一种四模块可变形移动机器人的制作方法

本实用新型涉及移动机器人机构，具体地说是一种四模块可变形移动机器人。

背景技术：

目前，移动机器人的作业环境越来越复杂，其工作环境既可能是城区和建筑物的结构化环境，也有可能是自然状态下复杂、未知多变的非结构环境，甚至是一些危险的环境或极限环境。在执行某些特定任务时，面临着复杂的地形和环境，移动机器人平台的运动能力和环境适应能力十分关键。

技术实现要素：

为了适应移动机器人不同作业环境，本实用新型的目的在于提供一种四模块可变形移动机器人。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

本实用新型包括结构相同的模块A、模块B、模块C及模块D，每个模块内均设有使模块移动的驱动关节，每个模块的两侧分别设有用于与相邻模块连接的偏转关节及俯仰关节；所述驱动关节包括履带驱动电机、履带轮及履带，每个所述模块的前后两端均设有通过履带连接的履带轮，其中一端的履带轮内设有安装在移动机器人壳体上的履带驱动电机，该端的所述履带轮与履带驱动电机转动连接，并与履带驱动电机的输出端相连；所述俯仰关节包括模块俯仰电机及俯仰连杆，模块俯仰电机位于另一端的履带轮内，该端的所述履带轮与模块俯仰电机转动连接，所述俯仰连杆位于模块的一侧，一端与所述模块俯仰电机的输出端相连，另一端与相邻模块的偏转关节连接；所述偏转关节包括模块偏转电机、偏转蜗杆、偏转蜗轮及偏转连杆，该模块偏转电机安装于模块的壳体内，输出端连接有偏转蜗杆，所述偏转蜗轮的轮轴转动安装在模块的壳体上，该偏转蜗轮与所述偏转蜗杆啮合传动，所述偏转连杆的一端与偏转蜗轮的轮轴连动，另一端与相邻模块的所述俯仰连杆相连；

其中：所述模块A的俯仰连杆的另一端与模块B一侧的偏转连杆的另一端相连，该模块B另一侧的俯仰连杆的另一端与所述模块C一侧的偏转连杆的另一端相连，该模块C另一侧的俯仰连杆的另一端与所述模块D一侧的偏转连杆的另一端相连；

本实用新型包括模块A、模块B、模块C及模块D，每个模块内均设有使模块移动的驱动关节，其中模块B及模块C结构相同，两侧分别设有偏转关节及俯仰关节，所述模块A的一侧设有与模块B的偏转关节相连的俯仰关节，所述模块D的一侧设有与模块C的俯仰关节相连的偏转关节，所述模块B的俯仰关节与模块C的偏转关节相连；所述驱动关节包括履带驱动电机、履带轮及履带，每个所述模块的前后两端均设有通过履带连接的履带轮，其中一端的履带轮内设有安装在移动机器人壳体上的履带驱动电机，该端的所述履带轮与履带驱动电机转动连接，并与履带驱动电机的输出端相连；所述俯仰关节包括模块俯仰电机及俯仰连杆，模块俯仰电机位于另一端的履带轮内，该端的所述履带轮与模块俯仰电机转动连接，所述俯仰连杆位于模块的一侧，一端与所述模块俯仰电机的输出端相连，另一端与相邻模块的偏转关节连接；所述偏转关节包括模块偏转电机、偏转蜗杆、偏转蜗轮及偏转连杆，该模块偏转电机安装于模块的壳体内，输出端连接有偏转蜗杆，所述偏转蜗轮的轮轴转动安装在模块的壳体上，该偏转蜗轮与所述偏转蜗杆啮合传动，所述偏转连杆的一端与偏转蜗轮的轮轴连动，另一端与相邻模块的所述俯仰连杆相连；

其中：所述偏转蜗轮的轮轴两端均通过轴承与安装在壳体上的轴承座转动连接，该轮轴的上方设有安装在所述壳体上的电位计；

所述履带驱动电机外的履带轮上固接有端面法兰，该端面法兰与所述履带驱动电机的输出端相连，由履带驱动电机驱动该端的履带轮旋转，进而通过所述履带带动另一端的履带轮同步旋转。

