一种四轮及六足可变形的实训机器人装置的制作方法

本实用新型涉及机器人实训教学统技术领域，具体涉及一种四轮及六足可变形的实训机器人装置。

背景技术：

随着科学技术的快速发展，机器人能够减轻人类的劳作，应用在各行各业中，得到了广泛的应用。为了培养大量与机器人相关的人才，很多高校和科研单位增加了机器人教学课程。

目前，常见的实训机器人的运动类型有轮式、足式、履带式、飞行器等形式，单都是采用单一的运动类型结构，教学范围受限，较为单一，使用场合有限，存在以下不足，具体如下：

（1）现有的轮式实训机器人，采用四轮或者两轮加一个万向轮的结构，在平坦道路行走顺利，但是，遇到凹凸不平或者不平整路面时，稳定性不强，容易翻车。

（2）现有的足式实训机器人，常见的有双足、四足、六足，由于六足具备足够冗余的肢体结构，能够在复杂地形环境中行走，环境适应性很强，但是，六足实训机器人行走速度较慢，在平坦路面行走时，与轮式实训机器人相比就失去了速度优势。

（3）现有技术中有出现轮足组合的实训机器人，该类结构轮足组合的实训机器人是轮子放置在足底，如果足损坏，轮子也无法使用，导致整个机器人瘫痪，实用性差。

因此，通过上述的描述，现有的单一运行方式的实训机器人（轮式机器人或者足式机器人）无法兼顾速度和稳定问题，实用性不强，其中，轮式机器人遇到非结构化环境稳定性不强，容易翻车；六足机器人环境适应性强，但是遇到平坦路面，行走速度比较慢，工作效率低；简单将轮式和足式两种结构叠加，若足式损坏，会导致驱动能力不足，实训机器人无法正常工作和行走，不便于进行实训。而且，现有的足式实训机器人底盘不高，无法跨越较高的障碍，将轮子置于足式机器人足底的轮足式机器人，一旦足坏，轮子也无法使用，整个实训机器人就损坏了。

因此，如何克服上述实训机器人所存在的问题，是当前需要解决的问题。

技术实现要素：

为了克服现有实训机器人所存在的问题。本实用新型的四轮及六足可变形的实训机器人装置，在演示行走的时候，能够兼顾速度和稳定问题，在平地环境下实训机器人进行轮式行走，速度快；在非结构环境下（如凹凸不平地面或者楼梯等），实训机器人变形为足式行走，稳定性更强，结构新颖，容易实现，具有良好的应用前景。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种四轮及六足可变形的实训机器人装置，包括四轮式底盘，所述四轮式底盘上安装有呈前、后分布的两组轮胎组，各轮胎组包括呈左、右对称设置的轮胎，位于后方的两个轮胎之间的四轮式底盘下表面安装有驱动电机，所述驱动电机驱动位于后方的两个轮胎之间，

所述四轮式底盘的上表面从下到上依次设置有电机驱动线路板、六足安装下板、六足安装上板、舵机控制电路板、主控制线路板，且各板层之间存在间距，

所述六足安装下板、六足安装上板之间形成六足安装区域，所述六足安装区域的周圈等间隔安装有可折叠抬起的六条足式结构机械腿，各条足式结构机械腿的驱动输入端分别与舵机控制电路板电连接，

所述驱动电机的驱动输入端与电机驱动线路板电连接，所述电机驱动线路板、舵机控制电路板分别与主控制线路板的对应端口电连接，

所述电机驱动线路板上安装有串口通信接口，所述六足安装上板的上方还安装有可水平方向360°旋转的WIFI摄像头、红外避障传感器，所述可水平方向360°旋转的WIFI摄像头的拍摄方向、红外避障传感器的感应方向均沿运行路径设置，所述红外避障传感器的信号输出端分别与主控制线路板的对应端口电连接，所述可水平方向360°旋转的WIFI摄像头与远程终端进行无线通信。

前述的一种四轮及六足可变形的实训机器人装置，所述六足安装区域的中部还安装有锂电池箱，所述锂电池箱通过稳压模块分别给驱动电机、电机驱动线路板、舵机控制电路板、主控制线路板、可水平方向360°旋转的WIFI摄像头、红外避障传感器提供工作电压。

