專利名稱：輪腿機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輪腿兩用式機器人，屬機器人技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
腿式機器人的優(yōu)點是不僅能在平坦地面上行走而且可以在崎嶇地面上步行，可跨越溝壑，上下臺階，還可做無滑動的完整和單向運動，并為其上的傳感器提供穩(wěn)定的動態(tài)平臺，因此具有廣泛的適用性，但其存在缺點，即較難實現(xiàn)其穩(wěn)定步態(tài)規(guī)劃和穩(wěn)定平衡控制， 運動速度與能量的利用效率較低，另外，腿式機器人一般較重，且結(jié)構(gòu)復雜。輪式機器人優(yōu)點是，自動操作簡單，動作穩(wěn)定，特別適合在平坦的地面上運動，有更大的運動速度和能量利用效率，是目前廣泛使用的一類機器人。但是與腿式機器人相比，其對地形的適應性較差，很少可以跨越高度和爬樓梯。隨著社會的不斷發(fā)展，為解決復雜的路面行走問題，設(shè)計了方便、快速的輪腿變換的機器人，集成了輪式機器人和腿式機器人各自的優(yōu)點，同時，也彌補了輪式機器人和腿式機器人各自的缺點，具有各取所長，相互彌補的特點。申請?zhí)枮?00810056851. 2的專利公布了一種輪足兩用式移動機器人，該機器人采用輪腿結(jié)合運動模式，包括機架，機架兩側(cè)對稱安裝有四條結(jié)構(gòu)相同的具有輪、足兩用功能的腿，每條腿包括大腿和小腿，大腿的兩端位于大腿內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動裝配有兩個大輪，位于機器人內(nèi)部的大輪通過傳動軸連接，傳動軸與動力源連接，每條腿上位于機器人外部的大輪上轉(zhuǎn)動裝配有小腿，小腿的末端轉(zhuǎn)動裝配有小輪， 小輪上設(shè)置有用于控制小輪從動或止轉(zhuǎn)的電磁抱間，該機器人通過傳動軸上的離合器進行輪腿模式切換，上述大輪和小輪均繞腿徑向延伸的各自對應的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。在切換為腿式工作時，大腿與機架保持一定角度，然后小腿繞軸旋轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)機器人的行走，這種行走方式在光滑的路面容易發(fā)生打滑，而且為了防止小輪的轉(zhuǎn)動，還得安裝控制小輪止轉(zhuǎn)的電磁抱閘，增加了機器人的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種輪腿機器人，用以解決輪腿機器人在切換為腿式工作時容易發(fā)生打滑的問題。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種輪腿機器人，包括機架，機架上設(shè)置有四條結(jié)構(gòu)相同的具有輪、足兩用功能的腿，每條腿包括大腿和繞大腿徑向轉(zhuǎn)動的小腿，小腿的末端設(shè)置有輪子，所述小腿上連接有用于驅(qū)動小腿前后擺動的小腿驅(qū)動裝置，所述輪子上固定有用于驅(qū)動輪子轉(zhuǎn)動的直流電機，所述直流電機通過固定在沿小腿徑向延伸的轉(zhuǎn)軸連接有用于驅(qū)動直流電機繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的輪驅(qū)動裝置，且電機的傳動軸始終與轉(zhuǎn)軸處于垂直狀態(tài)。所述機架包括位于上層的背部板和下層的腹部板，所述背部板通過連接桿與腹部板固定連接，所述大腿轉(zhuǎn)動設(shè)置在背部板上。所述大腿連接有用于驅(qū)動大腿水平轉(zhuǎn)動的大腿驅(qū)動裝置，所述大腿驅(qū)動裝置包括固定在機架上的大腿舵機，所述大腿與大腿舵機的輸出軸固定連接。
