【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于智能机器人，具体涉及一种可穿戴的人机共融的轮足机器人。
技术介绍
1、探索人体运动奥秘，用工程科学方法增强人体运动和负载能力，是广大科技工作者的梦想，也是机器人学等交叉学科基础研究的重要科学目标之一。现代社会中，使用人力进行远距离、长时间的负荷运输任务仍然相当普遍。在民用领域，电力巡检工经常要背负10公斤以上装备爬山穿林十余公里进行重要输电线路巡检；地质勘探员则需人均负重近20公斤，奔波在高山深谷之间考察勘探；而在矿山、机场、建筑工地、抢险救灾等许多野外场景下，由于没有很好的安装和使用环境，使得搬运工作无法由标准工业和移动机器人完成，因而大多还是依靠人力背负。此外，在国防领域，负重30公斤、8小时走完50公里更是野营拉练的常态。为解决这些重大领域中如何应用机器人技术提升人力背负运输能力的突出问题，研究以人为核心的可穿戴运载辅助机器人十分必要。
2、从目前市面上用于运载辅助的机器人可以大致分为可穿戴机器人和普通运载平台两个大类。
3、可穿戴机器人主要包括各类悬浮背包、喷气背包、刚性/柔性外骨骼以及它们的组合形式。悬浮背包通过在背包中添加弹性机构或主动控制装置以调节负载和穿戴者之间的相对运动，可以有效减小动态负荷，降低人体代谢能耗损失；喷气背包通过使用射流向上推进背部负载，从而降低负载对穿戴者的压力；特殊设计的刚性外骨骼可以实现部分负载转移到地面，从而减轻穿戴者身体承受的负担；而柔性外骨骼对下肢各关节提供相应的辅助力，已被证明能够减少人在自由步行和跑步过程中的能量消耗。尽管已经取得了长足发展，这
4、悬浮背包可以减小负载动态惯性力(动载荷)，但无法进一步消除负载本身带来的大部分载荷，而喷气背包能量效率低、续航时间短且控制困难。此外背包中添加的本体机构、驱动装置和动力电池，使人体承担了额外的负载，造成人体运载过程中代谢能的附加耗损。
5、刚性外骨骼本体的惯性会对人的自然步态造成影响，且机器人关节和人体关节之间通常也存在错位问题，导致人机协调控制困难，对穿戴者的运载能力提升有限；柔性机器人外骨骼只能对下肢各关节提供辅助，但无法转移负载而导致人体仍承受较大的载荷。
6、关于运载辅助平台系统的研究大多是以底盘机械结构做分类，主要集中在：轮式、足式、履带式。其中轮式又以两轮平衡系统为重点，可分为普通两轮倒立摆平衡底盘、带滑块倒立摆型平衡底盘与轮腿式平衡底盘三个方面。
7、履带式底盘拥有较好的地形通过性，但在移动速度和灵活性上都有所欠缺。足式底盘中以双足底盘、四足底盘的结构较为精简，通过性与灵活性也较强，但相比轮式及履带式底盘，运行速度较慢。轮式底盘能拥有较快的移动速度，尤其是agv机器人为代表的运载机器人，其四轮底盘可以灵活的进行全向移动，但运行环境都为平坦地面，无法适应复杂地形。如今为了追求更小的体积以及更高的灵活度，两轮平衡系统便成为轮式底盘的研究重点。
8、普通两轮倒立摆平衡底盘通过驱动轮的加减速来实现倒立摆的平衡，即车体前倾(重心在支撑点前)时驱动轮向前加速，车体后仰(重心在支撑点后)时驱动轮向后加速。移动过程通过改变俯仰角度来调整重心，进而实现前进后退及加减速。但这样会导致前后移动时会伴随车体前倾或后仰，移动时机器人躯干(车体)无法持续保持竖直姿态，即较难实现平稳运载的功能。此外，普通两轮倒立摆型平衡底盘需要通过驱动轮的加减速进行平衡调节，比较适合连续型地面环境，当运动过程中遇到路缘石，台阶等阶跃地形时很容易跌倒。
9、带滑块倒立摆型平衡底盘，通过改变滑块位置改变重心，进而实现前进后退及加减速，控制相对简单，能较快完成启停，可以在在机器人躯干保持竖直的姿态下依旧通过调节滑块改变重心，实现运动。但带滑块倒立摆平衡底盘需增加单独用于重心调整的滑块装置，滑块重量相对机器人整体较小，对机器人重心的调节范围有限，难以获得较大加速度。此外，带滑块倒立摆型平衡底盘也存在适合连续型地面环境，当运动过程中遇到路缘石，台阶等阶跃地形时很容易跌倒的问题。
10、轮腿式平衡底盘通过腿部变形快速改变自身重心位置，进而实现前进后退及加减速，甚至实现弹跳功能，且机器人躯干姿态可保持竖直状态不变。然而轮腿式平衡在面对复杂地形，如碎石、台阶时，依旧难以完全适应，且还需配合人完成搬运工作。
