技术特征：
1.一种模块化可变构型的足轮式机器人，其特征在于：基本构成单元包括：双足轮式机器人模块化单体(1)以及连接装置(2)；双足轮式机器人模块化单体(1)包括：1组机身(3)以及2组轮腿结构(4)；2组轮腿结构(4)对称固定于机身(3)两侧；机身(3)包括：外壁(5)、主控板(6)、惯性测量单元(7)、电源管理板(8)、电池(9)以及电池架(10)；外壁(5)呈长方体状，包括：前壁(11)、后壁(12)、左壁(13)、右壁(14)、上壁(15)、下壁(16)、块状连接件(17)以及条状连接件(18)；前壁(11)、后壁(12)、左壁(13)、右壁(14)、上壁(15)以及下壁(16)通过块状连接件(17)以及条状连接件(18)固接为整体；前壁(11)、后壁(12)、左壁(13)、右壁(14)、上壁(15)以及下壁(16)两两相邻的公共边通过条状连接件(18)固定；前壁(11)、后壁(12)、左壁(13)、右壁(14)、上壁(15)以及下壁(16)相邻的公共角通过块状连接件(17)固定；主控板(6)、惯性测量单元(7)、电源管理板(8)、电池(9)以及电池架(10)分别固定于外壁(5)内部，外壁(5)实现保护以及隔离作用；主控板(6)、惯性测量单元(7)以及电源管理板(8)均为小型电路板，固定在后壁(12)上；主控板(6)用于实现对双足轮式机器人模块化单体(1)的控制；惯性测量单元(7)用于获取双足轮式机器人模块化单体(1)的三轴线位移、三轴线速度、三轴线加速度、三轴角位移、三轴角速度以及三轴角加速度，并传输给主控板(6)用于反馈双足轮式机器人模块化单体(1)的运动状态；电源管理板(8)根据主控板(6)的控制指令，调整电池(9)输出功率分配，同时实现对电池(9)的过充保护、过放保护以及过流保护；电池(9)通过电池架(10)固定于下壁(16)上，为双足轮式机器人模块化单体(1)提供能源；电池架(10)的底部与下壁(16)固连；轮腿结构(4)包括：腿部结构(19)以及轮结构(20)；腿部结构(19)包括：第一关节电机(21)、关节电机托架(22)、第二关节电机(23)、大腿(24)以及小腿(25)；第一关节电机(21)包括：第一关节电机输出端外壳(26)、第一关节电机外壳侧壁(27)、第一关节电机固定端外壳(28)、第一关节电机元件(29)以及第一关节电机输出轴(30)；第二关节电机(23)包括：第二关节电机输出端外壳(31)、第二关节电机外壳侧壁(32)、第二关节电机固定端外壳(33)、第二关节电机元件(34)以及第二关节电机输出轴(35)；大腿(24)包括：大腿外壳(36)以及大腿杆件(37)；大腿外壳(36)包括：大腿连接件(38)、大腿碳管(39)以及膝关节连接件(40)；大腿连接件(38)、大腿碳管(39)以及膝关节连接件(40)依次固连；大腿杆件(37)包括：大腿摇杆(41)以及大腿连杆(42)；大腿摇杆(41)截面为梨形，大端开孔用于固定连接，小端开孔用于实现铰接；大腿连杆
(42)为一细长实心杆件，两端开孔用于实现铰接；小腿(25)包括：小腿连接件(43)以及小腿碳管(44)；两个第一关节电机固定端外壳(28)分别通过左壁(13)以及右壁(14)预留的孔位与左壁(13)以及右壁(14)固定，第一关节电机输出轴(30)通过关节电机托架(22)预留的孔位与关节电机托架(22)固定；第二关节电机固定端外壳(33)与关节电机托架(22)一侧固连，第二关节电机输出端外壳(31)与大腿连接件(38)的一端固连，第二关节电机输出轴(35)与所述大腿摇杆(41)的一端固连；大腿摇杆(41)的另一端与大腿连杆(42)的一端进行铰接，大腿连杆(42)的另一端与小腿连接件(43)进行铰接；小腿连接件(43)的一端分别与大腿连杆(42)以及膝关节连接件(40)进行铰接，另一端与小腿碳管(44)固连；第一关节电机(21)通过第一关节电机输出轴(30)的旋转驱动关节电机托架(22)旋转，进而带动第二关节电机(23)、大腿(24)以及小腿(25)进行旋转，即腿部结构(19)绕第一关节电机输出轴(30)进行旋转；第二关节电机(23)与第一关节电机(21)间仅发生单自由度的旋转，而无其他自由度；第二关节电机(23)通过第二关节电机输出轴(35)的旋转驱动大腿摇杆(41)运动，进而通过大腿连杆(42)控制小腿(25)绕膝关节连接件(40)转动；大腿外壳(36)、大腿杆件(37)以及小腿连接件(43)组成平行四连杆传动结构，当仅控制第二关节电机(23)转动时，大腿外壳(36)为机架，大腿摇杆(41)为主动摇杆，大