前述的一种四轮及六足可变形的实训机器人装置，各板层之间存在间距，且通过分布在各板层之间的多根支撑铜柱进行支撑固定。

前述的一种四轮及六足可变形的实训机器人装置，各足式结构机械腿均包括固定连接件、第一连接臂、第二连接臂，所述固定连接件的一端部通过第三舵机铰接在六足安装区域的对应位置处，所述固定连接件的另一端部通过第一舵机与第一连接臂的一端活动连接，所述第一连接臂的另一端部通过第二舵机与第二连接臂活动连接，所述第一舵机、第二舵机、第三舵机分别与舵机控制电路板的对应端口相连接，所述第二连接臂倾斜向下设置，形成足式结构机械腿。

前述的一种四轮及六足可变形的实训机器人装置，所述四轮式底盘、六足安装下板、六足安装上板均采用铝合金材料制成。

前述的一种四轮及六足可变形的实训机器人装置，所述主控制线路板内设置有单片机、串口通信驱动电路、信号采集电路、舵机驱动信号接口组、驱动电机信号接口，所述红外避障传感器通过信号采集电路与单片机相连接，所述单片机通过串口通信驱动电路与串口通信接口相连接，所述单片机通过舵机驱动信号接口组与舵机控制电路板电连接，所述单片机通过驱动电机信号接口与电机驱动线路板电连接。

前述的一种四轮及六足可变形的实训机器人装置，所述四轮式底盘的底盘高度在8-12cm之间。

前述的一种四轮及六足可变形的实训机器人装置，所述锂电池箱上设置有充电接口。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的四轮及六足可变形的实训机器人装置，在演示行走的时候，能够兼顾速度和稳定问题，在平地环境下实训机器人进行轮式行走，速度快；在非结构环境下（如凹凸不平地面或者楼梯等），实训机器人变形为足式行走，稳定性更强；实训机器人的四个轮子和六条腿结构相对独立，在任意一种结构损坏的情况下，该实训机器人依然可以正常行走工作；而且，该机器人底盘设计高，遇到低障碍可以直接跨过；该实训机器人使用的电机和舵机的力矩较大，承重能力强，可以完成灾害环境下运送物资和搜救的基本工作，结构新颖，容易实现，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型的四轮及六足可变形的实训机器人装置的结构示意图；

图2是本实用新型的四轮式底盘的结构示意图；

图3是本实用新型的足式结构机械腿的结构示意图；

图4是本实用新型的主控制线路板的系统框图。

附图中标记的含义如下：

1：四轮式底盘；2：轮胎；3：驱动电机；4：电机驱动线路板；5：六足安装下板；6：六足安装上板；7：舵机控制电路板；8：主控制线路板；9：足式结构机械腿；901：固定连接件；902：第一连接臂；903：第二连接臂；904：第一舵机；905：第二舵机；906：第三舵机；10：串口通信接口；11：可水平方向360°旋转的WIFI摄像头；12：红外避障传感器；13：锂电池箱。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本实用新型作进一步的说明。

如图1、图2及图3所示，本实用新型的四轮及六足可变形的实训机器人装置，包括四轮式底盘1，所述四轮式底盘1上安装有呈前、后分布的两组轮胎组，各轮胎组包括呈左、右对称设置的轮胎2，位于后方的两个轮胎2之间的四轮式底盘1下表面安装有驱动电机3，所述驱动电机3驱动位于后方的两个轮胎2之间。

所述四轮式底盘1的上表面从下到上依次设置有电机驱动线路板4、六足安装下板5、六足安装上板6、舵机控制电路板7、主控制线路板8，且各板层之间存在间距，其中，电机驱动线路板4、舵机控制电路板7的实现，通过本领域技术人员常规控制驱动电机、舵机的手段即可。

所述六足安装下板5、六足安装上板6之间形成六足安装区域，所述六足安装区域的周圈等间隔安装有可折叠抬起的六条足式结构机械腿9，各条足式结构机械腿9的驱动输入端分别与舵机控制电路板7电连接。