11、此外，上述市面上的大多数运载底盘都难以实现与人的交互，做到协助提升人力背负运输能力的效果。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种可穿戴的人机共融的轮足机器人，通过轮足切换，适应复杂的路面环境，且切换结构灵活稳定。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种人机共融的轮足机器人，包括连接平台以及与所述连接平台通过摆转电机活动连接的左轮腿和右轮腿；所述左轮腿包括大腿、传动连杆组、小腿和轮组；所述右轮腿与所述左轮腿的结构相同；
3、所述小腿包括踝关节电机布局总成、两根踝关节连杆丝杠及碳管、小腿碳管、膝-小腿连接板和踝关节总成；所述大腿和传动连杆组的一端均与所述膝-小腿连接板活动连接，另一端均与所述摆转电机活动连接；所述小腿碳管的一端和膝-小腿连接板的端部连接，另一端通过所述踝关节总成与所述轮组活动连接；所述膝-小腿连接板的另一端与所述踝关节电机布局总成连接；
4、所述两根踝关节连杆丝杠及碳管的一端均与所述踝关节电机布局总成连接，另一端均通过所述踝关节总成与所述轮组活动连接；通过所述踝关节电机布局总成驱动所述两根踝关节连杆丝杠及碳管的运动，以实现轮足切换。
5、进一步的，所述踝关节总成包括轮组连接法兰、万向节、第二小腿固定件、踝关节限位、一字转轴、第一转轴连接件、两个第二转轴连接件和轮组连接板；
6、所述轮组连接法兰和轮组连接板均与所述轮组固定连接，且所述轮组连接法兰位于所述轮组连接板的中间部位；所述第二小腿固定件的一端通过所述万向节固定于所述轮组连接法兰上，另一端与所述小腿碳管连接；
7、所述一字转轴通过所述第一转轴连接件固定于所述轮组连接板的侧面，所述一字转轴的两端分别连接一个第二转轴连接件，用于连接所述两根踝关节连杆丝杠及碳管。
8、进一步的，所述轮组包括驱动电机、与所述驱动电机第一端转动连接的轮毂以及套设于所述轮毂外侧的轮胎，所述驱动电机用于在轮式状态下驱动所述轮胎转动；
9、所述轮组连接法兰包括与所述驱动电机的第二端固定连接的法兰底座以及垂直设置于所述法兰底座上的法兰限位板；所述第二小腿固定件包括与所述万向节活动连接的固定件本体以及固定于所述固定件本体一侧的固定件限位板；所述固定件限位板所在平面与所述小腿碳管平行，且朝向所述万向节的一端向外凸出，以在轮式状态下，与所述法兰限位板相接触，实现轮式状态的限位。
10、进一步的，所述轮毂包括通过螺钉依次固定在一起的第一轮毂外侧板、第一轮毂支撑件、第一轮毂内侧板、第二轮毂支撑件、第二轮毂内侧板、隔离柱和第二轮毂外侧板。
【技术保护点】
1.一种人机共融的轮足机器人，其特征在于，包括连接平台(1)以及与所述连接平台(1)通过摆转电机活动连接的左轮腿(2)和右轮腿(3)；所述左轮腿(2)包括大腿(4)、传动连杆组(5)、小腿(6)和轮组(7)；所述右轮腿(3)与所述左轮腿(2)的结构相同；
2.根据权利要求1所述的人机共融的轮足机器人，其特征在于，所述踝关节总成(26)包括轮组连接法兰(37)、万向节(36)、第二小腿固定件(35)、踝关节限位(38)、一字转轴(39)、第一转轴连接件(40)、两个第二转轴连接件(41)和轮组连接板(42)；
3.根据权利要求2所述的人机共融的轮足机器人，其特征在于，所述轮组(7)包括驱动电机(45)、与所述驱动电机(45)第一端转动连接的轮毂(44)以及套设于所述轮毂(44)外侧的轮胎(43)，所述驱动电机(45)用于在轮式状态下驱动所述轮胎(43)转动；
4.根据权利要求3所述的人机共融的轮足机器人，其特征在于，所述轮毂(44)包括通过螺钉依次固定在一起的第一轮毂外侧板(46)、第一轮毂支撑件(47)、第一轮毂内侧板(48)、第二轮毂支撑件(
5.根据权利要求1所述的人机共融的轮足机器人，其特征在于，所述踝关节电机布局总成(20)包括两组分别用于与所述两根踝关节连杆丝杠及碳管(22)的一端活动连接的电机驱动摆臂以及一组与所述小腿碳管(25)的一端活动连接的膝-小腿连接板固定件；所述固定件位于两组所述电机驱动摆臂的正中间；
