一种足式和轮式可切换的机器足结构的制作方法

[0001]
本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及一种足式和轮式可切换的机器足结构。


背景技术：

[0002]
机器人技术的发展给人们的生活带来了极大便利，在残障辅助、医疗救护、抢险救灾、资源勘探以及消防作业等领域不乏机器人的身影，机器人能很好地取代了人类在特定领域完成特殊的任务。
[0003]
当前机器人行走方式主要有三类，一种是轮型机器人，设计及控制简单，运动速度快，适合平缓地面使用；另一种是多足行走机器人，设计及控制复杂，具有仿生特点，但在平缓地面仍无法实现快速运动。还有一种是履带式，其虽然可以应对复杂崎岖道路，但却不能避免本体的剧烈颠簸。
[0004]
因此，亟需设计一种足式和轮式可切换的机器足结构来使机器人能在不同的环境中完成通行任务。


技术实现要素：

[0005]
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种足式和轮式可切换的机器足结构，通过轮式和足式行走的快速切换，应对不同道路状况，以达到行走效率最大化，且结构简单，制作成本低廉。
[0006]
本实用新型提供的技术方案如下：
[0007]
一种足式和轮式可切换的机器足结构，包括：
[0008]
大腿部，所述大腿部的两端分别设有第一同步轮和第二同步轮，所述第一同步轮与所述第二同步轮经同步带连接，使所述第一同步轮与所述第二同步轮同步转动；
[0009]
驱动部，设置于所述大腿部靠近所述第一同步轮的一端，所述驱动部包括驱动内轴和驱动外轴，所述驱动内轴与所述第一同步轮连接，所述驱动外轴与所述大腿部连接；
[0010]
行走部，设置于所述大腿部靠近所述第二同步轮的一端，所述行走部包括小腿部和车轮，所述小腿部和所述车轮分别经转换装置与所述第二同步轮连接，所述转换装置用于控制所述小腿部和所述车轮与所述第二同步轮的连接状态。
[0011]
本技术方案中，足式和轮式可切换的机器足结构，其轮、足运动模式可灵活切换，有效地结合了轮式高机动性和足式较强的环境适应性；机器足可具有多个自由度，可实现全方位运动以调节机身姿态和重心平衡。其中，在大腿部和小腿部连接处设置有转换装置，通过对转换装置的控制决定足式行走还是轮式行走。通过控制驱动部和转换装置使大腿部和小腿部协同运行。小腿部的转动通过大腿部上的同步带带动第二同步轮转动，第二同步轮通过转换装置与小腿部相连接，当转换装置处于第一状态时，第二同步轮与小腿部相对固定，第二同步轮带动小腿部转动，通过驱动部可控制小腿部前后来回移动，配合大腿部的运行即可实现仿生移动；当转换装置处于第二状态时，第二同步轮带动车轮转动，而此时小
腿部不动。在将转换装置调至第二状态之前，可以通过控制驱动部，使小腿部转动至车轮的上侧，避免转换装置调至第二状态时是小腿部落地，导致车轮悬空而无法正常行走。大腿部的转动由驱动外轴驱动，小腿部和车轮由驱动内轴带动同步轮驱动，小腿部和车轮的转动由转换装置控制切换。
[0012]
进一步优选地，所述大腿部包括：第一安装座、第二安装座及连接轴，所述第一安装座与所述第二安装座分别与所述连接轴的两端连接，所述第一同步轮装设在所述第一安装座上，并与所述第一安装座转动连接；所述第二同步轮装设在所述第二安装座上，并与所述第二安装座转动连接。
[0013]
进一步优选地，所述第一同步轮、所述第二同步轮及所述连接轴位于同一轴线方向上。
[0014]
进一步优选地，所述驱动外轴为筒形结构，所述驱动外轴与所述第一安装座固定连接；
[0015]
所述驱动内轴插设在所述驱动外轴的内部，并与所述第一同步轮固定连接。
[0016]
进一步优选地，所述驱动外轴与第一驱动电机连接，使所述第一驱动电机驱动所述大腿部转动；
[0017]
所述驱动内轴与第二驱动电机连接，使所述第二驱动电机驱动所述第一同步轮转动。
[0018]
进一步优选地，所述车轮设置在所述大腿部远离所述驱动部的一侧。
[0019]
进一步优选地，所述小腿部上设有触地部，所述触地部位于所述小腿部远离所述大腿部的一端，所述触地部与所述小腿部可拆卸连接。