本实用新型的优点与积极效果为：

1.本实用新型具有模块化、可重构、扩展性强等特点，可根据实际环境需要变形成复杂的构型。

2.本实用新型在偏转蜗轮的轮轴上方设置了电位计，作为位置反馈，有效提高了机器人的变形精度。

3.本实用新型的偏转关节采用偏转蜗杆与偏转蜗轮传动，具有偏转角度自锁功能。

附图说明

图1为本实用新型并排变形示意图；

图2为本实用新型三角变形示意图；

图3为本实用新型直线变形示意图；

图4为本实用新型对称变形示意图；

图5为本实用新型模块的内部结构示意图；

图6为本实用新型的变形图；

其中：1为模块A，2为模块B，3为模块C，4为模块D，5为驱动关节，501为履带驱动电机，502为履带轮，6为偏转关节，601为模块偏转电机，602为偏转蜗杆，603为偏转蜗轮，604为偏转连杆，7为俯仰关节，701为模块俯仰电机，702为俯仰连杆，8为中间壳体，9为侧板。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详述。

实施例一

如图5所示，本实用新型包括结构相同的模块A1、模块B2、模块C3及模块D4，每个模块内均设有使模块移动的驱动关节5，每个模块的两侧分别设有用于与相邻模块连接的偏转关节6及俯仰关节7。移动机器人壳体由中间壳体8及两侧固接的侧板9组成。

驱动关节包括履带驱动电机501、履带轮502及履带，每个模块的前后两端均设有通过履带连接的履带轮502，其中一端的履带轮502内设有安装在移动机器人壳体上的履带驱动电机501，履带驱动电机501的电机座固接在两侧的侧板9上，该端的履带轮502通过轴承与履带驱动电机501的电机座转动连接；履带驱动电机501外的履带轮502上固接有端面法兰，该端面法兰与履带驱动电机501的输出端相连，由履带驱动电机501驱动该端的履带轮502旋转，进而通过履带带动另一端的履带轮502同步旋转。

俯仰关节7包括模块俯仰电机701及俯仰连杆702，模块俯仰电机701位于另一端的履带轮502内，模块俯仰电机701的电机座固接在两侧的侧板9上，该端的履带轮502通过轴承与模块俯仰电机701转动连接。俯仰连杆702位于模块的一侧，一端与模块俯仰电机701的输出端相连，另一端与相邻模块的偏转关节6连接，可以驱动模块进行俯仰运动。

偏转关节6包括模块偏转电机601、偏转蜗杆602、偏转蜗轮603及偏转连杆604，该模块偏转电机601安装于模块的壳体内，输出端通过一对直齿轮啮合传动与偏转蜗杆602连接、带动偏转蜗杆转动，偏转蜗轮603的轮轴两端均通过轴承与固定在壳体上的轴承座转动连接，该轮轴的上方设有安装在壳体上的电位计。偏转蜗轮603与偏转蜗杆602啮合传动，由偏转蜗杆602带动偏转蜗轮603转动，最终实现偏转蜗轮603的轮轴转动。偏转连杆604的一端与偏转蜗轮603的轮轴连动，另一端与相邻模块的俯仰连杆702相连，实现相邻模块的水平运动。

本实施例中模块A1的俯仰连杆702的另一端与模块B2一侧的偏转连杆604的另一端相连，该模块B2另一侧的俯仰连杆702的另一端与模块C3一侧的偏转连杆604的另一端相连，该模块C3另一侧的俯仰连杆702的另一端与模块D4一侧的偏转连杆604的另一端相连。

本实施例的偏转连杆604及俯仰连杆702均为内部中空结构，内部可通过线缆，用于实现可变形移动机器人相邻模块之间的电气连接。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于：本实施例的四个模块中，模块B2及模块C3结构相同，两侧分别设有偏转关节6及俯仰关节7，模块A1的一侧设有与模块B2的偏转关节6相连的俯仰关节7，模块D4的一侧设有与模块C3的俯仰关节7相连的偏转关节6，模块B2的俯仰关节7与模块C3的偏转关节6相连。其余均与实施例一完全相同。