所述小腿驅(qū)動裝置包括固定在所述大腿上的小腿舵機，小腿舵機的輸出軸通過小腿曲柄搖桿機構(gòu)與小腿鉸接。所述輪驅(qū)動裝置包括固定在小腿上的輪舵機，輪舵機的輸出軸通過輪曲柄搖桿機構(gòu)與直流電機連接。所述大腿舵機、小腿舵機、輪舵機均通過無線接收端與控制器連接。采用上述結(jié)構(gòu)的輪腿機器人，輪子上固定有用于驅(qū)動輪子轉(zhuǎn)動的直流電機，依靠設(shè)置在小腿上的輪舵機帶動直流電機和輪子繞沿小腿徑向延伸的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，當轉(zhuǎn)動至水平狀態(tài)時實現(xiàn)該機器人的輪式行走；當轉(zhuǎn)動至豎直狀態(tài)時，依靠大腿舵機帶動大腿上下擺動和小腿舵機帶動小腿前后擺動，共同實現(xiàn)該機器人的腿式行走。在機器人處于腿式行走過程中，機器人的每條輪腿實現(xiàn)了水平和垂直運動，即使在光滑的路面也不會產(chǎn)生打滑，而且該機器人操作簡單方便，運動動作穩(wěn)定。


圖1為本發(fā)明輪腿機器人實施例的主視圖； 圖2為圖1的左視圖3為圖1的俯視圖； 圖4為圖1的斜視圖5為本發(fā)明輪腿機器人的輪腿結(jié)構(gòu)主視圖； 圖6為圖5的左視圖。
具體實施例方式如圖1-6所示，本發(fā)明一種輪腿機器人，包括機架，機架包括位于上層的背部板7 和下層的腹部板4，所述背部板7通過連接桿與腹部板4固定連接，腹部板4上設(shè)置有四條結(jié)構(gòu)相同的具有輪、足兩用功能的腿，每條腿包括轉(zhuǎn)動設(shè)置在背部板7上的大腿12和繞大腿12徑向轉(zhuǎn)動的小腿8。所述大腿12上連接有用于驅(qū)動大腿12沿水平方向轉(zhuǎn)動的大腿驅(qū)動裝置，該大腿驅(qū)動裝置包括固定在背部板7上的大腿舵機6，大腿舵機6的輸出軸與大腿 12固定連接。所述小腿8上連接有用于驅(qū)動小腿8前后擺動的小腿驅(qū)動裝置，該小腿驅(qū)動裝置包括固定在大腿12上的小腿舵機5，小腿舵機5的輸出軸通過小腿曲柄搖桿機構(gòu)3與小腿8轉(zhuǎn)動連接。所述小腿8的末端設(shè)置有輪子1，輪子1上連接有用于驅(qū)動輪子1轉(zhuǎn)動的直流電機2，該直流電機2通過固定在沿小腿8徑向延伸的轉(zhuǎn)軸11連接有用于控制直流電機2繞轉(zhuǎn)軸11轉(zhuǎn)動的輪驅(qū)動裝置，且直流電機2的傳動軸始終與轉(zhuǎn)軸11處于垂直狀態(tài)，該輪驅(qū)動裝置包括固定在小腿8上的輪舵機9，輪舵機9的輸出軸通過輪曲柄搖桿機構(gòu)10與直流電機2的殼體鉸接。所述大腿舵機6、小腿舵機5和輪舵機9均與控制器和無線接收端(圖中未顯示)連接，且大腿舵機6、小腿舵機5和輪舵機9的轉(zhuǎn)動角度均由計算機產(chǎn)生的 PWM信號控制。本發(fā)明輪腿機器人輪式的工作過程如下如圖1所示作為輪腿機器人的初始狀態(tài)，計算機將輪舵機9的PWM信號通過無線發(fā)射，輪腿機器人的接收端接收到PWM信號后， 輪舵機9轉(zhuǎn)動且?guī)虞喦鷵u桿機構(gòu)10運動，使得直流電機2繞輪曲柄搖桿機構(gòu)10與直流電機2之間的轉(zhuǎn)軸11轉(zhuǎn)動直至直流電機2和輪子1處于水平狀態(tài)，四個直流電機2和輪子1均達到水平狀態(tài)。直流電機2通電帶動輪子1轉(zhuǎn)動，使得輪腿機器人具有輪式機器人的動作，直流電機2的電壓的正反向?qū)崿F(xiàn)輪腿機器人的前進和后退，直流電機2斷電輪腿機器人停止。相反，輪腿機器人的接收端接收到輪舵機9歸位的計算機PWM信號，輪舵機9帶動帶動輪曲柄搖桿機構(gòu)10反向運動，直至直流電機2和輪子1回到圖1所示的狀態(tài)。