[0020]
本技术方案中，由于移动机器人的使用场景非常多，在不同的使用场景中，对机器人足部有不同的要求。例如：在医院内，机器人的足部不能太硬，避免行走时与地面接触时产生噪音；而在抢险救灾的场景中，机器人的足部又不能是软质材质的，火灾现场软质的材质容易被烧着。通过设置触地部与小腿部可拆卸连接，可以在不同的场景中更换不同类型的触地部，以适应实际的需求。
[0021]
进一步优选地，所述同步带为皮带或链条。
[0022]
进一步优选地，所述转换装置为电磁离合器。
[0023]
本技术方案中，当电磁离合器吸合时，第二同步轮与小腿部相对固定，第二同步轮带动小腿部转动，通过驱动部可控制小腿部前后来回移动，配合大腿部的运行即可实现仿生移动；当电磁离合器分离时，第二同步轮带动车轮转动，而此时小腿部不动。
[0024]
与现有技术相比，本实用新型的足式和轮式可切换的机器足结构有益效果在于：
[0025]
本实用新型中，足式和轮式可切换的机器足结构，其轮、足运动模式可灵活切换，有效地结合了轮式高机动性和足式较强的环境适应性；机器足可具有多个自由度，可实现全方位运动以调节机身姿态和重心平衡；通过轮式和足式行走的快速切换，应对不同道路状况，以达到行走效率最大化，且结构简单，制作成本低廉。
附图说明
[0026]
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
[0027]
图1是一实施例机器足结构足式状态的结构示意图；
[0028]
图2是另一实施例机器足结构轮式状态的结构示意图。
[0029]
附图标号说明：
[0030]
1.大腿部，2.第一同步轮，3.第二同步轮，4.同步带，5.驱动内轴，6.驱动外轴，7.小腿部，8.车轮，9.转换装置，10.第一安装座，11.第二安装座，12.连接轴，13.触地部。
具体实施方式
[0031]
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其他实施例中也可以实现本申请。在其他情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
[0032]
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所述描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或集合的存在或添加。
[0033]
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
[0034]
还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
[0035]
在附图所示的实施例中，方向的指示(诸如上、下、左、右、前和后)用以解释本实用新型的各种组件的结构和运动不是绝对的而是相对的。当这些组件处于附图所示的位置时，这些说明是合适的。如果这些组件的位置的说明发生改变时，则这些方向的指示也相应地改变。
[0036]
另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0037]
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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，并获得其他的实施方式。
[0038]
在一实施例中，如图1、图2所示，本实施例提供了一种足式和轮式可切换的机器足结构，包括：大腿部1、驱动部、行走部。其中，大腿部1的两端分别设有第一同步轮2和第二同步轮3，第一同步轮2与第二同步轮3经同步带4连接，使第一同步轮2与第二同步轮3同步转动。驱动部设置于大腿部7靠近第一同步轮2的一端，驱动部包括驱动内轴5和驱动外轴6，驱动内轴5与第一同步轮2固定连接，驱动外轴6与大腿部1固定连接。行走部设置于大腿部1靠近第二同步轮3的一端，行走部包括小腿部7和车轮8，小腿部7和车轮8分别经转换装置与第二同步轮3连接，转换装置用于控制小腿部7和车轮8与第二同步轮3的连接状态。优选地，转换装置为电磁离合器9。电磁离合器9又称电磁联轴节。它是应用电磁感应原理和内外摩擦片之间的摩擦力，使机械传动系统中两个旋转运动的部件，在主动部件不停止旋转的情况
