本发明专利技术公开了一种模块化复合机器人，包括操作臂模块、尾椎结构和可独立行走的双足模块，操作臂模块包括两个机械臂和拼接机身，尾椎结构包括多个骨式结构、钢绳组、多个连接关节、电机组和机械手。尾椎结构的两端设置有连接结构，不仅可以连接机械手实现抓取的功能，还可以作为尾椎结构为机器人增加额外的平衡控制，使机器人能够实现多种复杂环境下灵活、可靠的工作。上述机器人将足端套件和轮式部件集于一体，实现足式运动状态和轮式运动状态的自由切换，将电机置于机身并通过连杆系统传动，减轻了足端惯量、提升运动速度、降低能量消耗，该机器人可以通过各个模块的相互组合形成不同工作模式的复合机器人，从而满足不同的功能需求。能需求。能需求。
【技术实现步骤摘要】
一种模块化复合机器人
[0001]本专利技术涉及机器人
，具体涉及一种模块化复合机器人。
技术介绍
[0002]双足步行机器人
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直立行走，其有着良好的自由度、动作灵活、自如、稳定。双足机器人是一种仿生类型的机器人，能够实现机器人的双足行走和相关动作。作为由机械控制的动态系统，双足机器人包含了丰富的动力学特性。在未来的生产生活中，类人型双足行走机器人可以帮助人类解决很多问题比如驮物、抢险等一系列危险或繁重的工作。
[0003]但是，现有的双足机器人稳定性差、负重能力低、速度慢的特点在一定程度上限制其发展。在单支撑阶段和腾空阶段时，双足机器人始终处于欠驱动状态中，此时机器人近乎于不可控的阶段。除稳定性差的特点外，双足机器人足端结构复杂，支撑点较少的缺点使得机器人在负重能力和运行速度等方面均表现不佳。足式机器人得足端个数越多，机器人载重能力和稳定性越强，四足机器人的载重能力和稳定性显著优于双足机器人。四足机器人模仿了动物体结构，前进速度较快且运动稳定，负载能力较强，但其功能较为单一，灵活性较差，对使用场景有一定的限制。
技术实现思路
[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种模块化复合机器人，能够在多种运动模式下都能保持平衡，实现多种复杂环境下灵活、可靠的工作，还能够通过不同模块的组合形成多种结构的复合机器人，从而满足不同的工作环境和功能需要。
[0005]本专利技术的具体方案如下:
[0006]一种模块化复合机器人，包括：操作臂模块、尾椎结构和可独立行走的双足模块；
[0007]操作臂模块包括两个机械臂和拼接机身；两个机械臂分别固定连接于拼接机身的两侧；
[0008]尾椎结构包括多个骨式结构、钢绳组、多个连接关节、电机组和机械手；骨式结构与连接关依次交替设置且转动连接；钢绳组的一端依次穿过各个连接关节，用于对骨式结构和连接关节进行串联连接，钢绳组的另一端缠绕连接于在电机组；位于尾椎结构两端的连接关节设置有连接结构；电机组用于通过钢绳组控制尾椎结构动作；
[0009]双足模块包括机身和对称安装于机身两侧的两个腿部；机身的后端和拼接机身的两端均设置有用于与尾椎结构固定连接的连接结构。
[0010]进一步地，骨式结构为球形连杆结构，包括两端的球体以及固定连接与两个球体之间的连杆；
[0011]连接关节的形状为圆台形，两端面均设有与球体形状配合的半圆形凹槽，外侧周向均匀分布有四个连接块；连接块的顶部设置有连接通孔；
[0012]钢绳组包括两条水平钢绳和两条竖直钢绳；水平钢绳和竖直钢绳穿过各个连接关节的连接通孔，将各个连接关节连接在一起；水平钢绳组用于控制尾椎结构在水平方向摆
动，竖直钢绳组用于控制尾椎结构在竖直方向摆动。
