轮足切换式机器人的制作方法
【专利摘要】本实用新型提出一种轮足切换式机器人，在机器人主盘上设置用来轮式行走的四轮移动机构和用来足脚行走的六足步行机构，通过光电传感器检测前方障碍物，在检测到障碍物时会生成障碍信号传输给控制器，控制器根据障碍信号控制切换至六足步行机构进行足脚行走，轮式行走可以适用于平面路面上行走，而足脚较为灵活，更容易在障碍路段中行走，从而克服障碍路段难以行进的问题。
【专利说明】
轮足切换式机器人
技术领域
[0001]本实用新型涉及机器人领域，特别涉及的是一种轮足切换式机器人。
【背景技术】
[0002]随着技术的发展，机器人被应用到生产生活的各个方面。具有移动功能的机器人被广泛的应用于自动化生产车间的物料搬运、星际探索、海洋开发、服务、医疗护理、建筑、农林业、特种行业(核、污染环境等)、军事等。
[0003]让机器人动起来最简单最直接的方法就是给他装上轮子，既轮式机构。这种车轮式〃脚〃能高速稳定地运动，结构简单，操作方便，但是对路面的要求比较高，仅适用于平坦地面移动。当遇到路面凹凸不平、甚至有高低错层的情况时，则机器人无法通过，现有的方式一般会采用机器人绕道而行，以避过障碍路段，但是很容易使得机器人偏离预设轨道行走、出现差错，且依然无法解决高低错层的路况中行走的问题。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种轮足切换式机器人，能够在足脚行走和轮式行走两种行走方式中切换，克服障碍路况下行走困难的问题。
[0005]为解决上述问题，本实用新型提出一种轮足切换式机器人，包括:机器人主盘，四轮移动机构，六足步行机构，直流伺服电机，光电传感器，控制器;所述四轮移动机构具有用以轮式行走的四个行走轮，均安装在所述机器人主盘上;所述六足步行机构具有用以足脚行走的六只足脚，均安装在所述机器人主盘上;所述直流伺服电机安装在所述机器人主盘上，用以驱动所述六足步行机构的足脚行走、及驱动四轮移动机构的轮式行走;所述光电传感器安装在所述机器人主盘上，用以探测障碍物而相应生成障碍信号，并将障碍信号传输给所述控制器;所述控制器在启动后未接收到所述障碍信号时控制所述直流伺服电机驱动四个行走轮进行轮式行走，响应于所述障碍信号而控制所述直流伺服电机驱动六只足脚进行足脚行走，从而实现轮式行走和足脚行走的切换。
[0006]根据本实用新型的一个实施例，所述机器人主盘具有上层板和下层板，所述四个行走轮均设置在所述下层板的下方;所述六只足脚均设置在所述上层板的边沿且间隔分布，所述六只足脚在所述直流伺服电机的驱动下能够落地行走且在落地行走时将四个行走轮抬离地面。
[0007]根据本实用新型的一个实施例，所述六足步行机构的六只足脚均为三关节足脚，所述六足足脚分为两只前足、两只中足和两只后足。
[0008]根据本实用新型的一个实施例，所述直流伺服电机包括18个用以驱动六只足脚的各关节的关节用数字舵机，及4个用以驱动四个行走轮的行走轮用数字舵机;所述控制器为单片机，所述单片机具有至少4路数字舵机控制接口，第一数字舵机控制接口由4个行走轮用数字舵机占用，第二数字舵机控制接口由两只前足的关节用数字舵机占用，第三数字舵机控制接口由两只中足的关节用数字舵机占用，第四数字舵机控制接口由两只后足的关节用数字舵机占用。
[0009]根据本实用新型的一个实施例，每只足脚的落地部位呈L型，每只足脚的L型的横部与关节连接，每只足脚的L型的竖部朝横部弯折且用于落地支撑，每只足脚的L型的直角一侧设置为朝向机器人主盘。
[0010]根据本实用新型的一个实施例，所述机器人主盘的上层板呈正六边形，各足脚分别设置在上层板每条边的中间位置。
[0011]根据本实用新型的一个实施例，在所述机器人主盘的下层板的中央还设置有可上下伸缩的支撑部，所述支撑部包括用于和地面接触的圆板及可上下伸缩的支杆，所述支杆的一端连接所述圆板，另一端连接所述下层板，所述支杆伸长时能够抬升机器人主盘从而将四轮移动机构抬离地面。