下，从动部件可以与其结合或分离的电磁机械连接器，是一种自动执行的电器。电磁离合器9可以用来控制机械的起动、反向、调速和制动等。它具有结构简单、动作较快、控制能量小、便于远距离控制；体积虽小，能传递较大的转矩；用作制动控制时，具有制动迅速且平稳的优点。
[0039]
本实施例中，足式和轮式可切换的机器足结构，其轮、足运动模式可灵活切换，有效地结合了轮式高机动性和足式较强的环境适应性。机器足可具有多个自由度，可实现全方位运动以调节机身姿态和重心平衡。其中，在大腿部1和小腿部7连接处设置有电磁离合器9，通过对电磁离合器9的控制决定足式行走还是轮式行走。通过控制驱动部和电磁离合器9使大腿部1和小腿部7协同运行。小腿部7的转动通过大腿部1上的同步带4带动第二同步轮3转动，第二同步轮3通过电磁离合器9与小腿部7相连接。当电磁离合器9吸合时，第二同步轮3与小腿部7相对固定，第二同步轮3带动小腿部7转动，通过驱动部可控制小腿部7前后来回移动，配合大腿部1的运行即可实现仿生移动；当电磁离合器9分离时，第二同步轮3带动车轮8转动，而此时小腿部7不动。在将电磁离合器9调至分离状态之前，可以通过控制驱动部，使小腿部7转动至车轮8的上侧，避免电磁离合器9调至分离状态时是小腿部7落地，导致车轮8悬空而无法正常行走。大腿部1的转动由驱动外轴6驱动，小腿部7和车轮8由驱动内轴5带动同步轮驱动，小腿部7和车轮8的转动由电磁离合器9控制切换。
[0040]
值得说明的是，本实施例中通过对电磁离合器9的控制决定足式行走还是轮式行走，当然除电磁离合器9外也可以是其他相同功能器件，也可以是其他相同功能手动切换装置等，只要能实现足式行走与轮式行走切换的结构均在本实施例的保护范围内。
[0041]
具体地，如图1、图2所示，大腿部1包括：第一安装座10、第二安装座11及连接轴12，第一安装座10、第二安装座11均为u型结构，第一安装座10的底部与第二安装座11的底部分别与连接轴12的两端连接。第一同步轮2装设在第一安装座10上，并与第一安装座10转动连接；第二同步轮3装设在第二安装座11上，并与第二安装座11转动连接。第一同步轮2、第二同步轮3及连接轴12位于同一轴线方向上。车轮8设置在大腿部1远离驱动部的一侧。
[0042]
驱动外轴6为筒形结构，驱动外轴6的一端与第一安装座10固定连接，驱动外轴6的另一端与第一驱动电机连接，使第一驱动电机驱动大腿部1转动。驱动内轴5的一端插设在驱动外轴6的筒形结构内部，并与第一同步轮2固定连接，驱动内轴5的另一端与第二驱动电机连接，使第二驱动电机驱动第一同步轮2转动。第一同步轮2通过同步带4与第二同步轮3连接，依次使第二驱动电机驱动第二同步轮3转动。同步带4可以为皮带或链条，当然也可以为其他实现第一同步轮2与第二同步轮3同步转动的结构。第一驱动电机及第二驱动电机可连接plc控制系统，由plc控制系统控制实现足式和轮式可切换的机器足结构的自动切换和自动行走。
[0043]
进一步地，小腿部7上设有触地部13，触地部13位于小腿部7远离大腿部1的一端，触地部13与小腿部7可拆卸连接。实际应用中，由于移动机器人的使用场景非常多，在不同的使用场景中，对机器人足部有不同的要求。例如：在医院内，机器人的足部不能太硬，避免行走时与地面接触时产生噪音；而在抢险救灾的场景中，机器人的足部又不能是软质材质的，火灾现场软质的材质容易被烧着。通过设置触地部13与小腿部7可拆卸连接，可以在不同的场景中更换不同类型的触地部13，以适应实际的需求。
[0044]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述
或记载的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
[0045]
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。