本实用新型的变形方法为：每个模块中的模块俯仰电机701工作，通过俯仰连杆702带动相邻模块绕该模块俯仰电机701输出轴的轴线进行俯仰动作；每个模块中的模块偏转电机601工作，通过偏转蜗杆602与偏转蜗轮603的传动，带动偏转连杆604绕偏转蜗轮603轮轴的轴线摆，进而带动相邻模块进行偏转动作；通过各模块的模块俯仰电机701和/或模块偏转电机601的驱动模块A1、模块B2、模块C3及模块D4实现22种变形，并在每种变形后，至少一个模块中的履带驱动电机501工作，驱动移动机器人行走移动。如图6所示，具体的22种变形包括：

变形a，模块A1、模块B2、模块C3及模块D4呈并排设置，如图1所示；

变形b，模块A1中的模块俯仰电机701的输出轴旋转，通过俯仰连杆702带动模块B2绕模块A1的模块俯仰电机701输出轴的轴线旋转180°，同时模块B2中的模块俯仰电机701的输出轴反向旋转180°，模块A1、模块C3及模块D4的位置不变；

变形c，模块B2中的模块俯仰电机701的输出轴旋转，通过俯仰连杆702带动模块C3绕模块B2的模块俯仰电机701输出轴的轴线旋转180°，同时模块C3中的模块俯仰电机701的输出轴反向旋转180°，模块A1、模块B2及模块D4的位置不变；

变形d，模块A1中的模块俯仰电机701的输出轴旋转，模块B2、模块C3及模块D4的模块偏转电机601和模块俯仰电机701均不工作，利用该模块B2、模块C3及模块D4的反作用力，实现模块A1绕自身模块俯仰电机701输出轴的轴线旋转180°，模块B2、模块C3及模块D4的位置不变；

变形e，模块C3中的模块俯仰电机701的输出轴旋转，通过俯仰连杆702带动模块D4绕模块C3的模块俯仰电机701输出轴的轴线旋转180°，模块A1、模块B2及模块C3的位置不变；

变形f，由变形b中模块B2中的模块俯仰电机701的输出轴旋转，通过俯仰连杆702带动模块C3绕模块B2的模块俯仰电机701输出轴的轴线旋转180°，同时模块C3中的模块俯仰电机701的输出轴反向旋转180°，模块A1及模块D4的位置不变，如图2所示；或者，由变形c中模块A1中的模块俯仰电机701的输出轴旋转，通过俯仰连杆702带动模块B2绕模块A1的模块俯仰电机701输出轴的轴线旋转180°，同时模块B2中的模块俯仰电机701的输出轴反向旋转180°，模块A1及模块D4的位置不变；

变形g，由变形d中模块B2中的模块偏转电机601的输出轴旋转，通过偏转连杆604带动模块A1绕模块B2的模块偏转电机601输出轴的轴线旋转180°，模块B2、模块C3及模块D4的位置不变；

变形h，由变形d中模块A1中的模块俯仰电机701的输出轴旋转，通过俯仰连杆702带动模块B2绕模块A1的模块俯仰电机701输出轴的轴线旋转180°，同时模块B2中的模块俯仰电机701的输出轴反向旋转180°，模块C3及模块D4的位置不变；或者，由变形e中所述模块B2中的模块俯仰电机701的输出轴旋转，通过俯仰连杆702带动模块C3绕模块B2的模块俯仰电机701输出轴的轴线旋转180°，同时模块C3中的模块俯仰电机701的输出轴反向旋转180°，即由变形e变形至变形h；

