轮腿式机器人腿部装置及轮腿式机器人

1.本发明涉及移动机器人领域，尤其涉及一种轮腿式机器人腿部装置及轮腿式机器人。


背景技术：

2.移动机器人，尤其是轮腿式机器人兼具轮式高机动性与腿式强越障性的能力，在军用与民用领域有着突出的应用于广阔的前景，如侦查、打击、救援等。但现有的轮腿机器人一些不含悬架，仅依靠车轮轮胎的刚度来抵消地面带来的激励，从而其机动性不强，在非结构化路面上行驶时不能快速行进，且在高速状态下容易发生摔车现象；还有一些存在悬架，但是设置的悬架架构限制了机器人的自由度，且在腿式模态时，由于悬架系统的引入，使得控制难度攀升，步态稳定性下降。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种轮腿式机器人腿部装置，此装置可以有效解决上述的问题，即在轮式模态下，能够提高机器人在复杂地形下的高性能越障能力以及缓冲减振能力，提高其机动性，另外便于在轮式模态和腿式模态间转化，并且在腿式模态下能实现更好的控制效果。
4.本发明的另一个目的是提供一种包括上述装置的轮腿式机器人。
5.为实现上述目的，本发明提供一种轮腿式机器人腿部装置，其包括上腿部、下腿部、减振组件，下腿部的上端与上腿部铰接，下腿部一端连接有车轮；减振组件，包括弹性件和锁止件，弹性件包括连接部和锁止部，连接部与上腿部连接，锁止件连接在下腿部，或者连接部与下腿部连接，锁止件连接在上腿部，锁止件具有与锁止部可分离或抵接的限位部，限位部与锁止部抵接时，弹性件提供限制下腿部向上腿部移动的弹性力。
6.进一步的，弹性件设置在上腿部或者下腿部的外表面一侧。
7.进一步的减振组件还包括容纳弹性件的外罩，外罩安装在上腿部或下腿部，且外罩与锁止部连接，或者外罩安装有锁止件。
8.进一步的，车轮设置在下腿部的一侧，外罩和车轮同侧设置。
9.进一步的，弹性件为扭簧。
10.进一步的，下腿部设有转轴，弹性件连接部与转轴可拆卸连接。
11.进一步的，锁止件为电磁销。
12.进一步的，还包括下腿部驱动组件，下腿部驱动组件包括设置在上腿部上的第一连杆，驱动第一连杆的电机，与第一连杆铰接的第二连杆，第二连杆与下腿部连接，电机置于上腿部。
13.本发明还提供一种轮腿式机器人，其包括上述轮腿式机器人腿部装置，机器人本体，机器人本体与所述上腿部连接。
14.进一步的，还包括控制限位部与弹性体的锁止部分离或抵接的控制器，以使得控
制器控制限位部与弹性件的锁止部抵接时，弹性件提供限制所述下腿部向上腿部移动的弹性力。
15.本发明的有益效果在于：
16.1.使用此轮腿式机器人腿部装置在轮式模态下，能够提高机器人在复杂地形下的高性能越障能力以及缓冲减振能力，提高其机动性。
17.2.另外通过设置控制器，便于轮腿机器人在轮式模态和腿式模态间转化，并且在腿式模态下能实现更好的控制效果。
附图说明
18.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
19.图1是轮腿式机器人腿部装置的一种示意性实施方式局部剖面结构示意图。
20.图2是轮腿式机器人腿部装置的一种示意性实施方式立体结构图。
21.其中：
22.100、上腿部；101、第一连杆；102、第二连杆；200、下腿部；201、转轴；300、车轮；401、弹性件；402、锁止件；403、限位部；404、外罩；405、支撑轴；406、连接部；407、锁止部；500、机器人本体。
具体实施方式
23.为了更清楚的阐释本技术的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。
24.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
25.另外，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“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，因此不能理解为对本发明的限制。
26.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体。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在本发明中的具体含义。
