一种周转式轮腿机器人

1.本发明涉及机器人及自动控制技术领域，特别是涉及一种周转式轮腿机器人。


背景技术：

2.目前常见的机器人移动机构有轮式、腿式、履带式和复合式机构等，轮式和履带式机器人难以满足越障、爬坡、跨沟等地形适应性要求，而腿式机器人采用离散支撑形式，具有越障能力强的特点，但腿式机器人在平地上移动速度较慢、机动能力较弱，轮腿复合式机器人同时兼备良好的机动性与地形自适应能力，更适合在复杂地形中执行作业任务。轮腿复合式移动机器人则采用高效的轮、腿复合式行走机构，能够在不同的路况和地形环境下采用多种运动模式行进。对于平整地形时主要依靠轮式机构前进，具有较高的移动效率。对于复杂崎岖地形采用轮腿复合式结构，大大提高了机器人对地形的适应能力，具有较强的越野性能，而且可以通过垂直障碍、壕沟等极端地形条件。因此，轮腿复合机器人的腿部结构研究有着重要的实际意义；
3.现有的机器人越障方面存在弊端，对于真实工况中在检测过程中检测平台随着机器人发生移动，但是随着机器人的越障时机器人会发生机身的倾斜，对于检测的准确度会产生偏差。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种周转式轮腿机器人，以解决上述现有技术存在的问题，使机器人在越障时机体平台不发生偏移倾斜，可以始终保持机体与检测面平行，机器人通过两侧四足的姿态变化使整个机器人的机体保持平衡不会发生歪倒。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种周转式轮腿机器人，包括机体，所述机体两侧分别活动连接有用于机体平衡移动的轮腿机构，每组所述轮腿机构包括太阳轮，所述太阳轮铰接有用于越障的髋关节组件，所述髋关节组件下方铰接有大腿组件，所述大腿组件下方铰接有小腿组件，所述小腿组件远离所述大腿组件的一侧转动连接有用于行进的脚轮。
6.优选的，所述机体的两端部固定连接有太阳轮轴，所述太阳轮轴的一端与所述机体的侧壁固定连接，所述太阳轮轴的另一端贯穿所述机体的侧壁与所述太阳轮中部固定连接。
7.优选的，每组所述太阳轮轴上铰接有两组所述髋关节组件，两组所述髋关节组件的一侧均围绕所述太阳轮轴转动设置。
8.优选的，每组所述髋关节组件包括行星架，所述行星架的一端内部转动连接有行星轮，所述行星架的另一端与所述太阳轮轴铰接；所述行星轮和所述太阳轮啮合；所述行星架靠近所述行星轮一侧的外部固定设置有髋关节舵机，所述髋关节舵机轴接有行星轮轴，所述行星轮轴贯穿所述行星架的侧壁布置，所述行星轮轴与所述行星轮轴接；
9.优选的，所述大腿组件包括大腿支架，所述大腿支架内侧中部设置有行星轮驱动
轮，所述行星轮的中部轴接有行星轮驱动轮轮轴，所述行星轮驱动轮轮轴的两端均与所述大腿支架转动连接，所述大腿支架的外部一侧固定设置有驱动轮舵机，所述驱动轮舵机与所述行星轮驱动轮轮轴轴接；所述行星轮驱动轮与所述行星轮啮合；所述大腿支架内侧下方的侧壁上固定设置有膝关节舵机，所述膝关节舵机转动连接有小腿组件；所述大腿支架远离所述小腿组件一侧转动连接有膝轮，所述膝轮的直径大于所述小腿支架的宽度。
10.优选的，所述小腿组件包括小腿支架，所述小腿支架为单板结构，所述小腿支架的一端与所述膝关节舵机轴接，所述小腿支架的另一端转动连接有脚轮，所述小腿支架远离所述脚轮的一侧固定设置有脚轮舵机，所述脚轮舵机贯穿所述小腿支架并与所述脚轮轴接。
11.优选的，两组所述轮腿机构关于所述机体中部中心对称。
12.根据权利要求所述的一种周转式轮腿机器人，其特征在于：所述行星架靠近所述髋关节舵机的一侧固定设置有舵机托架，所述髋关节舵机与所述舵机托架可拆卸连接，所述髋关节舵机贯穿所述舵机托架的侧壁与所述行星轮轴轴接。
13.优选的，所述太阳轮的直径大于所述行星轮的直径。
14.优选的，所述机体的两侧中部铰接有机体拉盖，所述机体拉盖上开设有通孔。
15.本发明公开了以下技术效果：
16.(1)本发明通过机器人在越障时机体平台不发生偏移倾斜，可以始终保持机体与检测面平行，机器人通过两侧四足的姿态变化使整个机器人的机体保持平衡不会发生歪倒；
