外壳表面布满太阳能电 池，不需要转动角度来接收光能，在相同体积下拥有最大的 接收面积。所述运动机构由六支轮/腿状运动结构共同组成，该结 构为同时具有腿、轮式运动的混合机构，各轮、腿相互独立， 腿部具有在水平和竖直方向扭转的各个关节，腿部末端轮与 步行的足有共同的旋转轴，可以实现轮式运动及步行运动等 各种运动方式，通过步行的足的旋转收放实现运动形式的改 变。所述视觉机构的锥齿轮组，包括两个同向异向旋转的主 动锥齿轮和俯仰及周向旋转的第三个锥齿轮。六组运动机构其运动关节采用模块化设计，所述腿部各 关节，每个关节都由一个电机带动一对锥齿轮啮合，传递关 节在空间中的转动速度和角度，实现运动姿态的改变。在六条腿中有两条具有操作臂的功能，可以实现较复杂 的探测操作。如搬运物体，拆装零部件等。概括而言，运动机构由6组结构基本相同且相互独立的 腿轮式的混合机构组成。所述的腿各关节，每条腿具有4个 转动关节，自上而下分别为①横摆关节，②髋关节，③膝关节，④踝关节。该机器人中的视觉机构，在非工作状态下该机构可以收縮 在机器人本体内部，在工作状态下可以升出本体；三个锥齿 轮中两个由电机控制的主动锥齿轮，通过同向和异向转动带 动第三个锥齿轮精确实现圆周运动和俯仰运动。 当机器人以轮式运动进行前进时，足旋转收起，此时同轴的 轮与地面接触，六组轮腿结构通过横摆关节控制，形成三前 三后的布局，通过对轮的运动控制完成轮式运动。此外，机器人还可以实现轮腿混合式的运动，腿的运动 同时带动轮子的运动，如滑旱冰的运动方式。还可在车身上安装附属设施，进行特殊环境下的操作。 本实用新型的有益效果是1、 可通过改变机器人不同的运动方式来适应特殊环境 在探测车行进过程中，会遇到各种复杂特殊的地形地貌，如遇地势崎岖时， 一般轮式探测车则无法通过，类似的在完 成较大范围的探测任务时，步行机器人由于其运动缓慢，降 低了工作效率，而本实用新型实现了在一个机器人本体上的 运动机构具备了同时适合各种不同工作环境的能力。本实用 新型有着很好的适应性和通过性，本实用新型的机器人本体 的高低也可通过大小腿的俯仰折叠进行调节，当腿全部伸展 时，有着很好的通过性和越障性。2、 便于运输和储存由于星球探测器发射和运载问题是 一 个非常关键的设 计考虑因素，本实用新型设计本体体积较传统探测器縮小很 多，且腿可以有很大的收縮空间，便于发射和运载，为了更 好的适应探测工作，本实用新型机器人还可以以编队群组进 行探测任务，单个机器人体积很小，但并不影响整体的工作 能力。3、 本实用新型兼有足式步行机构和轮式行驶机构的优 点，实现了优势互补当在比较平坦的地面上行进时，通过腿部关节调整至轮 式运动位置，末端切换至轮式结构，使之作为轮式探测车快速行驶，具有稳定高速的行驶能力。当轮腿结构调整为步行 运动时，就成为足式步行探测机器人，具有比较好的机动性， 同时，机器人还可采用轮腿混合的运动方式，以更好的提高 机动性和工作效率，行进过程中，可更好地观察周围环境， 可以适应崎岖复杂的地形环境，在行驶过程中，六条腿之间 不会发生行走交叉干涉，而且当个别腿出现故障时也不会失 去运动能力。4、通过机器人的步态规划，六组轮腿可以实现多种运动 方式，实现零半径转弯。通过机器人各关节的协调机器人可以实现以下几种步态 形式三前三后，各腿错位前进；小腿和横摆协调前进；大 小腿和横摆协调前进。5 、探测机器人两条腿可以实现操作臂功能，完成如搬运、 零件拆装等任务。6、可通过安装各种附加装置，如采样器等，进行特殊环 境下的灵活可靠的操作。本实用新型作为星球探测的一个终端平台，可在其上安 装各种附加装置，以在特殊的环境下进行灵活可靠的操作， 完成探测任务。
