一种变拓扑辐条步行双足机器人的制作方法

本发明涉及机器人领域，尤其涉及的是一种变拓扑辐条步行双足机器人。

背景技术：

近来，腿轮混合机器人已引起人们的较多关注，一方面，腿部运动更能适应广泛的非结构化的场地(例如坑洼路面、山地)，但腿部复杂的机制很难实施；另一方面，轮式运动虽然快速有效，但往往局限于相对平坦的地形(例如平地)。

而现有技术中的双足机器人，脚部结构偏大，三关节结构的控制难度也较大，其行走控制方法大多基于zmp(zeromomentpoint，零力矩点)动态控制方法，能耗高、步行效率低。

因此，现有技术尚有待改进和发展。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种变拓扑辐条步行双足机器人，能耗低、步行效率高。

本发明的技术方案如下：一种变拓扑辐条步行双足机器人，包括左右轮足组件、左右小腿组件、左右大腿组件以及髋关节组件；所述左右轮足组件分别连接在左右小腿组件的下端，所述左右小腿组件连接在左右大腿组件的下部，所述左右大腿组件的上端与髋关节组件相连接；所述左右轮足组件中分别设置有一个可转动的主体，在该主体中穿设有三根呈60°间隔分布的轮辐，且每根轮辐均可沿其长度方向来回移动，用于在其落地前，可根据落地点的路况需要，伸缩相应的轮辐。

所述的变拓扑辐条步行双足机器人，其中：所述左右轮足组件中的单个主体包括依次叠置的三组轮辐单元，相邻的轮辐单元之间互不干扰，各自独立运动。

所述的变拓扑辐条步行双足机器人，其中：每组轮辐单元都包括一所述轮辐、一张力链、两被动链轮、一主动链轮和链轮驱动器；其中，所述链轮驱动器用于驱动主动链轮来回转动，所述张力链的两端分别与轮辐的两端相固定；所述主动链轮和两被动链轮均位于轮辐的同一侧，所述主动链轮的轴心与两被动链轮的轴心组成三角形，且两被动链轮的轴心与轮辐的距离相等，所述主动链轮的轴心与轮辐的距离大于两被动链轮的轴心与轮辐的距离；所述张力链缠绕在轮辐、主动链轮和两被动链轮之间，用于在主动链轮和两被动链轮带动下来回移动轮辐。

所述的变拓扑辐条步行双足机器人，其中：所述主动链轮的轴心与两被动链轮的轴心组成等腰钝角三角形。

所述的变拓扑辐条步行双足机器人，其中：所述张力链从轮辐与被动链轮之间穿过，缠绕主动链轮远离轮辐的一侧，并从轮辐与被动链轮之间穿过。

所述的变拓扑辐条步行双足机器人，其中：在所述轮辐的两侧各设置有一组滑轮，用于形成轮辐来回移动的滑槽，所述滑轮均位于两被动链轮的外侧。

所述的变拓扑辐条步行双足机器人，其中：所述轮辐采用柔性碳纤维制作。

所述的变拓扑辐条步行双足机器人，其中：所述髋关节组件由平衡板、髋关节电机和球形关节组成；所述平衡板上设置有电机安置位，所述球形关节用于将左右大腿组件连接在平衡板上。

所述的变拓扑辐条步行双足机器人，其中：所述左右大腿组件包括左右传动组件和左右股骨组成；所述左右传动组件中设置有相互啮合的转向齿轮，用于在髋关节电机的驱动下带动左右股骨实现前后跨步和转向。

所述的变拓扑辐条步行双足机器人，其中：所述左右大腿组件还包括左右大腿电机；所述左右小腿组件由丝杠导轨、滑块、同步带和左右胫骨组成，用于在左右大腿电机的驱动下，通过同步带带动滑块沿丝杠导轨上下移动，以实现左右胫骨相对左右股骨的上下移动。

本发明所提供的一种变拓扑辐条步行双足机器人，由于采用了三根呈60°间隔分布且可沿其长度方向来回移动的轮辐，结合双足机器人的腿部形成了独特的移动性，提高了双足机器人对坑洼路面、山地、平地等复杂地形以及跨越障碍物的适应能力，且能耗低、步行效率高，对搜索、救援、侦查和反恐非常具有实用价值。

附图说明

图1是本发明变拓扑辐条步行双足机器人实施例的结构示意正视图；

图2是本发明变拓扑辐条步行双足机器人实施例的结构示意侧视图；

图3是本发明变拓扑辐条步行双足机器人实施例所用左右轮足组件中的主体的结构示意图；

图4是本发明变拓扑辐条步行双足机器人实施例所用轮辐单元的结构示意图；

图5是本发明变拓扑辐条步行双足机器人实施例所用左右轮足组件在多场景地形下的变化示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的具体实施方式和实施例加以详细说明，所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并非用于限定本发明的具体实施方式。

如图1和2所示，图1是本发明变拓扑辐条步行双足机器人实施例的结构示意正视图，图2是本发明变拓扑辐条步行双足机器人实施例的结构示意侧视图，该变拓扑辐条步行双足机器人包括左右轮足组件110、左右小腿组件120、左右大腿组件130以及髋关节组件140；所述左右轮足组件110分别连接在左右小腿组件120的下端，所述左右小腿组件120连接在左右大腿组件130的下部，所述左右大腿组件130的上端与髋关节组件140相连接。

具体的，所述髋关节组件140由平衡板141、髋关节电机和球形关节142组成；所述平衡板141上设置有电机安置位，所述球形关节142用于将左右大腿组件130连接在平衡板141上。