17.(2)本发明通过调节四足机器人的质心，来使机器人保持平衡，以此防止机器人发生侧翻，主要的技术方法是通过调节机器人脚轮的位置，当机器人姿态发生变化，通过调整脚轮的位置保证机器人的平衡使机器人不发生侧翻；
18.(3)本发明在维持机器人平衡的前提下，通过姿态的变化使整个机体不发生倾斜，只进行平移保证检测平台与检测面的平行，适用于对于前滚或者后仰姿态有一定要求的检测平台。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明机器人整体结构示意图；
21.图2为本发明行星轮机构结构示意图；
22.图3为本发明机器人腿部移动结构示意图；
23.图4为本发明轮腿机构结构示意图；
24.其中：1、脚轮；2、大腿支架；3、小腿支架；4、舵机托架；5、髋关节舵机；6、行星架；7、行星轮驱动轮轮轴；8、机体拉盖；9、机体；10、行星轮；11、太阳轮；12、行星轮轴；13、行星轮驱动轮；14、脚轮舵机；15、膝轮；16、驱动轮舵机；17、太阳轮轴；18、大腿连接杆；19、膝关节舵机。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
27.参照图1-4，本发明提供一种周转式轮腿机器人，包括机体9，机体9两侧分别活动连接有用于机体9平衡移动的轮腿机构，两组轮腿机构关于机体9中部中心对称，每组轮腿机构包括太阳轮11，太阳轮11铰接有用于越障的髋关节组件，髋关节组件下方铰接有大腿组件，大腿组件下方铰接有小腿组件，小腿组件远离大腿组件的一侧转动连接有用于行进的脚轮1。本发明通过机器人在越障时机体9平台不发生偏移倾斜，可以始终保持机体9与检测面平行，机器人通过两侧四足的姿态变化使整个机器人的机体9保持平衡不会发生歪倒；通过调节四足机器人的质心，来使机器人保持平衡，以此防止机器人发生侧翻，主要的技术方法是通过调节机器人着地足的位置，当机器人姿态发生变化，通过调整着地足(脚轮)的位置保证机器人的平衡使机器人不发生侧翻；在维持机器人平衡的前提下，通过姿态的变化使整个机体9不发生倾斜，只进行平移保证检测平台与检测面的平行，适用于对于前滚或者后仰姿态有一定要求的检测平台。
28.本机器人是由两组太阳轮机构，并附带两条腿部组件以及中间的机体9组成，其中两组太阳轮机构分别通过太阳轮11中间的太阳轮轴17与机体9连接，太阳轮轴17是不能转动的，因此太阳轮11也不能转动，只有行星轮10可以在行星轮驱动轮13的作用下绕着太阳轮11并带动行星架6进行转动，从而带动两条腿绕太阳轮11进行转动，而髋关节组件位置是由髋关节舵机5驱动大腿支架2进行转动的，髋关节舵机5由舵机托架4安装在行星架6上，当髋关节舵机5发生转动时，会带动大腿支架2进行转动，在大腿支架2中间安装有一个行星轮驱动轮13，行星轮驱动轮13通过行星轮驱动轮轮轴7安装在大腿支架2上，并通过在大腿支架2上安装的驱动轮舵机16进行驱动，带动行星轮驱动轮13进行转动，从而带动行星轮10转动；在大腿支架2末端安装有一个膝轮15，当机器人进行屈膝前进时，膝轮15作为从动轮可以随动，并起到支撑作用；膝关节处安装有一个膝关节舵机19，膝关节舵机19的末端连接着小腿支架3，小腿支架3是由膝关节舵机19驱动进行转动，而在小腿支架3末端装有一个脚轮1，脚轮1由安装在另一侧的脚轮舵机14驱动为整个机器人提供前进的动力。其次因为太阳轮11是不发生转动的，所以当行星轮驱动轮13驱动行星轮10进行转动时，会连带着行星架6一起发生转动，从而实现整个腿部机构的翻越，可以为机器人的越障腾出巨大的空间，所以越障高度就会变得更高，实现高越障的同时，还能保持机体9不发生倾斜，始终与地面保持平齐，因为太阳轮轴17保持不动，只是行星轮10绕太阳轮11发生转动，且总有一个脚轮1在底部做支撑，只需调节一侧太阳轮质心的位置以及着地脚轮1的位置，即可使一侧的太阳轮11保持平衡，从而使机器人保持平衡。
29.机体9的两端部固定连接有太阳轮轴17，太阳轮轴17的一端与机体9的侧壁固定连接，太阳轮轴17的另一端贯穿机体9的侧壁与太阳轮11中部固定连接；每组太阳轮轴17上铰接有两组髋关节组件，两组髋关节组件的一侧均围绕太阳轮轴17转动设置。
