【技术实现步骤摘要】
一种模块化可变构型的足轮式机器人
[0001]本专利技术涉及一种模块化可变构型的足轮式机器人，属于空间操作领域。
技术介绍
[0002]随着机器人技术的发展，陆续出现一系列具有良好适应性与机动性的移动机器人，以协助或替代人类完成繁重或危险的工作。移动机器人主流运动方式为足式运动或轮式运动。轮式机器人在平坦连续地形上运动速度快、稳定性好、控制简单、能量利用率高、负载比大，适用于人工修建的室内以及道路环境，但是多数轮式机器人仅能跨越尺寸小于轮半径的障碍，不具备全地形通过性。而足式机器人能够在离散支撑点上落足，具备全地形通过性，适用于非结构化地形上的工作，但是运动规划和运动控制较为复杂，实际运动速度慢，能量利用率低、负载比小。因此出现足轮式机器人，结合轮式机器人和足式机器人的优势，在一般地形下，采用轮式运动以提升移动速度，降低能量消耗，而在崎岖地形下，切换为足式运动进行前进，具有全地形通过性，在以平坦地形为主，同时兼有部分崎岖地形的情况下体现出优异的运动特性。
[0003]关于足轮式机器人，如申请公布号为CN110525535A，名称为“一种双轮足混合自平衡机器人”的专利申请，公开了一种结构紧凑的一种双轮足混合自平衡机器人；例如申请公布号为CN114348135A，名称为“一种六足轮腿式爬行机器人”的专利申请，公开了一种可以调整构型的六足轮腿式爬行机器人。但是目前的足轮式机器人均为单一构型，仅能以某种单一构型进行运动，而所涉及的调整构型也仅是改变部件间距，没有实现各个模块自由组合，不能满足多样化的任务需求。>
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是提供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。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]本专利技术公开的一种模块化可变构型的足轮式机器人，基本构成单元包括：双足轮式机器人模块化单体和连接装置；
[0007]所述双足轮式机器人模块化单体包括：1组机身和2组轮腿结构；
[0008]2组所述轮腿结构对称固定于所述机身两侧；
[0009]所述机身包括：外壁、主控板、惯性测量单元、电源管理板、电池以及电池架；
[0010]所述外壁呈长方体状，包括：前壁、后壁、左壁、右壁、上壁、下壁、块状连接件以及条状连接件；
[0011]所述前壁、所述后壁、所述左壁、所述右壁、所述上壁以及所述下壁通过所述块状
连接件以及所述条状连接件固接为整体；
[0012]所述前壁、所述后壁、所述左壁、所述右壁、所述上壁以及所述下壁两两相邻的公共边通过所述条状连接件固定；
[0013]所述前壁、所述后壁、所述左壁、所述右壁、所述上壁以及所述下壁相邻的公共角通过所述块状连接件固定；
[0014]所述主控板、所述惯性测量单元、所述电源管理板、所述电池以及所述电池架分别固定于所述外壁内部，所述外壁实现保护以及隔离作用；
[0015]所述主控板、所述惯性测量单元以及所述电源管理板均为小型电路板，固定在所述后壁上；
[0016]所述主控板用于实现对所述双足轮式机器人模块化单体的控制；
[0017]所述惯性测量单元用于获取所述双足轮式机器人模块化单体的三轴线位移、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，并传输给所述主控板用于反馈所述双足轮式机器人模块化单体的运动状态；
[0018]所述电源管理板根据所述主控板的控制指令，调整所述电池输出功率分配，同时实现对所述电池的过充保护、过放保护以及过流保护；
[0019]所述电池通过所述电池架固定于所述下壁上，为所述双足轮式机器人模块化单体提供能源；
[0020]作为优选，所述电池架采用桁架结构，在减轻重量的同时保证强度；
[0021]所述电池架的底部与所述下壁固连；
[0022]所述轮腿结构包括：腿部结构以及轮结构；
[0023]所述腿部结构包括：第一关节电机、关节电机托架、第二关节电机、大腿以及小腿；
[0024]所述第一关节电机包括：第一关节电机输出端外壳、第一关节电机外壳侧壁、第一关节电机固定端外壳、第一关节电机元件以及第一关节电机输出轴；
[0025]所述第二关节电机包括：第二关节电机输出端外壳、第二关节电机外壳侧壁、第二关节电机固定端外壳、第二关节电机元件以及第二关节电机输出轴；
[0026]作为优选，所述第一关节电机与所述第二关节电机为同一型号；
[0027]作为优选，所述关节电机托架为镂空结构，实现减轻重量以及散热的功能，所述关节电机托架的侧面具有加强筋结构，以提高强度；
[0028]所述大腿包括：大腿外壳以及大腿杆件；
[0029]所述大腿外壳包括：大腿连接件、大腿碳管以及膝关节连接件；
[0030]所述大腿连接件、所述大腿碳管以及所述膝关节连接件依次固连；
[0031]作为优选，所述大腿连接件以及所述大腿碳管均为中空部件，实现对所述大腿杆件形成包络，起到保护作用，同时内部中空能够排布线缆，使结构紧凑；
[0032]所述大腿杆件包括：大腿摇杆以及大腿连杆；
[0033]所述大腿摇杆截面为梨形，大端开孔用于固定连接，小端开孔用于实现铰接；
[0034]所述大腿连杆为一细长实心杆件，两端开孔用于实现铰接；
[0035]所述小腿包括：小腿连接件以及小腿碳管；
[0036]作为优选，所述小腿连接件以及所述小腿碳管均为中空部件，内部中空能够排布线缆，使结构紧凑；
[0037]两个所述第一关节电机固定端外壳分别通过所述左壁以及所述右壁预留的孔位与所述左壁以及所述右壁固定，所述第一关节电机输出轴通过所述关节电机托架预留的孔位与所述关节电机托架固定；所述第二关节电机固定端外壳与所述关节电机托架的一侧固连，所述第二关节电机输出端外壳与所述大腿连接件的一端固连，所述第二关节电机输出轴与所述大腿摇杆的一端固连；所述大腿摇杆的另一端与所述大腿连杆的一端进行铰接，所述大腿连杆的另一端与所述小腿连接件进行铰接；所述小腿连接件的一端分别与所述大腿连杆以及所述膝关节连接件进行铰接，另一端与所述小腿碳管固连；
[0038]所述第一关节电机通过所述第一关节电机输出轴的旋转驱动所述关节电机托架旋转，进而带动所述第二关节电机、所述大腿以及所述小腿进行旋转，即所述腿部结构绕所述第一关节电机输出轴进行旋转；
[0039]所述第二关节电机与所述第一关节电机间仅发生单自由度的旋转，而无其他自由度；
[0040]所述第二关节电机通过所述第二关节电机输出轴的旋转驱动所述大腿摇杆运动，进而通过所述大腿连杆控制所述小腿绕所述膝关节连接件转动；
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
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...
【专利技术属性】
技术研发人员：张景瑞，杨翼，杨科莹，蔡晗，周春阳，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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