6.根据权利要求1所述的人机共融的轮足机器人，其特征在于，所述大腿(4)包括第一大腿固定件(14)、大腿碳管(15)、第二大腿固定件(16)、第一交叉滚子轴承(171)、垫片(18)和大腿-膝连接板(19)；
7.根据权利要求6所述的人机共融的轮足机器人，其特征在于，所述传动连杆组(5)包括膝关节连杆丝杠及碳管(55)、小腿摆转电机输出摆臂(53)和第二摆臂垫块(54)；所述膝关节连杆丝杠及碳管(55)的一端通过第二鱼眼接头(212)与所述膝-小腿连接板(23)活动连接，另一端通过另一第二鱼眼接头(212)与所述小腿摆转电机输出摆臂(53)活动连接，所述第二摆臂垫块(54)位于所述第二鱼眼接头(212)与所述小腿摆转电机输出摆臂(53)之间。
8.根据权利要求6所述的人机共融的轮足机器人，其特征在于，所述摆转电机包括大腿摆转电机(8)、大腿垫块(9)、髋-大腿连接板(10)、小腿摆转电机(11)、大腿加强板(12)和摆转电机垫块(13)；通过螺钉将所述髋-大腿连接板(10)、摆转电机垫块(13)与大腿摆转电机(8)连接固定，通过螺钉和防松螺母将所述大腿垫块(9)、髋-大腿连接板(10)和大腿加强板(12)连接固定；所述小腿摆转电机(11)位于所述髋-大腿连接板(10)和大腿加强板(12)之间，分别从所述髋-大腿连接板(10)和大腿加强板(12)的两侧通过螺钉将所述小腿摆转电机(11)连接固定；
9.根据权利要求8所述的人机共融的轮足机器人，其特征在于，所述连接平台(1)包括第一固定板(56)、两个髋关节摆转电机(57)、第二固定板(58)、四个支撑件(59)、底板(60)、第三固定板(61)和两个髋关节总成(62)；
10.根据权利要求1-9任一项所述的人机共融的轮足机器人，其特征在于，所述轮足机器人还包括与所述连接平台(1)连接的对接模块(70)、与所述对接模块(70)固定的连接脊柱(71)以及固定于所述连接脊柱(71)端部的锁扣(72)，所述锁扣(72)用于将所述轮足机器人与人体对接；所述对接模块(70)上设有与所述连接脊柱(71)连接的收线电机，用于控制所述连接脊柱(71)的摆动，以改变所述锁扣(72)的位置。
...【技术特征摘要】
1.一种人机共融的轮足机器人，其特征在于，包括连接平台(1)以及与所述连接平台(1)通过摆转电机活动连接的左轮腿(2)和右轮腿(3)；所述左轮腿(2)包括大腿(4)、传动连杆组(5)、小腿(6)和轮组(7)；所述右轮腿(3)与所述左轮腿(2)的结构相同；
2.根据权利要求1所述的人机共融的轮足机器人，其特征在于，所述踝关节总成(26)包括轮组连接法兰(37)、万向节(36)、第二小腿固定件(35)、踝关节限位(38)、一字转轴(39)、第一转轴连接件(40)、两个第二转轴连接件(41)和轮组连接板(42)；
3.根据权利要求2所述的人机共融的轮足机器人，其特征在于，所述轮组(7)包括驱动电机(45)、与所述驱动电机(45)第一端转动连接的轮毂(44)以及套设于所述轮毂(44)外侧的轮胎(43)，所述驱动电机(45)用于在轮式状态下驱动所述轮胎(43)转动；
4.根据权利要求3所述的人机共融的轮足机器人，其特征在于，所述轮毂(44)包括通过螺钉依次固定在一起的第一轮毂外侧板(46)、第一轮毂支撑件(47)、第一轮毂内侧板(48)、第二轮毂支撑件(49)、第二轮毂内侧板(50)、隔离柱(51)和第二轮毂外(52)侧板。
5.根据权利要求1所述的人机共融的轮足机器人，其特征在于，所述踝关节电机布局总成(20)包括两组分别用于与所述两根踝关节连杆丝杠及碳管(22)的一端活动连接的电机驱动摆臂以及一组与所述小腿碳管(25)的一端活动连接的膝-小腿连接板固定件；所述固定件位于两组所述电机驱动摆臂的正中间；
6.根据权利要求1所述的人机共融的轮足机器人，其特征在于，所述大腿(4)包括第一大腿固定件(14)、大腿碳管(15)、第二大腿固定件(16)、第一交叉滚子轴承(171)、垫片(18)和大腿-膝连接板(19)；
7.根据权利要求6所述的人机共融的轮足...
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