图1A、 1B是本实用新型六轮/腿半球形外壳探测机器人 的实体示意图。图2A、 2B是本实用新型六轮/腿半球形外壳探测机器人 以轮式前进时的结构状态图。图3A是本实用新型六轮/腿半球形外壳探测机器人全 部收縮时的变形图(体积最小)。图3B是本实用新型六轮/腿半球形外壳探测机器人大腿 小腿全部径向方向展开时的变形图。图4A是本实用新型六轮/腿半球形外壳探测机器人器 人视觉机构图放大图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进 一 步说明。参照图1A、 1B—图2A、 2B所示为本实用新型六轮/腿半 球式本体新型探测机器人的 一 种实施例，该探测机器人包括 本体及运动机构，图中l为位于机器人上部的视觉系统，本 实用新型在本体中央安装图像视觉设备，使之可在复杂 危险的环境下进行灵活可靠的操作，完成探测任务，它 的下侧为半球外壳3，外壳下为上、下底盘，下底盘为2， 为了承受负载压力底盘底部设有底盘加固条4，六支轮腿 结构均匀分布在上、下底盘2的周边，每支腿由各自的 横摆关于5与底盘相连，通过跨部6连有髋关节7及大 腿部8，大腿部下端连有膝关节9和小腿10，最下面为 踝关节11，关节之外还设有关节端盖12,位于最上面的 视觉系统由支撑部分视觉系统隔层14所支撑，在上底盘 15的上方依次有第1隔层13和第二隔层16,位于最下 边的是步行运行构件17和轮式运动构件18，运动机构由 6组结构相同且相互独立的腿轮式的混合机构组成，每条腿 各具有4个转动关节，自上而下分别为横摆关节5，实现横 摆功能；髋关节7，实现机器人俯仰；膝关节9，与髋关节 共同完成蹲起，同时实现一种形式的步态运动；踝关节ll， 踝关节用于轮腿切换的关节，通过足的放下与抬起完成运动 方式的改变。每个独立的运动机构共5个自由度。当探测机器人的6组轮/腿以轮式前进时，如图2A、 2B 所示，就可在较为平缓的地面以较高速度运动了；当通过步 行方式前进时，步行运动构件17向下旋转，成为运动足， 配合每条腿随着步态的需求横摆关节5、胯关节7、膝关节9 的转动，实现步行运动。本实用新型六轮/腿半球形外壳探测机器人通过运动机 构各关节的转动，可以有效地调整自身体积，保证方便运输。 如图3A所示的机器人各腿全部收縮至最小体积，图3B所 示的机器人各腿全部伸展达到最大机体半径。根据需要进行 调整。
权利要求1.一种六轮/腿半球形外壳探测机器人，包括本体和连接在本体上的运动机构，其特征在于所述的本体包括上、下底盘，位于上端的视觉机构以及半球形外壳，其中上、下底盘由平行放置的两层圆形盘式结构组成，该构件夹层内设置有供机器人运动的能源模块，在上下底盘之间圆周边缘平均分布有作为运动机构的六支轮/腿结构；位于上底盘中部设有支撑负载的隔层支撑构件，该支撑构件固定着可升降的所述视觉机构，该视觉机构的周向旋转和俯仰运动由三个锥齿轮相互啮合的组件组成。
2. 根据权利要求l所述的六轮/腿半球形外壳探测机器 人，其特征在于所述运动机构由六支轮/腿混合运动结构 组成，该结构为同时具有腿、轮式运动的混合机构，各轮、 腿相互独立，腿部具有在水平和竖直方向扭转的各个关节， 腿部末端轮与步行的足有共同的旋转轴。
3. 根据权利要求1所述的六轮/腿半球形外壳探测机器 人，其特征在于所述视觉机构相互啮合组件，包括两个可 以同向异向旋转的主动锥齿轮和俯仰及周向旋转的第三个 锥齿轮。
4. 根据权利要求1所述的六轮/腿半球形外壳探测机器 人，其特征在于所述腿部各关节，每个关节都由一个电机 带动一对传递关节在空间转动速度和角度的锥齿轮啮合组 件。
5. 根据权利要求l或4所述的六轮/腿半球形外壳探测 机器人，其特征在于所述的腿各关节，每条腿具有4个转 动关节，自上而下分别为①横摆关节，②髋关节，③膝关节， ④踝关节。
6. 根据权利要求1所述的六轮/腿半球形外壳探测机器 人，其特征在于半球形本体的外壳表面布满太阳能电池。
专利摘要一种六轮/腿半球形外壳探测机器人，属于星球探测设备领域，包括本体和连接在本体上的运动机构，所述的本体包括上下底盘，位于上端的视觉机构以及半球形外壳，其中上下底盘由平行放置的两层圆形盘式结构组成，该构件夹层内设置有能源模块，在上下底盘之间圆周边缘平均分布有六支轮/腿结构；位于上底盘中部设有隔层支撑构件，该支撑构件固定着可升降的所述视觉机构，可通过改变机器人不同的运动方式来适应特殊环境，本实用新型兼有足式步行机构和轮式行驶机构的优点，六组轮腿可以实现多种运动方式，实现零半径转弯，探测机器人两条腿可以实现操作臂功能，可通过安装各种附加装置，进行特殊环境下的灵活可靠的操作。
文档编号B62D57/00GK201120914SQ20072017342
公开日2008年9月24日 申请日期2007年9月28日 优先权日2007年9月28日
发明者丁希仑, 坤 徐, 王志英, 石旭尧 申请人:北京航空航天大学