轮足结构一体化可重构变形轮制造技术

本发明专利技术涉及机器人底盘技术领域，具体为一种轮足结构一体化可重构变形轮。其包括支撑装置、轮足形态切换装置、足式运动装置和驱动电机；轮足形态切换装置、足式运动装置和驱动电机均设置在支撑装置的内部。本发明专利技术能够满足两种运动模式需求且结构简单，通过对两个驱动电机转速的控制，能够实现足形状态与轮形状态的相互转换，使其操作更加简单、快捷，同时多组驱动端和连接杆的配合使得本装置在使用时能处于稳定状态。于稳定状态。于稳定状态。

【技术实现步骤摘要】
轮足结构一体化可重构变形轮


[0001]本专利技术涉及机器人底盘
，尤其涉及一种轮足结构一体化可重构变形轮。

技术介绍

[0002]随着人们对于自然探索的需求不断增大，传统移动机器人如轮式移动机器人，其在结构化地形下能够达到非常高的运动速度，但无法在非结构化地形中进行运动，不能很好的满足人们对于自然探索的需要。而足式运动机器人特别是四足机器人，在非结构化地形中表现出非常好的运动性能，但因其运动速度往往较低，也不能满足人们高效工作的需要。
[0003]考虑到人们对于结构化地形中高效运动与非结构化地形中的适应能力的需要，融合足式运动模式与轮式运动模式已经成为了科研领域的一个热点问题，而变形轮的结构形式常常被人们用来增强轮式运动下的越障能力，将足式运动、轮式运动与变形轮设计进行整合值得人们深入研究。现有足轮式机器人大体可分为两类：一是通过在足式机器人的足端、机身或其他关节处添加轮子的轮足式机器人；二是对轮子结构进行异形化设计以增强机器人越障能力的轮足式机器人。第一类轮足式机器人在为机器人引入轮子的同时还引入了更多的驱动，整个机器人的控制更为复杂，而第二类轮足式机器人只是改变了轮子的外形，其对于机器人环境适应能力的提升有限。
[0004]专利CN105711675B所公开的一种应用于轮腿复合式机器人的轮腿机构，该轮腿机构通过两个电机的配合控制，从而实现机器人轮腿模式的切换及对应的运动。该轮腿机构将动力机安装在机体上以降低足式运动模式下运动的不平稳性。在腿的膝关节加装扭簧以减缓机械腿与地面之间的碰撞。但其第二电机仅用于轮腿变形，作用单一且增大了机器人整体重量。变形时采用的外露绳索结构会导致轮腿变形稳定性不足。
[0005]专利CN109229228B所公开的一种轮腿复合式机器人，该机器人包含两个轮腿转换机构，每个轮腿转换机构由两个轮腿机构和一个四连接杆变形机构组成，通过行进电机可实现机构的足式运动模式，通过变形电机可以调节机器人步行时的高度，还可通过变形电机实现机器人由足式运动到轮式运动的转换，再通过车轮电机实现机器人以轮式运动模式行进。但其整体机械腿采用连接杆结构，只能适应于小型机器人或者轻载机器人。且轮子直径过小，连接杆结构复杂，轮式运动模式下对路面平整度要求较高。
[0006]专利CN113910829A所公开的可变形轮及可移动设备，该设备包含车轮盘、变形盘以及多个变形轮辐部，通过驱动电机带动变形盘旋转进而带动所述可变形轮辐部运动，从而实现变形轮辐在轮式形态与轮辐形态之间的切换。该机构通过形态变换能够使机器人具备一定的越障能力，但在运动过程中往往会因为冲击而造成机身不稳定的现象。
[0007]上述现有技术中均存在以下几种缺陷：1、变形时轮、腿变形稳定性不足；2、连接杆结构复杂，轮式运动模式下对路面平整度要求较高；3、在运动过程中会因为冲击而造成机身不稳定的现象。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种轮足结构一体化可重构变形轮，通过设置六组驱动端从而使得在轮形状态时能够好的进行支撑和运动，能快速进行六组驱动端与足式运动装置的切换，同时各个连接杆能对足式运动装置起到支撑作用以增加足端的支撑。