本發(fā)明輪腿機器人腿式的工作過程如下如圖1所示作為輪腿機器人的初始狀態(tài)，計算機將大腿舵機6的PWM信號通過無線發(fā)射，輪腿機器人的接收端接收到PWM信號后，大腿舵機6帶動大腿12沿水平方向運動擺動，與此同時，計算機將小腿舵機5的PWM信號通過無線發(fā)射，輪腿機器人的接收端接收到PWM信號后，小腿舵機5帶動小腿8繞小腿8 與大腿12之間的轉(zhuǎn)軸前后擺動，實現(xiàn)不同步態(tài)的行走，對于圖3的俯視圖的左前腿向前邁一步，其步長與大腿舵機5接受到的PWM信號有關(guān)，隨后右后腿向前邁一步、右前腿向前邁一步、左后腿向前邁一步，依次循環(huán)實現(xiàn)輪腿機器人的前進腿式動作，輪腿機器人反向的腿式動作即右后腿向后退一步、左前腿向后退一步、左后腿向后退一步、右前腿向后退一步， 依次循環(huán)實現(xiàn)輪腿機器人的后退腿式動作。背部板7和腹部板4將四只腿有效地連接在一起，起到機架的作用。
權(quán)利要求
1.一種輪腿機器人，包括機架，機架上設(shè)置有四條結(jié)構(gòu)相同的具有輪、足兩用功能的腿，每條腿包括大腿和繞大腿徑向轉(zhuǎn)動的小腿，小腿的末端設(shè)置有輪子，其特征在于所述小腿上連接有用于驅(qū)動小腿前后擺動的小腿驅(qū)動裝置，所述輪子上固定有用于驅(qū)動輪子轉(zhuǎn)動的直流電機，所述直流電機通過固定在沿小腿徑向延伸的轉(zhuǎn)軸連接有用于驅(qū)動直流電機繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的輪驅(qū)動裝置，且電機的傳動軸始終與轉(zhuǎn)軸處于垂直狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪腿機器人，其特征在于所述機架包括位于上層的背部板和下層的腹部板，所述背部板通過連接桿與腹部板固定連接，所述大腿轉(zhuǎn)動設(shè)置在背部板上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的輪腿機器人，其特征在于所述大腿連接有用于驅(qū)動大腿水平轉(zhuǎn)動的大腿驅(qū)動裝置，所述大腿驅(qū)動裝置包括固定在機架上的大腿舵機，所述大腿與大腿舵機的輸出軸固定連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪腿機器人，其特征在于所述小腿驅(qū)動裝置包括固定在所述大腿上的小腿舵機，小腿舵機的輸出軸通過小腿曲柄搖桿機構(gòu)與小腿鉸接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪腿機器人，其特征在于所述輪驅(qū)動裝置包括固定在小腿上的輪舵機，輪舵機的輸出軸通過輪曲柄搖桿機構(gòu)與直流電機連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的輪腿機器人，其特征在于所述大腿舵機、小腿舵機、輪舵機均通過無線接收端與控制器連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種輪腿機器人，包括機架，機架上設(shè)置有四條結(jié)構(gòu)相同的具有輪、足兩用功能的腿，每條腿包括大腿和繞大腿徑向轉(zhuǎn)動的小腿，小腿的末端設(shè)置有輪子，所述小腿上連接有用于驅(qū)動小腿前后擺動的小腿驅(qū)動裝置，所述輪子上固定有用于驅(qū)動輪子轉(zhuǎn)動的直流電機，所述直流電機通過固定在沿小腿徑向延伸的轉(zhuǎn)軸連接有用于驅(qū)動直流電機繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的輪驅(qū)動裝置，且電機的傳動軸始終與轉(zhuǎn)軸處于垂直狀態(tài)。該機器人依靠大腿舵機帶動大腿上下擺動和小腿舵機帶動小腿前后擺動，共同實現(xiàn)該機器人的腿式行走，即使在光滑的路面也不會產(chǎn)生打滑，而且該機器人操作簡單方便，運動動作穩(wěn)定。
文檔編號B62D57/032GK102180205SQ201110089738
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月11日
發(fā)明者付三玲, 張伏, 張國英, 張青建, 徐銳良, 毛鵬軍, 王俊, 胡兵, 邱兆美, 閆靜輝, 陳真淮 申請人:河南科技大學