[0012]根据本实用新型的一个实施例，所述支杆的伸缩部位连接直流伺服电机，以在所述直流伺服电机的驱动下上下伸缩。
[0013]根据本实用新型的一个实施例，所述六只足脚在初始状态下抬起且落地部位高于四个行走轮的落地部位。
[0014]根据本实用新型的一个实施例，所述四个行走轮呈两两前后分布。
[0015]采用上述技术方案后，本实用新型相比现有技术具有以下有益效果:在机器人主盘上设置用来轮式行走的四轮移动机构和用来足脚行走的六足步行机构，通过光电传感器检测前方障碍物，在检测到障碍物时会生成障碍信号传输给控制器，控制器根据障碍信号控制切换至六足步行机构进行足脚行走，轮式行走可以适用于平面路面上行走，而足脚较为灵活，更容易在障碍路段中行走，从而克服障碍路段难以行进的问题。
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型一实施例的轮足切换式机器人的结构示意图；
[0017]图2为图1的轮足切换式机器人轮式行走状态的结构示意图；
[0018]图3为图1的轮足切换式机器人足脚行走状态的结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】做详细的说明。
[0020]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。
[0021]参看图1-3，本实施例的轮足切换式机器人，包括:机器人主盘，四轮移动机构，六足步行机构，直流伺服电机，光电传感器，控制器。当然，可以根据需要配置电源，用来为机器人供电。
[0022]在一个实施例中，机器人主盘具有上层板11和下层板12，将四轮移动机构的行走轮3安装在下层板12的下方，而将六足步行机构的六只足脚2安装在上层板11的边沿上，上层板11和下层板12之间间隔一定的距离，在轮式行走时，将六只足脚2抬升离开地面，由于六只足脚2设置在上层板11上而行走轮3在下层板12上，因而可以减少六只足脚2抬升的距离，进而降低能耗。
[0023]四轮移动机构设置为具有四个行走轮3，四个行走轮4均为驱动轮，可以增强机器人的行走稳定性，不容易卡死，便于方向控制，也不容易陷入坑中。四个行走轮3安装在机器人主盘上，具体可以均设置在下层板12的下方。较佳的，四个行走轮4呈两两前后分布，行走稳定性和转向可靠性更高，但不作为限制，四个行走轮4例如也可以并排设置。前后是相对的，前后方向的参照依据可以是机器人的前进方向。
[0024]六足步行机构设置为具有六只足脚2，六只足脚2安装在机器人主盘上，具体可以均设置在上层板11的边沿且间隔分布，保证足脚行走过程中机器人的稳定性。特别在不平整的路面上时，机器人的重心会发生偏移，由于采用六只足脚2，在行走过程中，可使得始终非相邻的三足落地，对地面的支撑点更多，提高移动的稳定性，不容易导致机器人翻倒。
[0025]六只足脚2可以在控制器的控制下由直流伺服电机驱动而进行抬升、下降、前伸、后屈等动作，从而实现足脚行走。六只足脚2能够落地行走，且在落地行走时将四个行走轮3抬离地面，从而防止四个行走轮3摩擦地面，也使得足脚行走时不受行走轮的影响，也就是说六只足脚2伸长时的长度大于上层板11到地面的距离。
[0026]由于足脚行走的功耗更大，因而在平面路面行走时，优选采用轮式行走。较佳的，六只足脚2在初始状态下抬起，六只足脚2的落地部位高于四个行走轮3的落地部位，从而在轮式行走时，六只足脚2不会对行走造成任何影响。
[0027]直流伺服电机安装在机器人主盘上，安装位置和方式不作限制，直流伺服电机可以驱动六足步行机构的足脚进行相应的动作，从而可以在地面上进行足脚行走，当然也可以驱动足脚进行下降和抬升等动作。直流伺服电机还可以驱动四轮移动机构的行走轮的转动。直流伺服电机可以理解为直流伺服电机组，包括多个驱动模块。
[0028]光电传感器是把光信号(红外、可见及紫外光辐射)转变成为电信号的器件，例如可以是红外光电传感器，当发射的光路遇到前方障碍物时会发生反射，光信号相应发生变化，从而生成相应电信号形式的障碍信号，光电传感器生成的障碍信号实时地传输给控制器。