[0013]进一步地，机身设置有动力轮伞齿轮、驱动电机、腿部纵向电机和腿部前向电机；驱动电机的输出轴与动力轮伞齿轮固定连接；
[0014]腿部包括大腿部、小腿部以及轮式部件；
[0015]大腿部铰接于机身与小腿部之间；
[0016]轮式部件包括同轴且固定连接的主动轮和轮接伞齿轮；主动轮转动安装于大腿部与小腿部的铰接轴；
[0017]小腿部包括支撑内筒、齿轮传动机构和足端套件；
[0018]齿轮传动机构相对转动地套设于支撑内筒；支撑内筒的顶端与大腿部铰接，底端固定安装有足端套件。
[0019]进一步地，齿轮传动机构包括小腿输出伞齿轮、小腿传动套筒和小腿输入伞齿轮；小腿传动套筒相对转动地套设于支撑内筒的外周侧，小腿传动套筒在朝向大腿部的一端固定连接有小腿输出伞齿轮，在远离大腿部的一端固定连接有小腿输入伞齿轮。
[0020]进一步地，支撑内筒的两端部设置有限位凸缘；
[0021]小腿传动套筒的内周侧设置有限位凹槽；
[0022]限位凸缘形状配合地容置于限位凹槽内。
[0023]进一步地，小腿部还包括轴承一和轴承二；
[0024]支撑内筒与小腿传动套筒通过轴承一和轴承二连接；轴承一位于支撑内筒靠近轮式部件的一端；轴承二位于支撑内筒靠近足端套件的一端。
[0025]进一步地，大腿部包括两个大腿连杆、大腿减震弹簧、阻尼杆；
[0026]两个大腿连杆相对设置，其中，一个大腿连杆与机身铰接，另一个大腿连杆与小腿部铰接；
[0027]大腿减震弹簧套设于阻尼杆，并固定连接于两个大腿连杆之间。
[0028]进一步地，双足模块包括足式运动状态和轮式运动状态；
[0029]当双足模块处于足式运动状态时，腿部纵向电机和腿部前向电机提供驱动力，通过连杆系统驱动足端套件运动；
[0030]当双足模块处于轮式运动状态时，动力轮伞齿轮与小腿输入伞齿轮啮合，主动轮接触地面；行进时，驱动电机驱动动力轮伞齿轮转动，动力轮伞齿轮通过齿轮传动机构带动轮接伞齿轮转动，轮接伞齿轮带动主动轮转动，实现机器人的运动。
[0031]进一步地，连杆系统包括连杆一、连杆二、髋关节板和小腿传动连杆；
[0032]连杆一的一端铰接于腿部纵向电机的输出轴，另一端与连杆二的一端铰接；
[0033]连杆二的另一端与髋关节板铰接；
[0034]髋关节板与腿部前向电机铰接；
[0035]小腿传动连杆与大腿连杆平行设置，且小腿传动连杆与大腿连杆均与支撑内筒铰接，并且大腿连杆与支撑内筒形成第一铰接点，小腿传动连杆和支撑内筒之间形成第二铰接点，第一铰接点位于足端套件和第二铰接点之间。
[0036]进一步地，双足模块的运动状态为轮式运动状态时，大腿部、小腿部和机身呈直角三角形结构；
[0037]大腿部和机身分别形成直角三角形的两个直角边，小腿部形成直角三角形的斜
边。
[0038]有益效果：
[0039](1)本专利技术的模块化复合机器人设置有操作臂模块、双足模块以及尾椎结构，通过各个模块之间的不同组合结构可以形成不同工作模式的复合机器人，从而满足不同的功能需求；通过尾椎结构不仅可以连接机械手实现抓取的功能，还可以作为机器人的尾椎结构增加额外的平衡控制功能，使机器人能够在多种运动模式下都能保持平衡，实现多种复杂环境下灵活、可靠的工作。
[0040](2)钢绳组包括四条钢绳，分别控制尾椎结构在水平方向和竖直方向的动作，使得尾椎结构的平衡控制功能更加可靠。
[0041](3)将腿部的足端套件和轮式部件集成在同一个机器人上，能够在不同环境下实现足式运动状态和轮式运动状态的自由切换；同时将轮式部件安装于大腿部与小腿部的铰接轴，以及将电机置于机身上并通过连杆系统传动，达到了减轻了足端惯量、提升运动速度、降低能量消耗的效果。
