一种具有双足步行与轮式移动转换功能的机器人运动机构的制作方法

本发明涉及一种机器人运动机构，特别涉及一种具有双足步行与轮式移动转换功能的机器人运动机构，属于机器人技术领域。

背景技术：

近年来，移动式机器人技术不论在工业还是在民用领域的应用都有飞速的发展，不论是履带式机器人，双足机器人，还是轮式机器人都有着越来越广泛的应用。其中，履带式机器人适用于松软的地形；轮式移动机器人能够高速运动，但易受环境限制；双足机器人可以适应各种复杂的地形，但是移动速度较慢。

现有的移动式机器人通常具有单一的运动模式，常常无法满足工作需求。少数具有模式切换功能的移动式机器人，则需要额外的执行机构来实现(如升降式机构)，增加了机器人系统的复杂性。

技术实现要素：

本发明要实现的技术目的为：(1)实现机器人双足步行；(2)实现机器人轮式移动；(3)两种运动模式可以相互切换；(4)切换过程不需要额外的执行机构。

为了实现上述目的，本发明提供了一种机器人运动机构，运动机构包括连接组件、连接在连接组件上的滚动组件及连接在连接组件上的步行组件；运动机构能够在第一工作状态和第二工作状态之间切换；当运动机构处于第一工作状态时，滚动组件的底部接触地面，步行组件的底部离开地面；当运动机构处于第二工作状态时，步行组件的底部接触地面，滚动组件的底部离开地面。

进一步地，滚动组件和步行组件分别连接在连接组件的两侧，滚动组件和步行组件均能够转动。

更进一步地，连接组件包括连接组件本体和减速电机，连接组件本体内具有减速电机安装孔，减速电机安装在减速电机安装孔内并固定。

更进一步地，滚动组件包括直流电机和轮胎，直流电机由内转子、外转子、定子、定子底盘、支撑杆组成，定子安装在定子底盘，内转子和外转子通过支撑杆连接形成直流电机的转子，轮胎安装在外转子的外表面。定子采用线圈，内转子是直流电机的旋转轴，内转子位于线圈内。

更进一步地，步行组件包括脚部支撑件和脚踝连接件，脚踝连接件分别连接在脚部支撑件和减速电机的转子。脚部支撑件的底面与减速电机输出轴保持平行。脚部支撑件具有一个弧形凹槽，弧形凹槽的半径大于轮胎外径。脚部支撑件的后跟设置成圆弧形。

进一步地，运动机构还包括一连接杆，连接杆的一端固定于连接组件，连接杆的另一端与机器人的主体连接。

本发明的有益效果：(1)实现机器人双足步行；(2)实现机器人轮式移动；(3)双足步行与轮式移动可自由切换；(4)运动模式切换无需额外的执行机构。

附图说明

图1是本发明一个较佳实施例中的轮式机构示意图：

图2是本发明一个较佳实施例中的腿部结构示意图；

图3是本发明一个较佳实施例中的腿部结构装配示意图；

图4是本发明一个较佳实施例中的运动机构整体示意图；

图5是本发明一个较佳实施例中的运动机构步行模式切换到轮式移动模式的实施流程图，此流程依次包括(a)初始状态；(b)腿部连接杆前倾；(c)腿部连接杆直立；(d)脚部支撑件收起；

图6是本发明一个较佳实施例中的运动机构轮式移动模式切换到步行模式实施流程图，此流程依次包括(a)初始状态；(b)脚底支撑件下放至地面；(c)身体前倾，同时脚底支撑件进一步下放；(d)脚底接触地面，切换结束；

其中：1-轮胎，2-外转子，3-线圈(定子)，4-内转子；5-支撑杆；6-转动轴承；7-定子底盘；8-连接件；9-减速电机；10-减速电机安装孔；11-减速电机输出轴螺纹；12-减速电机定位孔；13-腿部连接杆；14-腿部连接法兰；15-腿部连接安装孔；16-减速电机定子；17-减速电机转子；18-减速电机安装螺纹；19-连接件安装螺纹；20-连接件平台；21-连接件通孔；22-脚踝连接件；23-脚部支撑件；24-脚踝连接件安装孔；25-凹槽；26-脚后跟。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

内容包括：本发明需在轮式机构的轴向布置驱动步行的减速电机，运动模式的切换由该减速电机完成，机器人单腿结构具体如下。

如图1所示，轮式机构由一个直流电机和轮胎1组成。直流电机的线圈3作为定子固定不动，通电时带动直流电机的外转子2进行转动，外转子2由支撑杆5加以固定。直流电机的内转子4作为旋转轴通过支撑杆5与外转子2相连，保证在转动过程中定子与转子的同轴度。轮胎1直接包裹在外转子2上，当线圈3通电时带动外转子2旋转进而带动轮胎1转动。

如图2所示，在轮式机构的另一侧，转动轴承6与直流电机外转子2固定连接，定子底盘7与直流电机定子(线圈3)固定连接，转动轴承6与轮胎1为同步转动。定子底盘7上有凸台，连接件8与腿部连接杆13和减速电机9相连。减速电机9外部定子上有安装输出轴螺纹11，还带有减速电机定位孔12。螺丝通过减速电机安装孔10并固定在减速电机安装螺纹18，进而将减速电机9与连接件8固定，减速电机定子16自然就与连接件8保持固定了。

如图3所示，连接件8上侧有平台20，平台20上有安装螺纹19，螺丝通过腿部连接法兰14上的腿部连接安装孔15将腿部连接杆13与连接件8固定。连接件8侧部有通孔21，减速电机转子17通过该通孔21与外部连接。减速电机9应与轮式机构保持同轴。

如图4所示，螺丝通过脚踝连接件安装孔24将脚踝连接件22与减速电机转子17固定，脚踝连接件22与脚部支撑件23以任意方式固定连接。脚底平面应与减速电机9输出轴保持平行。脚后跟26为圆弧形，保证运动模式切换过程的稳定性。脚部支撑件23靠近轮胎1的一侧有凹槽25，略大于轮胎1外径，在轮式移动模式下对轮式机构起一定的保护作用。脚底平面与减速电机输出轴的距离应大于轮胎1外径，保证在步行模式下轮胎与地面不接触。

从步行模式切换到轮式移动实施过程如下：

1、脚部支撑件保持固定，减速电机转动带动腿部连接杆前倾；

2、脚踝减速电机锁死，由机器人腿部以上电机带动腿部连接杆直立；

3、脚踝减速电机转动，收起脚部支撑件。

从轮式移动切换到步行模式实施过程如下：

1、脚踝减速电机带动脚部支撑件转动，直至脚后跟接触地面；

2、脚踝减速电机进一步转动，同时机器人上身调整重心略微前倾；

3、脚踝减速电机保持转动，重心保持前倾直至脚底平面接触地面。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种具有双足步行与轮式移动转换功能的机器人运动机构，运动机构包括连接组件、连接在连接组件上的滚动组件及连接在连接组件上的步行组件；运动机构能够在第一工作状态和第二工作状态之间切换；当运动机构处于第一工作状态时，滚动组件的底部接触地面，步行组件的底部离开地面；当运动机构处于第二工作状态时，步行组件的底部接触地面，滚动组件的底部离开地面。本发明的有益效果：(1)实现机器人双足步行；(2)实现机器人轮式移动；(3)双足步行与轮式移动可自由切换；(4)运动模式切换无需额外的执行机构。

技术研发人员：曹俊亮
受保护的技术使用者：上海岭先机器人科技股份有限公司
技术研发日：2017.04.11
技术公布日：2017.08.01