[0029]控制器安装在机器人主盘上且连接光电传感器和直流伺服电机，在机器人主盘上的安装位置和方式不作限定。控制器在启动后未接收到障碍信号时控制直流伺服电机驱动四个行走轮3进行轮式行走，响应于障碍信号而控制直流伺服电机驱动六只足脚2进行足脚行走，从而实现轮式行走和足脚行走的切换。换言之，在机器人行走过程中，在控制器没有接收到障碍信号时，行走方式为轮式行走，控制器控制直流伺服电机单独驱动四轮移动机构的四个行走轮3转动行走，而控制器在接收到障碍信号时，行走方式切换为足脚行走，控制器控制直流伺服电机单独驱动六足步行机构的六只足脚2行走，而在障碍信号消失后又切换为轮式行走，从而可以实现轮式行走和足脚行走的切换，克服障碍路段难以行进的问题。
[0030]参看图2，需要进行轮式行走时，控制器控制六只足脚2抬升、四个行走轮3转动行走。参看图3，需要进行足脚行走时，控制器控制六只足脚2下降、四个行走轮3被抬升、六只足脚2行走。足脚行走的控制方式可以根据现有的足脚行走机器人的控制方式，或者进行适应性的调整。在足脚和轮式行走可切换使用的情况下，机器人的四个行走轮3可以仅需要直行而无需转弯，转弯可以通过足脚的动作来实现，在这种情况中，六只足脚2的动作还可以由设定的转弯信号来控制驱动。
[0031]较佳的，六足步行机构的六只足脚2均为三关节足脚，六足足脚2分为两只前足、两只中足和两只后足。可以保证足脚的步态幅度较大及灵活度较高。
[0032]进一步的，直流伺服电机包括18个关节用数字舵机和4个行走轮用数字舵机。每个行走轮设置一行走轮用数字舵机来驱动行走，六只足脚2的每个足脚的每个关节设置一关节用数字舵机来驱动动作。
[0033]数字舵机例如可以采用型号为CDS5516数字舵机。数字舵机使用半双工串行一步总线通讯方式。每个数字舵机上均设有信号接口。信号接口和控制器的数字接口相连，以接收控制信号。而这些电机之间可以简单的通过通讯线串接连接，在控制时只要给不同数字舵机分配不同的标识号接口对相应的数字舵机进行相应的控制，从而控制机器人运动的步态、速度及方向。
[0034]控制器为单片机，单片机具有至少4路数字舵机控制接口，第一数字舵机控制接口由4个行走轮用数字舵机占用，第二数字舵机控制接口由两只前足的关节用数字舵机占用，第三数字舵机控制接口由两只中足的关节用数字舵机占用，第四数字舵机控制接口由两只后足的关节用数字舵机占用。换言之，将4个行走轮用数字舵机之间通过通讯线相连，串接最后的一个行走轮用数字舵机连接到控制器的第一数字舵机控制接口、以接收控制信号；两只前足的关节用数字舵机之间通过通讯线相连，串接最后的一个关节用数字舵机连接到控制器的第二数字舵机控制接口、以接收控制信号;两只中足的关节用数字舵机之间通过通讯线相连，串接最后的一个关节用数字舵机连接到控制器的第三数字舵机控制接口、以接收控制信号;两只后足的关节用数字舵机之间通过通讯线相连，串接最后的一个关节用数字舵机连接到控制器的第四数字舵机控制接口、以接收控制信号。每个数字舵机具有不同的标记号，每个数字舵机根据控制信号携带的标记号而接收作为自身的控制信号。
[0035]较佳的，六只足脚2的每只足脚的落地部位21呈L型，每只足脚的L型落地部位21的横部与其前端的关节连接，每只足脚的L型落地部位21的竖部部分或全部朝横部弯折，竖部用于落地支撑，每只足脚的L型落地部位21的直角一侧设置为朝向机器人主盘。也就是说，L型落地部位21的竖部朝向机器人主盘弯折，六个足脚2的落地部位21呈相互靠拢的趋势，支撑地面时更稳固。
[0036]可选的，机器人主盘的上层板11呈正六边形，各足脚2分别设置在上层板11每条边的中间位置。上层板11呈正六边形，可以更方便定位各足脚2的安装位置，从而设置相应的安装件，各足脚2例如可以通过螺接件连接在上层板11的各个边沿上。