所述驱动电机3的驱动输入端与电机驱动线路板4电连接，所述电机驱动线路板4、舵机控制电路板7分别与主控制线路板8的对应端口电连接。

所述电机驱动线路板4上安装有串口通信接口10，所述六足安装上板6的上方还安装有可水平方向360°旋转的WIFI摄像头11、红外避障传感器12，所述可水平方向360°旋转的WIFI摄像头11的拍摄方向根据需要水平方向旋转，所述红外避障传感器12的感应方向沿运行路径设置，所述红外避障传感器12的信号输出端分别与主控制线路板8的对应端口电连接，所述可水平方向360°旋转的WIFI摄像头11与远程终端进行无线通信。

所述六足安装区域的中部还安装有锂电池箱13，所述锂电池箱13通过稳压模块分别给驱动电机3、电机驱动线路板4、舵机控制电路板7、主控制线路板8、可水平方向360°旋转的WIFI摄像头11、红外避障传感器12提供工作电压。

优选的，各板层之间存在间距，且通过分布在各板层之间的多根支撑铜柱14进行支撑固定，能够保证电机驱动线路板4、六足安装下板5、六足安装上板6、舵机控制电路板7、主控制线路板8之间的牢固性。

如图3所示，各足式结构机械腿9均包括固定连接件901、第一连接臂902、第二连接臂903，所述固定连接件901的一端部通过第三舵机906铰接在六足安装区域的 对应位置处，所述固定连接件901的另一端部通过第一舵机904与第一连接臂902的一端活动连接，所述第一连接臂902的另一端部通过第二舵机905与第二连接臂903活动连接，所述第一舵机904、第二舵机905、第三舵机906分别与舵机控制电路板7的对应端口相连接，所述第二连接臂903倾斜向下设置，形成足式结构机械腿，其中，第一舵机904控制第一连接臂902的上、下抬起或者下降，第二舵机905控制第二连接臂903的折叠或者伸展，第三舵机906控制固定连接件901的自转动，实现对应的足式结构机械腿9所处位置的调整，通过控制第一舵机904、第二舵机905的转动，能够实现第二连接臂903的折叠并抬起，以便于实现四轮式底盘的四轮运动；也可以通过控制第一舵机904、第二舵机905的反方向转动，能够实现第二连接臂903的伸展并下降，从而足式结构机械腿9的实现六足运动，足式结构机械腿9在展开后，能够保证四轮式底盘1的所有轮胎2悬空设置，从而实现从轮式运动到足式运动的转换。

优选的，所述四轮式底盘1、六足安装下板5、六足安装上板6均采用铝合金材料制成，成本低，且重量轻，便于实现。

如图4所示，所述主控制线路板8内设置有单片机（可选择STM32单片机，功耗低，且成本低廉）、串口通信驱动电路、信号采集电路、舵机驱动信号接口组、驱动电机信号接口，所述红外避障传感器12通过信号采集电路与单片机相连接，所述单片机通过串口通信驱动电路与串口通信接口10相连接，所述单片机通过舵机驱动信号接口组与舵机控制电路板7电连接，所述单片机通过驱动电机信号接口与电机驱动线路板4电连接，可以看出主控制线路板8是控制中心，具体控制方法为：

步骤（A），开启实训机器人装置，实训机器人装置位于初始状态，四轮式底盘1上的四个轮胎2着地，六条足式结构机械腿均折叠抬起，初始状态为轮式运动状态；

步骤（B），实训机器人装置利用可水平方向360°旋转的WIFI摄像头11实时采集环境信息，无线传输给远程终端，远程终端根据实时环境信息，判断实训机器人装置所处的环境为结构环境或者非结构环境，所述结构环境指的是平整的路面，所述非结构环境指的是凹凸不平地面或者楼梯等情况，若为结构环境执行步骤（C）；否则执行步骤（D）；

步骤（C），远程终端发送轮式运动控制指令，实训机器人装置接收到该轮式运动控制指令，保持初始状态的轮式运动形式；

步骤（D），远程终端发送足式运动控制指令，实训机器人装置接收到该轮式运动控制指令，将六条足式结构机械腿展开，使四轮式底盘1上的四个轮胎2悬空设置，将轮式运动状态转换为足式运动状态；