[0042](4)在支撑内筒的两端设置限位凸缘，用于与小腿传动套筒的限位凹槽卡接，从而保证在有效传输动力的同时，支撑内筒和小腿传动套筒不会发生相对滑动，有利于双足机器人的稳定行进。
[0043](5)在轮式运动状态时，机器人腿部结构呈直角三角形结构，通过本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种模块化复合机器人，其特征在于，包括：操作臂模块、尾椎结构(2)和可独立行走的双足模块；所述操作臂模块包括两个机械臂(32)和拼接机身(33)；所述两个机械臂(32)分别固定连接于所述拼接机身(33)的两侧；所述尾椎结构(2)包括多个骨式结构(21)、钢绳组(22)、多个连接关节(23)、电机组(24)和机械手(25)；所述骨式结构(21)与所述连接关节(23)依次交替设置且转动连接；所述钢绳组(22)的一端依次穿过各个所述连接关节(23)，用于对所述骨式结构(21)和所述连接关节(23)进行串联连接，所述钢绳组(22)的另一端缠绕连接于所述电机组(24)；所述电机组(24)用于通过所述钢绳组(22)控制所述尾椎结构(2)动作；所述双足模块包括机身(1)和对称安装于所述机身(1)两侧的两个腿部；位于所述尾椎结构(2)两端的连接关节(23)、所述机身(1)的端部、以及所述拼接机身(33)的两端均设置有连接结构。2.如权利要求1所述的模块化复合机器人，其特征在于，所述骨式结构(21)为球形连杆结构，包括两端的球体以及固定连接于两个所述球体之间的连杆；所述连接关节(23)的形状为圆台形，两端面均设有与所述球体形状配合的半圆形凹槽，外侧周向均匀分布有四个连接块；所述连接块的顶部设置有连接通孔；所述钢绳组(22)包括两条水平钢绳(35)和两条竖直钢绳(34)；所述水平钢绳(35)和所述竖直钢绳(34)穿过各个所述连接关节(23)的所述连接通孔，将各个所述连接关节(23)连接在一起；两条所述水平钢绳(35)用于控制所述尾椎结构(2)在水平方向的摆动，两条所述竖直钢绳(34)用于控制所述尾椎结构(2)在竖直方向的摆动。3.如权利要求2所述的模块化复合机器人，其特征在于，所述机身(1)设置有动力轮伞齿轮(5)、驱动电机(6)、腿部纵向电机(7)和腿部前向电机(8)；所述驱动电机(6)的输出轴与所述动力轮伞齿轮(5)固定连接；所述腿部包括大腿部、小腿部(3)以及轮式部件(4)；所述大腿部铰接于所述机身(1)与所述小腿部(3)之间；所述轮式部件(4)包括同轴且固定连接的主动轮(19)和轮接伞齿轮(20)；所述主动轮(19)转动安装于所述大腿部与小腿部(3)的铰接轴；所述小腿部(3)包括支撑内筒(12)、齿轮传动机构和足端套件(13)；所述齿轮传动机构相对转动地套设于所述支撑内筒(12)；所述支撑内筒(12)的顶端与所述大腿部铰接，底端固定安装有所述足端套件(13)。4.如权利要求3所述的模块化复合机器人，其特征在于，所述齿轮传动机构包括小腿输出伞齿轮(14)、小腿传动套筒(15)和小腿输入伞齿轮(16)；所述小腿传动套筒(15)相对转动地套设于所述支撑内筒(12)的外周侧，所述小腿传动套筒(15)在朝向所述大腿部的一端固定连接有所述小腿输出伞...
【专利技术属性】
技术研发人员：钱义肇，宋文杰，孙双园，冯思源，曾林之，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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