[0037]在一个实施例中，在机器人主盘的下层板12的中央还设置有可上下伸缩的支撑部(图中未示出)，支撑部包括用于和地面接触的圆板及可上下伸缩的支杆，支杆的一端连接圆板，另一端连接下层板12，支杆伸长时能够抬升机器人主盘从而将四轮移动机构抬离地面。在机器人停工时，机器人无需进行行走，而如果将行走轮一直接触地面，长久之后很容易造成行走轮的损坏，因而在机器人不需要行走时，通过支撑部支撑起来，使得四个行走轮3离开地面，六只足脚2在初始状态下抬起，因而在不需要行走时同样离开地面，可以延长机器人的行走机构的使用寿命。支撑部设置在下层板12的中央(当然是在下层板下方延伸)，可以保证支撑的稳定性。
[0038]可选的，支杆的伸缩部位连接直流伺服电机，以在直流伺服电机的驱动下上下伸缩。当然，支杆的伸缩也可以通过人工直接进行调整。
[0039]本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。
【主权项】
1.一种轮足切换式机器人，其特征在于，包括:机器人主盘，四轮移动机构，六足步行机构，直流伺服电机，光电传感器，控制器;所述四轮移动机构具有用以轮式行走的四个行走轮，均安装在所述机器人主盘上;所述六足步行机构具有用以足脚行走的六只足脚，均安装在所述机器人主盘上;所述直流伺服电机安装在所述机器人主盘上，用以驱动所述六足步行机构的足脚行走、及驱动四轮移动机构的轮式行走;所述光电传感器安装在所述机器人主盘上，用以探测障碍物而相应生成障碍信号，并将障碍信号传输给所述控制器;所述控制器在启动后未接收到所述障碍信号时控制所述直流伺服电机驱动四个行走轮进行轮式行走，响应于所述障碍信号而控制所述直流伺服电机驱动六只足脚进行足脚行走，从而实现轮式行走和足脚行走的切换。2.如权利要求1所述的轮足切换式机器人，其特征在于，所述机器人主盘具有上层板和下层板，所述四个行走轮均设置在所述下层板的下方;所述六只足脚均设置在所述上层板的边沿且间隔分布，所述六只足脚在所述直流伺服电机的驱动下能够落地行走且在落地行走时将四个行走轮抬离地面。3.如权利要求1所述的轮足切换式机器人，其特征在于，所述六足步行机构的六只足脚均为三关节足脚，所述六足足脚分为两只前足、两只中足和两只后足。4.如权利要求3所述的轮足切换式机器人，其特征在于，所述直流伺服电机包括18个用以驱动六只足脚的各关节的关节用数字舵机，及4个用以驱动四个行走轮的行走轮用数字舵机;所述控制器为单片机，所述单片机具有至少4路数字舵机控制接口，第一数字舵机控制接口由4个行走轮用数字舵机占用，第二数字舵机控制接口由两只前足的关节用数字舵机占用，第三数字舵机控制接口由两只中足的关节用数字舵机占用，第四数字舵机控制接口由两只后足的关节用数字舵机占用。5.如权利要求1-4中任意一项所述的轮足切换式机器人，其特征在于，每只足脚的落地部位呈L型，每只足脚的L型的横部与关节连接，每只足脚的L型的竖部朝横部弯折且用于落地支撑，每只足脚的L型的直角一侧设置为朝向机器人主盘。6.如权利要求1-4中任意一项所述的轮足切换式机器人，其特征在于，所述机器人主盘的上层板呈正六边形，各足脚分别设置在上层板每条边的中间位置。7.如权利要求1-4中任意一项所述的轮足切换式机器人，其特征在于，在所述机器人主盘的下层板的中央还设置有可上下伸缩的支撑部，所述支撑部包括用于和地面接触的圆板及可上下伸缩的支杆，所述支杆的一端连接所述圆板，另一端连接所述下层板，所述支杆伸长时能够抬升机器人主盘从而将四轮移动机构抬离地面。8.如权利要求7所述的轮足切换式机器人，其特征在于，所述支杆的伸缩部位连接直流伺服电机，以在所述直流伺服电机的驱动下上下伸缩。9.如权利要求1-4中任意一项所述的轮足切换式机器人，其特征在于，所述六只足脚在初始状态下抬起且落地部位高于四个行走轮的落地部位。10.如权利要求1-4中任意一项所述的轮足切换式机器人，其特征在于，所述四个行走轮呈两两前后分布。
【文档编号】B62D57/02GK205615605SQ201620417127
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年5月10日
【发明人】朱勤
【申请人】苏州工业职业技术学院