本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种多轮足同侧同步不同接地相机器人。
背景技术：
圆轮移动机器人的行走效率高，但越障能力差，而异形轮(轮腿)移动机器人的越障能力强，但平稳性差，行走效率低。为了兼顾圆轮的行走效率和异形轮的越障能力，可以让异形轮为圆轮的一部分，当使用这种轮子的时候，如果能够始终保持接触地面的部分为圆周部分(称之为接地相)，并且多个接地相对机体形成有效的支撑，那么其运动平稳性和效率和圆轮几乎一致。目前存在的解决方案有使用三角步态的六轮腿机器人。在这种机器人中，六个轮腿中单侧前后轮相位相同，均与中间轮相位互补，左右互为对称的轮腿相位互补。此时，左侧前后两轮与右侧中间轮组成第一组，右侧前后两轮与左侧中间轮组成第二组，这两组交替接地形成三角步态。由于三角形可以形成一个稳定的支撑平面，并且此平面覆盖了机器人的重心，因此此时机器人可以平稳地直线前进后退。但是为了保证这种三角步态的相位关系，在转弯实现中就会比较困难。众所周知机器人的转弯多采用差速转向方式，例如左侧的所有轮子跟右侧所有轮子反向转动，这时便无法保证第一组三角步态与第二组永远互补。因此，如果使用同侧同步差速转向则会破坏三角步态的相位，丧失行走的平稳性。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种结构简单、操作方便，且可平稳的在导线上行进的多轮足同侧同步不同接地相机器人。
为达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明提供一种多轮足同侧同步不同接地相机器人，包括机身、设置在机身两侧的行动轮以及设置在机身上用于向行动轮提供驱动力的驱动装置和用于将驱动装置的驱动力传递给行动轮的传动装置，两侧的行动轮均为非圆形结构，且呈对称布置；不同侧的行动轮设置独立的驱动装置；同侧的行动轮设置为至少四个，且同侧的所有行动轮通过传动装置具有相同的转速；同侧相邻的两个行动轮的接地相存在互补关系，所述互补关系为在任意时刻将同侧相邻的两个行动轮重叠一起后的外缘形成一个完整的圆周。
进一步，所述驱动装置为电机。
进一步，所述传动装置为链条或皮带。
进一步，所述行动轮为叶轮或圆弧轮。
进一步，所述叶轮的叶片数量为至少三个。
进一步，所述圆弧轮为半圆轮，即同侧相邻的两个行动轮的接地相具有相同的半圆弧。
进一步，所述圆弧轮为非半圆轮，即同侧相邻的两个行动轮的接地相分别为优弧和劣弧。
本发明的有益效果是：
1.本发明同侧的行动轮同步，且同侧相邻行动轮的相位互补，即任意时刻将相邻行动轮重叠在一起，其边缘是一个完整的圆周，保证了轮式的行走方式，运动效率高。
2.机器人运动过程中，接地相一直接触地面，且始终形成一个稳定的支撑面，重心落在其中，保持了运动的平稳性。
3.左右两侧行动轮独立驱动，不限制相位差，方便转向。
4.本发明使用异形轮的结构，越障能力比圆轮大大增强。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明相邻车轮接地相互补示意图；a为半圆轮，b为三叶轮，c为圆弧轮；
图3为本发明接触面示意图；
图4为本发明越障示意图；
图5为本发明实施例一的整体结构示意图；a为立体图，b为平面图；
图6为本发明实施例二的整体结构示意图；a为立体图，b为平面图；
图7为本发明实施例三的整体结构示意图；a为立体图，b为平面图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
为了方便描述，我们提出了接地相的概念。用于接地的轮缘都是圆周的一部分，称之为接地相。机器人行走平稳的充分条件是：接地相是圆周的一部分，保证每个轮子接触地面的都为接地相，并且数个接地相与地面接触点形成一个涵盖机器人重心的、稳定的支撑面。为了满足上述要求，本专利提出一种多轮足同侧同步不同接地相机器人，仍然使用接地相与离地相的划分方式，通过结构设计克服了六足三角步态机器人中的转向困难，或者说避免了六足三角步态机器人左右相位必须相对保持固定的限制。机器人同侧的所有轮子同转速，同侧中的相邻车轮之间相位互补，保证圆轮的接地相对机器人的稳定支撑，行走没有起伏，有着圆轮的高效率；不同侧的左组和右组所有轮子都能独立驱动，互不干扰，相位差没有限制，方便差速转向进行。同时，由于使用异形轮，其在越障方面相对圆轮有着明显的优势。
具体的，本发明公开了一种多轮足同侧同步不同接地相移动机器人，整体结构示意图如图1所示，附图中的元件标号分别表示：行动轮1、2，传动装置3、4，驱动装置5，机身6；该机器人有2*n(n≥4)个行动轮1和2、若干传动装置3和4、若干驱动装置5和机身6等组成。2*n个行动轮分别固定在机身左右两侧，其中机身两侧分别有n个行动轮；驱动装置分为两组，一组驱动左侧n个行动轮1，一组驱动右侧n个行动轮2；并通过传动装置3和4(如链条、皮带等)或其他方式使得行动轮在机身同侧同转速；不同侧行动轮由独立的驱动装置驱动，且不限制相位差以方便转向。机器人在运动过程中用于接地的轮圆都是圆周的一部分，称之为接地相，同侧相邻的两个行动轮接地相存在互补关系，即在任意时刻将同侧相邻的两个行动轮重叠在一起，其外缘为一个完整的圆周，如图2所示。实现这种行动轮的形式很多，比如：半圆轮、三叶轮、圆弧轮等。接地相和非接地相甚至并不一定需要等分圆周，如相邻行动轮一个接地相为优弧，一个为劣弧也满足所述条件。