腿连杆(42)为连杆，小腿连接件(43)为被动输出摇杆，通过第二关节电机输出轴(35)的转动直接控制小腿(25)以同样方式运动；小腿(25)为轮结构(20)提供安装底座，通过第一关节电机(21)和第二关节电机(23)联动控制足端运动；轮结构(20)包括：足端连接件(45)、轮毂电机托架(46)、轮毂电机(47)以及包胶轮毂(48)；轮毂电机(47)包括：轮毂电机输出端外壳(49)、轮毂电机外壳侧壁(50)、轮毂电机固定端外壳(51)、轮毂电机元件(52)以及轮毂电机输出轴(53)；包胶轮毂(48)外侧包覆胶层，胶层两侧带有切角，以使轮子能够倾斜转动；足端连接件(45)的一端与小腿碳管(44)的末端固连，足端连接件(45)的另一端与轮毂电机托架(46)固连，实现连接腿部结构(19)和轮结构(20)的作用；轮毂电机托架(46)的一端与足端连接件(45)固连，轮毂电机托架(46)的另一端与轮毂电机固定端外壳(51)固连，将轮毂电机固定端外壳(51)与足端连接件(45)固连；轮毂电机固定端外壳(51)与足端连接件(45)固连，轮毂电机输出轴(53)与包胶轮毂(48)固连，轮毂电机输出轴(53)的旋转驱动包胶轮毂(48)相对于小腿(25)旋转；包胶轮毂(48)与轮毂电机输出轴(53)固连，包胶轮毂(48)绕轮毂电机输出轴(53)进行旋转，实现在水平面内运动；连接装置(2)包括：管夹(54)以及连接杆(55)；管夹(54)固定在需连接的双足轮式机器人模块化单体(1)的左壁(13)、右壁(14)、前壁(11)以及后壁(12)上，连接杆(55)的两端分别穿过两个双足轮式机器人模块化单体(1)上的预留好的孔位以及管夹(54)，通过管夹(54)提供的预紧力使连接杆(55)与管夹(54)相连接，进而通过连接装置(2)将多个双足轮式机器人模块化单体(1)固定连接，实现不同的轮
式机器人构型。2.根据权利要求1所述的一种模块化可变构型的足轮式机器人，其特征在于：以双足轮式机器人为单体模块，单体模块能够独立运动，也能够任意拼接成不同构型的多足轮式机器人，每个单体模块同时携带不同的载荷，各个单体模块载荷之间协同工作，实现四足、六足、八足等多足轮式运动。3.根据权利要求1或2所述的一种模块化可变构型的足轮式机器人，其特征在于：电池架(10)采用桁架结构，在减轻重量的同时保证强度。4.根据权利要求1或2所述的一种模块化可变构型的足轮式机器人，其特征在于：关节电机托架(22)以及轮毂电机托架(46)为镂空结构，实现减轻重量以及散热的功能；关节电机托架(22)以及轮毂电机托架(46)的侧面具有加强筋结构，以提高强度。5.根据权利要求1或2所述的一种模块化可变构型的足轮式机器人，其特征在于：大腿连接件(38)、大腿碳管(39)、小腿连接件(43)以及小腿碳管(44)均为中空部件，内部中空能够排布线缆，使结构紧凑，大腿连接件(38)与大腿碳管(39)实现对大腿杆件(37)形成包络，起到保护作用。6.根据权利要求1或2所述的一种模块化可变构型的足轮式机器人，其特征在于：足端连接件(45)为中空结构，在减轻重量的同时，能够将轮毂电机(47)线缆引入小腿碳管(44)，使结构紧凑；足端连接件(45)预留标准化接口，能够更换不同型号的轮毂电机(47)。7.根据权利要求1或2所述的一种模块化可变构型的足轮式机器人，其特征在于：包胶轮毂(48)径向截面为工字形，在与轮毂电机输出轴(53)相连的面上布置减重孔，在保证强度的前提下减轻重量，同时降低对整体宽度的影响。8.根据权利要求1或2所述的一种模块化可变构型的足轮式机器人，其特征在于：连接杆(55)的外形包括：常规的直杆、弧形杆或折角杆，以组成不同形状的足轮式机器人构型；连接杆(55)能够采用不同材质的管件或杆件，以适应不同任务对强度和承载能力的不同需求。
技术总结
本发明公开一种模块化可变构型的足轮式机器人，属于空间操作领域。本发明的一种模块化可变构型的足轮式机器人，以双足轮式机器人为单体模块，单体模块能够独立运动，也能够任意拼接成不同构型的多足轮式机器人，每个单体模块同时携带不同的载荷，各个单体模块载荷之间协同工作，实现四足、六足、八足等多足轮式运动，解决现有足轮式机器人构型单一，运动方式单一，不能满足多样化任务需求的问题。不能满足多样化任务需求的问题。不能满足多样化任务需求的问题。
技术研发人员：张景瑞 杨翼 杨科莹 蔡晗 周春阳
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：2022.08.17
技术公布日：2022/11/25