30.每组髋关节组件包括行星架6，行星架6的一端内部转动连接有行星轮10，行星架6的另一端与太阳轮轴17铰接；行星轮10和太阳轮11啮合，太阳轮11的直径大于行星轮10的直径，以便于实现行星架6大幅度的摆动，提高机器人的越障能力；行星架6靠近行星轮10一侧的外部固定设置有髋关节舵机5，髋关节舵机5轴接有行星轮轴12，行星轮轴12贯穿行星架6的侧壁布置，行星轮轴12与行星轮10轴接；机器人髋关节部分工作原理：舵机托架4固定在行星架6上，当髋关节舵机5进行驱动时会带动大腿进行转动，机器人通过髋关节的转动可以调整姿势使机器人能够更好的越过障碍。
31.大腿组件包括大腿支架2，大腿支架2内侧中部设置有行星轮驱动轮13，行星轮10的中部轴接有行星轮驱动轮轮轴7，行星轮驱动轮轮轴7的两端均与大腿支架2转动连接，大腿支架2的外部一侧固定设置有驱动轮舵机16，驱动轮舵机16与行星轮驱动轮轮轴7轴接；行星轮驱动轮13与行星轮10啮合；大腿支架2内侧下方的侧壁上固定设置有膝关节舵机19，膝关节舵机19转动连接有小腿3组件，膝关节舵机19下方设置有大腿连接杆18，大腿连接杆18的两端分别于大腿支架内部固定连接；大腿支架2远离小腿组件一侧转动连接有膝轮15，膝轮15的直径大于小腿支架3的宽度，机器人膝关节工作原理：膝关节舵机19固定在大腿支架2上，所以通过转动就可以带动小腿支架3转动，从而可以变换屈膝角度，使机器人在运行过程中调整腿部的姿态，并且膝轮15可以在屈膝着地时提供一个随动以及支撑，使机器人运行时更加顺畅。行星架6靠近髋关节舵机5的一侧固定设置有舵机托架4，髋关节舵机5与舵机托架4可拆卸连接，髋关节舵机5贯穿舵机托架4的侧壁与行星轮轴12轴接；行星架6的驱动原理，大腿支架2上安装的驱动轮舵机16进行驱动，带动行星轮驱动轮13进行转动，从而带动行星轮10转动。
32.小腿组件包括小腿支架3，小腿支架3为单板结构，小腿支架3的一端与膝关节舵机19轴接，小腿支架3的另一端转动连接有脚轮1，小腿支架3远离脚轮1的一侧固定设置有脚轮舵机14，脚轮舵机14贯穿小腿支架3并与脚轮1轴接。
33.机体9的两侧中部铰接有机体拉盖8，机体拉盖8上开设有通孔。
34.工作过程：当机器人需要前后运动时，脚轮舵机14会驱动脚轮1转动，同时带动整个机器人向前运动；在机器人运动到一个障碍物前需要跨越障碍物时，机器人姿态会发生变化，此时需要通过机器人的轮腿机构对机器人进行驱动。同侧的两组髋关节组件中的一组先进行活动，首先一组行星轮10在髋关节舵机5的带动下绕着太阳轮11的圆周进行调整，当该髋关节组件达到合适的越障高度，再通过调整大腿组件，首先大腿支架2上安装的驱动轮舵机16进行驱动，带动行星轮驱动轮13进行转动，使得行星轮驱动轮13沿着行星轮10的向上转动，使得大腿组件出现摆动，便于机器人越障，然后对小腿组件进行过调整，首先通过膝关节舵机19带动小腿支架3进行调整，使得小腿组件到达合适的高度；当一侧的轮腿机构中的一组髋关节组件、大腿组件和小腿组件均位于越障的合适的位置后(以及各组件调整期间)，机体9上总有一组轮腿机构和对侧的一组髋关节组件、大腿组件和小腿组件组成的腿部组件支撑，因此，有效的保证了机器人在越障时，机体9的平稳性；当一组腿部组件调整好后，四组脚轮舵机14同时启动，使得机器人向前或者向后移动，使得调整好的腿部组件可以先越过障碍或者先牢牢的搭接在障碍上，再调整机体9其他的一组腿部组件，最终使得机器人平稳的越过障碍；
35.在上述的步骤中，四个腿部组件可以根据实际的障碍情况选择首先活动的顺序，
在单个腿部组件中，髋关节组件、大腿组件和小腿组件的移动顺序也可以根据实际情况任意移动，并不局限于上述步骤。
36.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，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，因此不能理解为对本发明的限制。
37.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。