变形i，由变形d中模块B2中的模块俯仰电机701的输出轴旋转，通过俯仰连杆702带动模块C3绕模块B2的模块俯仰电机701输出轴的轴线旋转180°，同时模块C3中的模块俯仰电机701的输出轴反向旋转180°，模块B2及模块D4的位置不变；或者，由变形e中模块A1中的模块俯仰电机701的输出轴旋转，通过俯仰连杆702带动模块B2绕模块A1的模块俯仰电机701输出轴的轴线旋转180°，同时模块B2中的模块俯仰电机701的输出轴反向旋转180°，即由变形e变形至变形i；

变形j，由变形e中模块D4中的模块偏转电机601的输出轴旋转，模块A1、模块B2及模块C3的模块偏转电机601和模块俯仰电机701均不工作，利用该模块A1、模块B2及模块C3的反作用力，实现模块D4绕自身模块偏转电机601输出轴的轴线旋转180°，模块A1、模块B2及模块C3的位置不变；

变形k，由变形g中模块C3中的模块俯仰电机701的输出轴旋转，通过俯仰连杆702带动模块D4绕模块C3的模块俯仰电机701输出轴的轴线旋转180°，模块A1、模块B2及模块C3的位置不变；或者，由变形f中模块A1中的模块俯仰电机701的输出轴旋转，模块B2、模块C3及模块D4的模块偏转电机601和模块俯仰电机701均不工作，利用该模块B2、模块C3及模块D4的反作用力，实现模块A1绕自身模块俯仰电机701输出轴的轴线旋转180°，模块B2、模块C3及模块D4的位置不变；然后，模块B2中的模块偏转电机601的输出轴旋转，通过偏转连杆604带动模块A1绕模块B2的模块偏转电机601输出轴的轴线旋转180°，即由变形f变形至变形k；

变形l,由变形h中模块C3中的模块偏转电机601的输出轴旋转，模块A1、模块B2及模块D4的模块偏转电机601和模块俯仰电机701均不工作，利用该模块A1及模块B2的反作用力，实现模块C3及模块D4绕模块C3的模块偏转电机601输出轴的轴线旋转180°，模块A1及模块B2的位置不变，如图4所示；

变形m，由变形j中模块A1中的模块俯仰电机701的输出轴旋转，模块B2、模块C3及模块D4的模块偏转电机601和模块俯仰电机701均不工作，利用该模块B2、模块C3及模块D4的反作用力，实现模块A1绕自身模块俯仰电机701输出轴的轴线旋转180°，模块B2、模块C3及模块D4的位置不变；

变形n，由变形l中模块C3中的模块俯仰电机701的输出轴旋转，通过俯仰连杆702带动模块D4绕模块C3的模块俯仰电机701输出轴的轴线旋转180°，模块A1、模块B2及模块C3的位置不变；

变形o，由变形i中模块D4中的模块偏转电机601的输出轴旋转，模块A1、模块B2及模块C3的模块偏转电机601和模块俯仰电机701均不工作，利用该模块A1、模块B2及模块C3的反作用力，实现模块D4绕自身模块偏转电机601输出轴的轴线旋转180°，模块A1、模块B2及模块C3的位置不变；

变形p，由变形k中模块C3中的模块俯仰电机701的输出轴旋转，通过俯仰连杆702带动模块D4绕模块C3的模块俯仰电机701输出轴的轴线旋转180°，模块A1、模块B2及模块C3的位置不变；然后，模块B2中的模块俯仰电机701的输出轴旋转，通过俯仰连杆702带动模块C3绕模块B2的模块俯仰电机701输出轴的轴线旋转180°，同时模块C3中的模块俯仰电机701的输出轴反向旋转180°，模块A1、模块B2及模块D4的位置不变；或者，由变形j中模块D中的模块偏转电机601的输出轴旋转，模块A1、模块B2及模块C3的模块偏转电机601和模块俯仰电机701均不工作，利用该模块A1、模块B2及模块C3的反作用力，实现模块D4绕自身模块偏转电机601输出轴的轴线旋转180°，模块A1、模块B2及模块C3的位置不变；然后，模块C3中的模块俯仰电机701的输出轴旋转，通过俯仰连杆702带动模块D4绕模块C3的模块俯仰电机701输出轴的轴线旋转180°；然后，模块B2中的模块俯仰电机701的输出轴旋转，通过俯仰连杆702带动模块C3绕模块B2的模块俯仰电机701输出轴的轴线旋转180°，同时模块C3中的模块俯仰电机701的输出轴反向旋转180°；再然后，模块A1中的模块俯仰电机701的输出轴旋转，模块B2、模块C3及模块D4的模块偏转电机601和模块俯仰电机701均不工作，利用该模块B2、模块C3及模块D4的反作用力，实现模块A1绕自身模块俯仰电机701输出轴的轴线旋转180°；最后，模块B2中的模块偏转电机601的输出轴旋转，通过偏转连杆604带动模块A1绕模块B2的模块偏转电机601输出轴的轴线旋转180°，即由变形j变形至变形p；