27.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性”、“具体示例”、或“实施方式”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
28.图1是轮腿式机器人腿部装置的一种示意性实施方式，如图1所示，其包括上腿部100、下腿部200、减振组件。下腿部200的上端与上腿部100铰接，下腿部200一端连接有车轮300；减振组件，包括弹性件401和锁止件402，弹性件401包括连接部406和锁止部407，连接
部406与上腿部连接，锁止件402连接在下腿部200，或者连接部406与下腿部200连接，锁止件402连接在上腿部100，锁止件402具有与锁止部407可分离或抵接的限位部403，限位部403与锁止部407抵接时，弹性件401提供限制下腿部200向上腿部100移动的弹性力。
29.其工作时，在轮式模态中，将锁止件402的限位部403与弹性件401的锁止部407抵接，而弹性件401的连接部406连接与上腿部100连接时，锁止件402与下腿部200连接，或者在另一种实施例中，弹性件401的连接部406连接在上腿部100，而相应的锁止件402连接在下腿部200，从而使得弹性件401限制下腿部200向上腿部100移动靠近，限制上腿部100和下腿部200的相对摆动，使上腿部100与下腿部200之间形成特定角度，使得机器人依靠下腿部200的车轮300进行移动；在腿式模态中，将锁止件402的限位部403与弹性件401的锁止部407分离，从而使得弹性件401存在自由端，解除限制下腿部200与上腿部100的锁定，使下腿部200和上腿部100能够相对摆动，从而可以利用腿部移动，实现腿式模态。
30.在上述结构中，在轮式模态中，当锁止件402的限位部403与弹性件401的锁止部407抵接时，由于弹性件401的连接部406与上腿部100或者下腿部200相连接，其锁止部407又与限位部403抵接，弹性件401受到限位，从而限制下腿部200和上腿部100相对活动，在行进过程中，非结构化路面带来激励通过车轮300传递到下腿部200，下腿部200受迫绕膝关节上下转动，而下腿部200通过弹性件401限制转动，又由于弹性件401有较好的弹性，因此下腿部200受到的力转移至弹性件401上并通过弹性件401弹性变形所抵消，以完成减振。因为弹性件401弹性较好，所以轮式模态下减振效果好。
31.当机器人要转换为腿式模态时，只需将锁止件402的限位部403与弹性件401的锁止部407相分离，使得弹性件401存在可以自由活动的端部，从而无法限制下腿部200和上腿部100的相对位置，因此上腿部100和下腿部200可自由摆动，更好的控制上腿部100和下腿部200的活动，以使得机器人更加灵活。在轮腿模态的相互转换上，只需将限位部403与弹性件401相抵接和分离，减少了操作步骤，更加便于两种模态的转换。
32.在轮腿式机器人腿部装置的优选实施例中，弹性件401设置在上腿部100或者下腿部200的外表面一侧。上述结构中，如图1所示，将弹性件401设置在上腿部100或者下腿部200的外表面一侧，简化了下腿部200和上腿部100铰接处内部的结构，减轻上腿部100和下腿部200铰接时的负担，也方便对弹性件401进行检修和更换。
33.在一些实施例中，也可将弹性件401放置在上腿部100或者下腿部200的内部，这样可以更好的保护弹性件401，简化和美化机器人的外形结构。
34.在轮腿式机器人腿部装置的优选实施例中，减振组件还包括容纳弹性件401的外罩404，外罩404安装在上腿部100或下腿部200，且外罩404与弹性件401的锁止部407连接，或者外罩404安装有锁止件402。上述结构中，如图1所示，外罩404将弹性件401包裹起来，在经过一些泥泞道路时，避免泥水迸溅到弹性件401上，使得弹性件401的弹性减小，影响减振效果，更好的保护弹性件401，另外弹性件401的锁止部407可以直接连接在外罩404上，使外罩404来限制弹性件401锁止部407的自由活动，或者，在另一种实施例中，可以将锁止件402安装在外罩404上，使得通过锁止件402与弹性件401的抵接来锁止弹性件401，更加方便的限制弹性件401的自由活动，从而更好的实现轮式模态。
35.其中，外罩404可以使用法兰结构安装在上腿部100或者下腿部200，方便外罩404的拆卸，便于对弹性件401的检修和安装。