步骤（E），实训机器人装置利用可水平方向旋转的WIFI摄像头11实时采集环境信息，重复步骤（B）-步骤（D），完成实训机器人装置正常运动控制。

优选的，还包括步骤（F），在实训机器人装置正常运行过程中，开启红外避障传感器12检测前方是否存在障碍物，当红外避障传感器12发现有超过最大高度阈值的障碍物时，停止运动；当红外避障传感器12发现无障碍物或者低于最低高度阈值的障碍物时，实训机器人装置转换为轮式运动状态运行；当红外避障传感器12发现障碍物的高度在最大高度阈值、最低高度阈值之间时，实训机器人装置转换为足式运动状态运行，所述最大高度阈值为30cm，所述最低高度阈值为10cm。

所述结构环境为平整的路面或者低于最低高度阈值的障碍物即可，所述在非结构环境下，如凹凸不平地面或者楼梯等或者障碍物高度在最大高度阈值、最低高度阈值之间的情况。

优选的，所述四轮式底盘1的底盘高度在8-12cm之间，增加了四轮式底盘1的高度，遇到低障碍可以直接跨过，保证在障碍物位于10cm最低高度阈值情况下，能实现快速通过。

优选的，所述锂电池箱13上设置有充电接口，实现对锂电池箱13进行充电。

上述的控制过程，属于本领域技术人员的常规手段，包括单片机、串口通信驱动电路、信号采集电路、舵机驱动信号接口组、驱动电机信号接口、红外避障传感器、可水平方向360°旋转的WIFI摄像头、驱动电机、电机驱动线路板、舵机控制电路板等硬件的选型，都是可以选择购买的，本实用新型的四轮及六足可变形的实训机器人装置，是要求保护四轮及六足可变形的实训机器人装置的具体结构特征，必要技术特征性为四轮式底盘、六条足式结构机械腿的位置关系和具体结构。

通过上述的描述，本实用新型的四轮及六足可变形的实训机器人装置，相对于现有的单一结构实训机器人，具有以下优点，具体如下：

（1）现有的单一结构实训机器人（轮式实训机器人或者足式实训机器人）无法兼顾速度和稳定问题，实用型不强，本实用新型的解决方法是将轮式实训机器人和足式实训机器人结构相结合，把足式实训机器人的下层底盘变为小车结构底盘，从而实现四轮和六足驱动独立运行。

（2）现有的轮足复合结构，将轮子置于足式实训机器人足底，一旦出现足坏，轮子也无法正常工作，实训机器人损坏，本实用新型的解决方法是结构复合时充分考虑两种方式工作的独立性，工作模式启动为轮式时，将六足置于机身头顶；足式实训机器人工作时，设计机身高度变高，轮式完全变为足式实训机器人的底盘，不影响工作。

（3）将两种结构结合，要导致整个机器重量变重，传统驱动装置动力不足，本实用新型的解决方法是机身选用轻质高硬度金属材料，并选取大力矩的电机，以确保实训机器人正常工作。

（4）轮式底盘重心不稳，本实用新型的解决方法变形结构中轮式底盘采用四轮结构，保证重心在实训机器人的重心位置，便于实训机器人的控制。

（5）变形结构中足式实训机器人机身底盘低，导致跨越障碍困难：本实用新型的解决方法是设计足式实训机器人时，底盘高度变高，将足式的重心高度变高，以方便实训机器人跨越障碍。

综上所述，本实用新型的四轮及六足可变形的实训机器人装置，在演示行走的时候，能够兼顾速度和稳定问题，在平地环境下实训机器人进行轮式行走，速度快；在非结构环境下（如凹凸不平地面或者楼梯等），实训机器人变形为足式行走，稳定性更强；实训机器人的四个轮子和六条腿结构相对独立，在任意一种结构损坏的情况下，该实训机器人依然可以正常行走工作；而且，该机器人底盘设计高，遇到低障碍可以直接跨过；该实训机器人使用的电机和舵机的力矩较大，承重能力强，可以完成灾害环境下运送物资和搜救的基本工作，结构新颖，容易实现，具有良好的应用前景。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。