变形q，由变形n中模块A1中的模块俯仰电机701的输出轴旋转，模块B2、模块C3及模块D4的模块偏转电机601和模块俯仰电机701均不工作，利用该模块B2、模块C3及模块D4的反作用力，实现模块A1绕自身模块俯仰电机701输出轴的轴线旋转180°，模块B2、模块C3及模块D4的位置不变；

变形r，由变形m中模块B2中的模块偏转电机601的输出轴旋转，通过偏转连杆604带动模块A1绕模块B2的模块偏转电机601输出轴的轴线旋转180°，模块B2、模块C3及模块D4的位置不变；或者，由变形k中模块D4中的模块偏转电机601的输出轴旋转，模块A1、模块B2及模块C3的模块偏转电机601和模块俯仰电机701均不工作，利用该模块A1、模块B2及模块C3的反作用力，实现模块D4绕自身模块俯仰电机701输出轴的轴线旋转180°，模块A1、模块B2及模块C3的位置不变；

变形s，由变形q中模块B2的模块偏转电机601的输出轴旋转，通过偏转连杆604带动模块A1绕模块B2的模块偏转电机601输出轴的轴线旋转180°，模块B2、模块C3及模块D4的位置不变；或者，由变形p中模块B2的模块俯仰电机701的输出轴旋转，模块C3及模块D4的模块偏转电机601和模块俯仰电机701均不工作，利用该模块C3及模块D4的反作用力，实现模块B2和模块A1绕模块B2的模块俯仰电机701输出轴的轴线旋转180°，即由变形p变形至变形s；

变形t，由变形o中模块C3中的模块偏转电机601的输出轴旋转，模块A1、模块B2及模块D4的模块偏转电机601和模块俯仰电机701均不工作，利用该模块A1及模块B2的反作用力，实现模块C3和模块D4绕模块C3的模块偏转电机601输出轴的轴线旋转180°，模块A1及模块B2的位置不变，即由变形o变形至变形t；

变形u，由变形p中模块D4中的模块偏转电机601的输出轴旋转，模块A1、模块B2及模块C3的模块偏转电机601和模块俯仰电机701均不工作，利用该模块A1、模块B2及模块C3的反作用力，实现模块D4绕自身模块偏转电机601输出轴的轴线旋转180°，模块A1、模块B2及模块C3的位置不变，即由变形p变形至变形u；或者，由变形r中模块B2中的模块俯仰电机701的输出轴旋转，通过俯仰连杆702带动模块C3和模块D4绕模块B2的模块俯仰电机701输出轴的轴线旋转180°，即由变形r变形至变形u；

变形v，由变形s中模块D4中模块偏转电机601的输出轴旋转，模块A1、模块B2及模块C3的模块偏转电机601和模块俯仰电机701均不工作，利用该模块A1、模块B2及模块C3的反作用力，实现模块D4绕自身模块偏转电机601输出轴的轴线旋转180°，即由变形s变形至变形v，如图3所示；或者，由变形t中模块B2中模块偏转电机601的输出轴旋转，通过偏转连杆604带动模块A1绕模块B2的模块偏转电机601输出轴的轴线旋转180°，即由变形t变形至变形v；再或者，由变形u中模块C3中模块偏转电机601的输出轴旋转，通过偏转连杆604带动模块B2和模块A1绕模块C3的模块偏转电机601输出轴的轴线旋转180°，即由变形u变形至变形v。

