一种通用型复合式机器人底盘的制作方法

本发明涉及一种通用型复合式机器人底盘。

背景技术：

机器人设备是一种独立的自动化设备，根据应用领域和环境的不同，被设计成不同的构造。当今市面上以及在研发的机器人当中，主要以轮式或拟人肢体两种形式作为机器人底盘的主要形式。

然而，这两种构造各有其优势和劣势，轮式底盘行驶平稳、节能、经济性高，但无法适应突变的地形或台阶；拟人肢体底盘可以适应所有地形，但设计、维护成本较高，运行成本也较高，只能在特定场景里进行应用。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了一种通用型复合式机器人底盘，其结构融合了轮子和拟人肢体，在特定的目标任务中，以最优化的行驶或行走方式适应不同的地形，获得最大的出行效率。比如在地势较为平坦的路面上，采用轮式行驶方式以获得平稳、经济的位移输出；在崎岖不平或者楼梯台阶上通行时，自动变换模式，采用拟人肢体的方式，克服轮式行驶时轮子对地形要求高的缺点。

本发明采用的技术方案是：

一种通用型复合式机器人底盘，包括基座，以及基座下方设置的行走机构和轮式机构，所述的基座上设置有一驱动机构，所述的驱动机构通过模式转换器与行走机构或轮式机构相连，所述的模式转换器能够切换驱动机构与行走机构相连或与轮式机构相连。

本发明对两种行走模式最大限度地进行融合设计，即采用单一动力源以减少整机的负重载荷，通过模式转换器来改变行走模式，实现轮式行走和肢体行走的合理切换，以适应不同的地形，模式转换器是一种机械变换机构，主要目的是在驱动机构输出的扭矩输出到行走机构或者轮式机构时，进行合理的切换，以实现减少动力设备数量、减轻装备总重、降低能耗的目的。

作为优选，所述行走机构包括两对左右对称的具有两个关节的肢体，所述肢体的顶部固定有一与基座转动连接的行走驱动齿轮，所述行走驱动齿轮的转轴与底盘的行走方向相垂直，所述的轮式机构包括两对车轮，两对所述的车轮与两对肢体一一匹配设置，所述的车轮内侧设置有一驱动车轮转动的轮式驱动齿轮，所述的驱动机构包括设置在基座上的分别控制四个肢体或四个车轮的电机、电机的输出轴上设置的减速齿轮箱，以及减速齿轮箱输出的模式转换轴，所述模式转换轴的端部分别设置有一个驱动齿轮，所述的驱动齿轮能够与行走驱动齿轮或轮式驱动齿轮啮合，所述的模式转换轴通过模式转换轴位移机构驱动模式转换轴在模式转换轴的轴向上移动。

作为优选，同一模式转换轴的驱动齿轮驱动的行走驱动齿轮和轮式驱动齿轮之间的距离为固定值，所述肢体上的两个关节之间设置有一个关节舵机。

每一条肢体由两个关节组成，通过行走驱动齿轮和关节舵机的旋转配合，可以实现对机器人某一肢体在纵平面上的运动，最终支撑该肢体的基座在纵轴上上下运动。

四足八轴的行走机构，通过四个肢体的协调配合可实现机器人的向前、向后、向左或向右等动作，同时，通过加强某些肢体的输出，也可以实现对机器人平台的平衡控制。

本发明融合了轮子和拟人肢体，在特定的目标任务中，以最优化的行驶或行走方式适应不同的地形，获得最大的出行效率，比如在地势较为平坦的路面上，采用轮式行驶方式以获得平稳、经济的位移输出；在崎岖不平或者楼梯台阶上通行时，自动变换模式，采用拟人肢体的方式，克服轮式行驶时轮子对地形要求高的缺点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的侧面的结构示意图；

图中：1.基座，2.行走机构，21.肢体，22.行走驱动齿轮，3.轮式机构，31.车轮，32.轮式驱动齿轮，4.驱动机构，41.电机，42.输出轴，43.减速齿轮箱，44.模式转换轴，45.驱动齿轮，5关节舵机。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