[0009]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0010]本专利技术提供一种轮足结构一体化可重构变形轮，其包括支撑装置、轮足形态切换装置、足式运动装置和驱动电机；所述轮足形态切换装置、所述足式运动装置和所述驱动电机均设置在所述支撑装置的内部；所述支撑装置包括中轴、电机固定架和连接架；两个电机固定架和两个连接架连接组合成矩形框架结构，且所述电机固定架的两端分别与两个连接架的一端连接；所述驱动电机设置在所述电机固定架的中部，且两个所述驱动电机的输出端对称设置，所述中轴的两端分别与两个第一驱动端的中轴支撑连接，且所述中轴处于两个电机固定架的对立空间内，第一驱动端的中轴支撑并不带动中轴转动；所述轮足形态切换装置包括第一驱动端、第二驱动端、第三驱动端、第四驱动端、第五驱动端、第六驱动端、第一主动连接杆、第二主动连接杆、第一从动连接杆、第二从动连接杆、第三从动连接杆、第四从动连接杆、第五从动连接杆和第六从动连接杆；所述第一驱动端、第三驱动端、第四驱动端、第二驱动端、第五驱动端和第六驱动端与所述中轴连接；所述第一驱动端与所述第二驱动端结构相同，均在一侧外壁上设置有外延杆；所述第三驱动端和所述第六驱动端结构相同，均在两侧外壁上设置有外延杆，且侧面开设有滑槽；所述第四驱动端和所述第五驱动端结构相同，均在一侧外壁上设置有外延杆，且侧面开设有滑槽；所述第一驱动端的第一端与足式运动装置连接，所述第一驱动端的第二端设置有弧形面，所述第一驱动端的中心位置与所述中轴连接，所述第一主动连接杆的第一端套设在所述第一驱动端的外延杆上，所述第一主动连接杆的第二端插入第四驱动端的滑槽内，且所述第一主动连接杆的第二端与第一从动连接杆的第一端连接；所述第三驱动端的第一端与所述中轴连接，所述第三驱动端的第二端设置有弧形面；所述第四驱动端的第一端与所述中轴连接，所述第四驱动端的第二端设置有弧形面，所述第二从动连接杆的第一端套设在所述第四驱动端的外延杆上，所述第二从动连接杆的第二端设置在所述第三驱动端的滑槽内且与所述第三从动连接杆的第一端套设连接，所述第三从动连接杆的第二端与所述第六驱动端的第二外延杆连接；所述第一从动连接杆的第二端与所述第三驱动端的第一外延杆连接；所述第三驱动端的第二外延杆与第六从动连接杆的第一端连接；所述第五驱动端的第一端与中轴连接，所述第五驱动端的第二端设置有弧形面，所述第二主动连接杆的第二端插入至所述第五驱动端的滑槽内，且所述第二主动连接杆的第二端与第四从动连接杆的第一端连接；所述第四从动连接杆的第二端与第六驱动端的第一外延杆连接；所述第二主动连接杆的第一端与所述第二驱动端的外延杆连接；所述第六驱动端的第一端与中轴连接，所述第六驱动端的第二端设置有弧形面，所述第五从动连接杆的第二端设置在所述第六驱动端的滑槽内且与所述第六从动连接杆的第二端连接；所述第五从动连接杆的第一端套设在所述第五驱动端的外延杆上；所述第二驱动端的中部与中轴连接，所述第二驱动端的第一端与所述足式运动装置连接，所述第二驱动端的第二端设置有弧形面；所述足式运动装置包括足端和腿部连接杆，所述足端的两侧均分别与两个腿部连接杆的第一端连接，所述两个腿部连接杆的第二端分
别与所述第一驱动端的第一端和所述第二驱动端的第一端连接。
[0011]优选地，所述足端为立方体的结构。
[0012]优选地，其还包括控制器，所述控制器与所述驱动电机无线通讯连接并向所述驱动电机发送轮形状态与足形状态切换信号。