36.在轮腿式机器人腿部装置的优选实施例中，所述车轮300设置在所述下腿部200的一侧，所述外罩404和所述车轮300同侧设置。上述结构中，如图1所示，车轮300置于下腿部200一侧，当车轮300放置在下腿部200外侧时，在下腿部200间有障碍物时，可以有效提高其腿间通过性，将外罩404和车轮300同侧放置，由于外罩404设置在上腿部100或下腿部200的外表面一侧，因此会突出一部分，可能会影响整个机器人的外部形状，从而影响机器人的活动空间和通过性，而车轮300设置在下腿部200一侧，会预留出车轮300的空间，将外罩404和车轮300置于同一侧，可以有效利用空间，避免外罩404会影响机器人的整体空间结构。
37.在轮腿式机器人腿部装置的优选实施例中，弹性件401为扭簧。上述结构中，如图1所示，将扭簧一端连接在上腿部100或者下腿部200，而将其另一端与锁止件402进行分离或抵接，扭簧可以提供更加稳定的扭力，提供更好的减振效果。
38.在一些实施例中，弹性件401也可以选择涡卷弹簧。
39.另外，在一种实施例中，如图所示，减振组件在包括外罩404时，外罩404设有供弹性件401套设的支撑轴405，支撑轴405更好的支撑弹性件401，使弹性件401提供较好的扭力，另外，由于支撑轴405只起到支撑作用，因此制造精度可以较低，在起到支撑作用的同时，也节省生产成本。
40.在轮腿式机器人腿部装置的优选实施例中，下腿部200设有转轴201，弹性件401的连接部406与转轴201可拆卸连接。上述结构中，如图1所示，弹性件401与转轴201可拆卸连接，便于弹性件401安装和更换。
41.在轮腿式机器人腿部装置的优选实施例中，锁止件402为电磁销。上述结构，如图1所示，使用电磁销，一方面便于控制锁止件402的限位部403对弹性体进行分离或抵接；另一方面，在保证锁止件402强度的同时，减轻其重量，方便其轻量化。
42.在轮腿式机器人腿部装置的优选实施例中，还包括下腿部200驱动组件，所述下腿部200驱动组件包括设置在上腿部100上的第一连杆101，驱动所述第一连杆101的电机，与所述第一连杆101铰接的第二连杆102，所述第二连杆102与所述下腿部200连接，所述电机置于所述上腿部100。上述结构中，如图2所示，在腿式模态中，电机通过控制第一连杆101摆动，从而使第一连杆101带动第二连杆102摆动，因为第二连杆102与下腿部200连接，因此控制下腿部200运动，使用连杆传动能够实现多种运动形式的转换，连杆均为面接触，传动时受到单位面积上的压力较小，且有利于润滑，所以磨损较轻。
43.在一些具体实施例上，在第一连杆101上设有电磁销，该电磁销与机器人本体相分离、抵接，用于限制上腿部100的运动，其和锁止件402一起限制上腿部100和下腿部200的运动，使机器人在轮式模态中更加稳定。其中，将上腿部100驱动电机放置与机器人本体上，节省腿部空间，减轻腿部负担。
44.本发明还提供一种轮腿式机器人，其包括上述轮腿式机器人腿部装置，机器人本体500，机器人本体500与所诉上腿部100连接。
45.在一种优选的实施方式中，还包括控制限位部403与弹性件401的锁止部407分离或抵接的控制器，以使得控制器控制限位部403与弹性件401的锁止部407抵接时，弹性件401提供限制下腿部200向上腿部100移动的弹性力。
46.在上述结构中，通过设置控制器来控制锁止件402和弹性件401之间的相互锁止，以此来完成该机器人腿式模态和轮式模态的相互转换，在一种实施例中，锁止件402为电磁
销，在机器人以轮式模态运动时，控制器控制电磁销与弹性件401进行抵接，限制下腿部200向上腿部100进行移动靠近，从而使得下腿部200和上腿部100维持在一固定角度，完成轮式模态，在机器人处于腿式模态时，控制器控制电磁销与弹性件401分离，从而解除下腿部200和上腿部100之间的限制关系，使得下腿部200可以通过驱动组件相对上腿部100转动，从而实现腿式模态。
47.另外，在另一种实施例中，该控制器也可控制驱动组件，进而控制下腿部200的移动，该控制器可以安装在机器人本体上，或者可以将控制器设置为可通过无线控制，从而使得控制器方便携带，便于操纵控制机器人。
48.本发明中未述及的地方采用或借鉴已有技术即可实现。
49.以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。