实施例1

如图1、2所示，一种通用型复合式机器人底盘，包括基座1，以及基座1下方设置的行走机构2和轮式机构3，所述的基座1上设置有一驱动机构4，所述的驱动机构4通过模式转换器5与行走机构2或轮式机构3相连，所述的模式转换器5能够切换驱动机构4与行走机构2相连或与轮式机构3相连。

所述行走机构2包括两对左右对称的具有两个关节的肢体21，所述肢体21的顶部固定有一与基座1转动连接的行走驱动齿轮22，所述行走驱动齿轮22的转轴与底盘的行走方向相垂直，所述的轮式机构3包括两对车轮31，两对所述的车轮31与两对肢体21一一匹配设置，所述的车轮31内侧设置有一驱动车轮31转动的轮式驱动齿轮32，所述的驱动机构4包括设置在基座1上的分别控制四个肢体21或四个车轮31的电机41、电机41的输出轴42上设置的减速齿轮箱43，以及减速齿轮箱43输出的模式转换轴44，所述模式转换轴44的端部分别设置有一个驱动齿轮45，所述的驱动齿轮45能够与行走驱动齿轮55或轮式驱动齿轮32啮合，所述的模式转换轴44通过模式转换轴位移机构驱动模式转换轴44在模式转换轴44的轴向上移动。

同一模式转换轴的驱动齿轮驱动的行走驱动齿轮22和轮式驱动齿轮32之间的距离为固定值，所述肢体21上的两个关节之间设置有一个关节舵机5。

本发明使用轮式机构行走时，模式转换轴位移机构驱动模式转换轴两端的驱动齿轮与车轮内侧的轮式驱动齿轮相啮合，随着电机的正转与反转带动车轮的正转与反转；在使用行走机构行走时，模式转换轴位移机构驱动模式转换轴两端的驱动齿轮与肢体顶部的行走驱动齿轮相啮合，从而将电机的动力传输到肢体的上部关节，使得肢体的上部关节前后摆动，肢体上两个关节之间的关节舵机同时启动，最终形成肢体上两个关节协同运动，实现单条肢体在纵平面内的二自由度运动，在该模式下，如需驱动底盘整体往前移动或往后移动，需要分个3步骤，分别为迈步、着地、跨步。以往前移动为例：

第一步：控制其中两条不相邻的肢体作为支点支撑基座，另外两条肢体分别同时控制行走驱动齿轮顺时针摆动，控制关节舵机顺时针摆动，即完成如人类单脚迈步的仿生动作，将机器人的两条肢体进行抬起并在目标落地点上方停留；

第二步：控制停留在目标落地点上方的两条肢体着地，分别控制其行走驱动齿轮逆时针摆动、关节舵机顺时针摆动，完成如人类单脚迈步后脚掌着地的仿生动作；

第三步：控制两条刚着地的肢体的关节发力，控制分别控制这两条肢体的行走驱动齿轮继续顺时针摆动、关节舵机逆时针摆动，同时另外两条保持平衡的肢体协同进行行走驱动齿轮的逆时针摆动、关节舵机顺时针摆动，控制底盘的基座一直保持在同一水平面上，不发生扭转、旋转等运动，如此配合对称的另外两组肢体进行交错的重复一至三步骤，实现机器人基座的行走。

在该模式下，如需驱动底盘转向运动，同样分为迈步、着地、跨步三步。以往左转向为例：

第一步：将左前肢体和右后肢体作为支撑脚，右前肢体向前迈步，右前肢体的行走驱动齿轮和关节级舵机皆完成顺时针摆动，左后肢体原地抬起，左后肢体的行走驱动齿轮顺时针摆动，关节舵机逆时针摆动；

第二步：右前肢体和左后肢体同时着地，右前肢体的行走驱动齿轮逆时针摆动，关节舵机顺时针摆动；左后肢体的行走驱动齿轮逆时针摆动，关节舵机顺时针摆动；

第三步：右前肢体发力，控制右前肢体的行走驱动齿轮顺时针摆动、关节舵机逆时针摆动；左前肢体和左后肢体保持不变；右后肢体脚协同右前肢体发力，行走驱动齿轮逆时针摆动、关节舵机顺时针摆动。

另外两组肢体进行交错的重复一至三步骤，实现机器人基座的转向功能。