本实用新型变形e变形至变形h的过程，可由以下方法替换，即模块A1中的模块俯仰电机701的输出轴旋转，模块B2、模块C3及模块D4的模块偏转电机601和模块俯仰电机701均不工作，利用该模块B2、模块C3及模块D4的反作用力，实现模块A1绕自身模块俯仰电机701输出轴的轴线旋转180°，模块B2、模块C3及模块D4的位置不变；然后，模块A1中的模块俯仰电机701的输出轴旋转，通过俯仰连杆702带动模块B2绕模块A1的模块俯仰电机701输出轴的轴线旋转180°，同时模块B2中的模块俯仰电机701的输出轴反向旋转180°；再然后，模块C3中模块俯仰电机701的输出轴旋转，通过俯仰连杆702带动模块D4绕模块C3的模块俯仰电机701输出轴的轴线旋转180°，即变形e变形至变形h。

本实用新型变形e变形至变形i的过程，可由以下方法替换，即模块A1中的模块俯仰电机701的输出轴旋转，模块B2、模块C3及模块D4的模块偏转电机601和模块俯仰电机701均不工作，利用该模块B2、模块C3及模块D4的反作用力，实现模块A1绕自身模块俯仰电机701输出轴的轴线旋转180°，模块B2、模块C3及模块D4的位置不变；然后，模块C3中模块俯仰电机701的输出轴旋转，通过俯仰连杆702带动模块D4绕模块C3的模块俯仰电机701输出轴的轴线旋转180°；再然后，模块B2中的模块俯仰电机701的输出轴旋转，通过俯仰连杆702带动模块C3绕模块B2的模块俯仰电机701输出轴的轴线旋转180°，同时模块C3中的模块俯仰电机701的输出轴反向旋转180°，即由变形e变形至变形i。

本实用新型变形f变形至变形k的过程，可由以下方法替换，即模块A1中的模块俯仰电机701的输出轴旋转，模块B2、模块C3及模块D4的模块偏转电机601和模块俯仰电机701均不工作，利用该模块B2、模块C3及模块D4的反作用力，实现模块A1绕自身模块俯仰电机701输出轴的轴线旋转180°，模块B2、模块C3及模块D4的位置不变；然后，模块A1中的模块俯仰电机701的输出轴再次旋转，通过俯仰连杆702带动模块B2绕模块A1的模块俯仰电机701输出轴的轴线旋转180°，同时模块B2中的模块俯仰电机701的输出轴反向旋转180°；然后，模块B2中的模块俯仰电机701的输出轴再次旋转180°，同时模块C3中的模块俯仰电机701的输出轴反向旋转180°，使模块C3绕模块B2的模块俯仰电机701输出轴的轴线旋转180°；再然后，模块C3中的模块俯仰电机701的输出轴旋转180°，使模块D4绕模块C3的模块俯仰电机701输出轴的轴线旋转180°；最后，模块B2中的模块偏转电机601的输出轴旋转，通过偏转连杆604带动模块A1绕模块B2的模块偏转电机601输出轴的轴线旋转180°，即由变形f变形至变形k。

本实用新型变形k变形至变形p的过程，可由以下方法替换，即模块B2中的模块俯仰电机701的输出轴旋转，通过俯仰连杆702带动模块C3绕模块B2的模块俯仰电机701输出轴的轴线旋转180°，同时模块C3中的模块俯仰电机701的输出轴反向旋转180°；然后，模块C3中的模块俯仰电机701的输出轴旋转，通过俯仰连杆702带动模块D4绕模块C3的模块俯仰电机701输出轴的轴线旋转180°，即由变形k变形至变形p。

本实用新型可根据移动机器人的需要(移动、越障、过坑、上下楼梯等)进行灵活变形以适应不同地形。在用于地震救灾时，可搭载和配合不同救援设备如生命探测仪、摄像头、拾音器等，从而在救援现场发挥作用。