[0013]优选地，主动连接杆与从动连接杆之间、从动连接杆与从动连接杆之间、主动连接杆与驱动端之间以及从动连接杆与驱动端之间均形成转动副结构。
[0014]优选地，所述电机固定架上开设有用于与外部机器连接安装槽。
[0015]优选地，轮足形态切换装置与足式运动装置在组合状态下设置有轮形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轮足结构一体化可重构变形轮，其特征在于：其包括支撑装置、轮足形态切换装置、足式运动装置和驱动电机；所述轮足形态切换装置、所述足式运动装置和所述驱动电机均设置在所述支撑装置的内部；所述支撑装置包括中轴、电机固定架和连接架；两个电机固定架和两个连接架连接组合成矩形框架结构，且所述电机固定架的两端分别与两个连接架的一端连接；所述驱动电机设置在所述电机固定架的中部，且两个所述驱动电机的输出端对称设置，所述中轴的两端分别与两个第一驱动端的中轴支撑连接，且所述中轴处于两个电机固定架的对立空间内，第一驱动端的中轴支撑并不带动中轴转动；所述轮足形态切换装置包括第一驱动端、第二驱动端、第三驱动端、第四驱动端、第五驱动端、第六驱动端、第一主动连接杆、第二主动连接杆、第一从动连接杆、第二从动连接杆、第三从动连接杆、第四从动连接杆、第五从动连接杆和第六从动连接杆；所述第一驱动端、第三驱动端、第四驱动端、第二驱动端、第五驱动端和第六驱动端与所述中轴连接；所述第一驱动端与所述第二驱动端结构相同，均在一侧外壁上设置有外延杆；所述第三驱动端和所述第六驱动端结构相同，均在两侧外壁上设置有外延杆，且侧面开设有滑槽；所述第四驱动端和所述第五驱动端结构相同，均在一侧外壁上设置有外延杆，且侧面开设有滑槽；所述第一驱动端的第一端与足式运动装置连接，所述第一驱动端的第二端设置有弧形面，所述第一驱动端的中心位置与所述中轴连接，所述第一主动连接杆的第一端套设在所述第一驱动端的外延杆上，所述第一主动连接杆的第二端插入第四驱动端的滑槽内，且所述第一主动连接杆的第二端与第一从动连接杆的第一端连接；所述第三驱动端的第一端与所述中轴连接，所述第三驱动端的第二端设置有弧形面；所述第四驱动端的第一端与所述中轴连接，所述第四驱动端的第二端设置有弧形面，所述第二从动连接杆的第一端套设在所述第四驱动端的外延杆上，所述第二从动连接杆的第二端设置在所述第三驱动端的滑槽内且与所述第三从动连接杆的第一端套设连接，所述第三从动连接杆的第二端与所述第六驱动端的第二外延杆连接；所述第一从动连接杆的第二端与所述第三驱动端的第一外延杆连接；所述第三驱动端的第二外延杆与第六从动连接杆的第一端连接；所述第五驱动端的第一端与中轴连接，所述第五驱动端的第二端设置有弧形面，所述第二主动连接杆的第二端插入至所述第五驱动端的滑槽内，且所述第二主动连接杆的第二端与第四从动连接杆的第一端连接；所述第四从动连接杆的第二端与第六驱动端的第一外延杆连接；所述第二主动连接杆的第一端与所述第二驱动端的外延杆连接；所述第六驱动端的第一端与中轴连接，所述第六驱动端的第二端设置有弧形面，所述第五从动连接杆的第二端设置在所述第六驱动端的滑槽内且与所述第六从动连接杆的第二端连接；所述第五从动连接杆的第一端套设在所述第五驱动端的外延杆上；所述第二驱动端的中部与中轴连接，所述第二驱动端的第一端与所述足式运动装置连接，所述第二驱动端的第二端设置有弧形面；所述足...

【专利技术属性】
技术研发人员：许允斗，魏克，鞠忠金，李帅奇，姚建涛，赵永生，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：