具体的，所述左右大腿组件130包括左右传动组件132和左右股骨131组成；所述左右传动组件132中设置有相互啮合的转向齿轮，用于在髋关节电机的驱动下带动左右股骨131实现前后跨步和转向。

较好的是，所述左右小腿组件120可伸缩设置，以配合所述左右轮足组件110更好地实现跨越障碍，或者爬楼梯、爬坡，或者在凸凹不平的复杂地形上行走；具体的，所述左右大腿组件130还包括左右大腿电机133；所述左右小腿组件120由丝杠导轨、滑块、同步带和左右胫骨131组成，用于在左右大腿电机133的驱动下，通过同步带带动滑块沿丝杠导轨上下移动，以实现左右胫骨131相对左右股骨131的上下移动。

本发明变拓扑辐条步行双足机器人的改进点在于左右轮足组件110，具体的，所述左右轮足组件110中均设置有一个可转动的主体111，即左轮足组件中设置有一个可转动的主体，右轮足组件中也设置有一个可转动的主体；在单个主体111中穿设有三根呈60°间隔分布的轮辐(112a、112b和112c)，且每根轮辐(112a、112b或112c)均可沿其长度方向来回移动，用于在其落地前，根据落地点的路况需要，伸缩相应的轮辐(112a、112b或112c)。

结合图3所示，图3是本发明变拓扑辐条步行双足机器人实施例所用左右轮足组件中的主体的结构示意图，在本发明变拓扑辐条步行双足机器人的具体实施方式中，所述左右轮足组件110中的单个主体111包括依次叠置的三组轮辐单元111a、111b和111c，所述轮辐单元111a和轮辐单元111b各自独立运动，之间互不干扰，所述轮辐单元111b和轮辐单元111c各自独立运动，之间互不干扰，即相邻的轮辐单元之间互不干扰，各自独立运动。

结合图4所示，图4是本发明变拓扑辐条步行双足机器人实施例所用轮辐单元的结构示意图，以单组轮辐单元111a为例，每组轮辐单元111a都包括一前述轮辐112a、一张力链113a、两被动链轮(114a和115a)、一主动链轮116a和链轮驱动器；其中，所述张力链113a的两端分别与轮辐112a的两端相固定；所述主动链轮116a和两被动链轮(114a和115a)均位于轮辐112a的同一侧，所述主动链轮116a的轴心与两被动链轮(114a和115a)的轴心组成三角形，且两被动链轮(114a和115a)的轴心与轮辐112a的距离相等，所述主动链轮116a的轴心与轮辐112a的距离大于两被动链轮(114a和115a)的轴心与轮辐112a的距离；所述张力链113a缠绕在轮辐112a、主动链轮116a和两被动链轮(114a和115a)之间，所述链轮驱动器驱动主动链轮116a来回转动，用于根据落地点的路况需要，通过主动链轮116a和两被动链轮(114a和115a)带动张力链113a来回移动轮辐112a，以跨越障碍，或者爬楼梯、爬坡，或者在凸凹不平的复杂地形上行走。

优选地，所述主动链轮116a的轴心与两被动链轮(114a和115a)的轴心组成等腰钝角三角形，以拉大两被动链轮(114a和115a)之间的距离，从而在相同条件下减小链轮驱动器的负载，进一步减小能耗。

优选地，所述轮辐(112a、112b或112c)均采用柔性碳纤维制作，以利用碳纤维的耐久性和强度高，保护左右轮足组件110中的零部件。

优选地，所述张力链113a从轮辐112a与被动链轮114a之间穿过，缠绕主动链轮116a远离轮辐112a的一侧，并从轮辐112a与被动链轮115a之间穿过，以增加轮辐112a与主动链轮116a之间的包角，从而提高驱动性能。

在本发明变拓扑辐条步行双足机器人的具体实施方式中，还是以单组轮辐单元111a为例，为避免所述张力链113a脱开或脱离主动链轮116a和两被动链轮(114a和115a)，较好的是，在所述轮辐112a的两侧各设置有一组滑轮(117a和118a)，用于形成轮辐112a来回移动的滑槽，所述滑轮(117a和118a)均位于两被动链轮(114a和115a)的外侧。

如图5所示，图5是本发明变拓扑辐条步行双足机器人实施例所用左右轮足组件在多场景地形下的变化示意图，其中，(a)状态为左右轮足组件爬楼梯的场景状态，(b)状态为左右轮足组件爬坡的场景状态，(c)状态为左右轮足组件跨越障碍的场景状态，(d)状态为左右轮足组件行走在凸凹不平的复杂地形的场景状态，连接在左轮足组件与右轮足组件连线代表连接左右轮足组件的左右小腿组件、左右大腿组件以及髋关节组件；在(a)状态下，跨上楼梯并着地的轮辐缩短，位于楼梯下并着地的轮辐伸长；在(b)状态下，靠近斜坡顶端并着地的轮辐缩短，靠近斜坡底端并着地的轮辐伸长；在(c)状态下，跨越障碍物并着地的轮辐伸长；在(d)状态下，行走在凸包处并着地的轮辐缩短，行走在坑洼处并着地的轮辐伸长。

此外，为了更好地控制所述左右轮足组件110的运动，每根轮辐(112a、112b或112c)都配备有一个电机控制器、一个光学正交编码器和两个磁性簧片和两个限位开关进行控制；每个集线器都由伺服驱动电动机通过90度蜗轮减速机进行转换，每组轮辐单元111都设置有独立控制的一个光学正交编码器和一个线性凸轮限位开关。

应当理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不足以限制本发明的技术方案，对本领域普通技术人员来说，在本发明的精神和原则之内，可以根据上述说明加以增减、替换、变换或改进，而所有这些增减、替换、变换或改进后的技术方案，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。