如图3所示，下面我们以n＝4且轮子形式为半圆轮的情况为例，来解释多轮足同侧同步不同接地相移动机器人在运动过程中的优越性。机器人在平坦路面行驶时，一般情况下机器人底盘的重心o点位于其几何中心，在机器人运行的任意时刻，同一侧的四个车轮中相邻车轮的相位互补，当机器人左侧有两个车轮接地时，我们假设接地的点为轮11的a点和轮13的b点，此时右侧的接地相有两种情况。
情况1：右侧的接地点为轮21的c点和轮23的d点，如图3(a)所示。结合机身左右两侧的情况，两边各有两个接地相接地，这四个点间形成一个接触面，即面abcd，该面是一个稳定的支撑面且车体重心o点落在其内。
情况2：右侧的接地点为轮22的e点和轮24的f点，如图3(b)所示。结合机身左右两侧的情况，两边各有两个接地相接地，这四个点间形成一个接触面，即面abef，该面是一个稳定的支撑面且车体重心o点落在其内。
所以在机器人运动的任一时刻，始终会有四个接地相是接地的，并且接地相始终形成稳定的支撑面，重心落在其中，所以机身能够保持稳定，不会发生起伏。当左侧的接地点为另外两个时，情况和上述两种情况是对称的，效果一致。不再重复。
机器人在结构上使用了异形轮，所以在越障过程中，其越障能力要比圆轮大大增强，例如在遇到台阶时其运动过程如图4所示。首先机器人某一侧或两侧的第一个行动轮运动到搭在障碍物上的状态，如图4(b)所示。此时驱动装置继续工作，机器人向前运动，如图4(c)所示，机器人的机身已经被抬起，机器人继续向前运动，如图4(d)所示，后面的行动轮依次运动到障碍物上，机身继续被抬起，直至最后一个行动轮越过障碍物，如图4(e)所示，最后机身整个越过障碍物，越障过程完成，如图4(f)所示。
下面我们通过一些具体的实施例来详细阐述下本发明的工作原理：
实施例一
本实例是一款八半圆轮足移动机器人，机器人结构如图5所示。该结构包括八个半圆轮(行动轮)，四个电机(驱动装置)，六个链条(传动装置)和一个机身等，其中四个电机被分为两组，a组电机为51和53,b组电机为52和54，分别驱动两侧半圆轮。对于a组电机，半圆轮11作为主动轮由电机51驱动，并通过链条31与从动轮12相连，带动从动轮12运动；半圆轮13作为主动轮由电机53驱动，并通过链条33与从动轮14相连，带动从动轮14运动；半圆轮13与半圆轮12通过链条32相连。对于b组电机，半圆轮22作为主动轮由电机52驱动，并通过链条41与从动轮21相连，带动从动轮21运动；半圆轮24作为主动轮由电机54驱动，并通过链条43与从动轮23相连，带动从动轮23运动；半圆轮22与半圆轮23通过链条42相连。
实施例二
与实施例一不同，本实例是一款八三叶轮足移动机器人，机器人结构如图6所示。该结构包括八个三叶轮，八个电机，六个链条和机身等，其中四个电机被分为两组，a组电机为51、52、53和54,b组电机为55、56、57和58，分别驱动两侧三叶轮。对于a组电机，三叶轮11由电机51驱动，三叶轮12由电机52驱动，三叶轮11与三叶轮12通过链条31相连；三叶轮13由电机53驱动，三叶轮14由电机54驱动，三叶轮13与三叶轮14通过链条33相连；同时，链条32连接三叶轮12和三叶轮13。对于b组电机，三叶轮21由电机55驱动，三叶轮22由电机56驱动，三叶轮21与三叶轮22通过链条41相连；三叶轮23由电机57驱动，三叶轮24由电机58驱动，三叶轮23与三叶轮24通过链条43相连；同时，链条42连接三叶轮22和三叶轮23。
实施例三
与前两个实施例均不同，本实例是一款八圆弧轮足移动机器人，机器人结构如图7所示。该结构包括八个圆弧轮，四个电机，六个链条和机身等，其中四个电机被分为两组，a组电机为51和53,b组电机为52和54，分别驱动两侧圆弧轮。对于a组电机，圆弧轮11作为主动轮由电机51驱动，并通过链条31与从动轮12相连，带动从动轮12运动；圆弧轮13作为主动轮由电机53驱动，并通过链条33与从动轮14相连，带动从动轮14运动；圆弧轮13与圆弧轮12通过链条32相连。对于b组电机，圆弧轮22作为主动轮由电机52驱动，并通过链条41与从动轮21相连，带动从动轮21运动；圆弧轮24作为主动轮由电机54驱动，并通过链条43与从动轮23相连，带动从动轮23运动；圆弧轮22与圆弧轮23通过链条42相连。
本发明克服现有的四足、六足偏心轮，移动不够稳定，转向效率不够高，而提供一种结构简单，简洁可靠，效率高，地表适应性好，越障能力强，稳定性强的多轮足同侧同步不同接地相机器人，即能兼顾在规整地形系统功耗的平稳性和行走的高效性。机器人左右两侧的行动轮任意时刻都有两个及两个以上的接地相着地，接地相始终形成一个稳定的支撑面，并且重心落在其中，稳定性极高，相邻行动轮的相位互补，保证了轮式的行走方式，移动效率强于其他类型移动机器人。应用范围广，可供移动机器人、越障车等需要在非平整地面和平整地面行走的移动设备使用。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。