[发明专利]新型变结构轮-腿式机器人

说明书

技术领域

本发明涉及一种轮-腿式移动机器人，特别是一种新型变结构轮-腿机器人。 

背景技术

随着移动机器人技术的不断成熟与发展，机器人在工程探险 、反恐防爆 、军事侦察灾难搜救、星际探测等领域将会得到广泛应用。移动机构的性能是移动机器人的核心和关键，传统的轮式机器人、腿式机器人和履带式机器人除了自身具备的特点外，还有较大的局限性。为使机器人具有更好的实用性，研制具有较好环境适应能力和机动性的复合式移动机构成为移动机器人研究的热点。其中，轮-腿混合式移动机器人在国内外得到了广泛的研究和发展。由于大多数轮-腿机器人自由度多并且结构复杂，使得各个关节协调控制复杂。 

发明内容

本发明目的就是对已有技术存在的缺陷，提供一种新型变结构轮-腿式移动机器人，结构简单，减少了腿部关节，降低了控制难度，有效地结合了轮式机高机动性和足式机较强环境适应性的优点。 

为了达到上述目的，本发明的构思是： 

机器人腿部是基于三个摇杆滑块机构的串联组合结构而设计的。基于摇杆滑块机构的串联组合结构由三个摇杆滑块机构通过串联组合设计形成，通过摇杆滑块机构间的角度传递，使相邻两个连杆之间产生关联，实现多个连杆同时转动，使机器人进行轮式、足式移动模式切换。整个串联组合结构只有一个自由度，且具有结构简单，控制容易等特点。驱动机构是基于槽轮间歇机构完成的。腿部由两个电机驱动，分别实现腿的前后摆和上下抬放及弯曲动作，腿部末端为独立驱动轮。本发明设计了一种减少腿部关节数的轮-腿机构，结构简单，很好的结合轮式和足式移动机器人的优点，具有很大的实际应用性。

根据上述构思，本发明采用下述技术方案： 

一种新型变结构轮-腿式机器人，包括车体、驱动机构和轮腿机构。其特征在于：所述车体与四个轮腿机构和四个驱动机构组合成对称结构，每个轮腿机构由一个驱动机构驱动，并通过驱动机构连接车体；所述轮腿机构是由三个摇杆滑块机构串联而成；每一个轮腿机构与一个驱动机构构成一个轮腿系统，每个轮腿系统共由三个电机驱动：固连在车体上的一个电机Ⅰ输出轴联动驱动机构实现轮腿系统的前后摆动，一个电机Ⅱ安装在驱动机构上通过两组间歇槽轮机构传动实现轮腿系统的上下抬和弯曲动作；轮腿系统的末端装有独立驱动轮，该独立驱动轮由一个由电机Ⅲ驱动。  

所述轮腿机构中的摇杆滑块机构包括主动连杆a、被动连杆b、被动连杆c、被动连杆d和被动连杆e,这些杆件之间搭接铰链采用销轴Ⅰ和其两端的深沟球轴承承接，由单个销轴Ⅱ通过深沟球轴承实现这些杆件间叉接铰连，即主动连杆a的下端叉头通过单个深沟球轴承和轴销Ⅱ与被动连杆d的上端插头叉接铰连，被动连杆d的上中部和下中部分别各通过一根轴销Ⅰ及其两端的深沟球轴承与被动连杆b中部和被动连杆c中部搭接铰连，被动连杆d的下端叉头通过单个深沟球轴承和一根轴销Ⅱ与被动连杆e上端插头叉接铰连，被动连杆e中部通过一根轴销Ⅰ及其两端的深沟球轴承与被动连杆c下端搭接铰连，被动连杆c的上端插头通过单个深沟球轴承和一根轴销Ⅱ与被动连杆b下端叉头叉接铰连，从而组成摇杆滑块机构。

所述的驱动机构是：所述电机Ⅰ安装在车体上，其输出轴上固定一个小齿轮与一个大齿轮啮合，大齿轮固定在一根销轴Ⅲ上，销轴Ⅲ与一个连接板Ⅳ通过方形固接；连接板Ⅳ与一个连接板Ⅲ、连接板Ⅲ与一个连接板Ⅰ以及连接板Ⅰ与一个连接板Ⅱ通过均螺钉固接；一个支架Ⅰ和一个支架Ⅱ的一端与一根轴Ⅱ通过轴承铰接，轴Ⅱ与所述连接板Ⅰ固接，所述主动连杆a 通过轴套Ⅰ与一根轴Ⅰ固接；所述电机Ⅱ的输出轴与一根轴Ⅲ通过联轴器连接，带动固接在轴Ⅲ上的一个拨盘Ⅰ和一个拨盘Ⅱ转动，拨盘Ⅰ与固接在轴Ⅱ上的一个槽轮Ⅰ啮合，实现整条轮腿的抬放，拨盘Ⅱ与固接在轴Ⅰ上的一个槽轮Ⅱ啮合，从而带动串联组合结构的主动连杆a转动，带动整个轮腿系统的弯曲。 

所述的串联组合结构由三个相同的摇杆滑块机构串联而成，通过设计给定摇杆极限角度为30°，使得末端位置可以实现90°弯曲，从而实现轮式、足式运动模式的切换。 

本发明所述的一个轮-腿子系统的驱动方式：通过电机Ⅰ驱动整条腿的前后摆，电机Ⅱ通过两组槽轮间隙机构的传动实现腿的弯曲和抬放动作，即一个电机驱动两个自由度。腿部末端轮为独立驱动轮，由电机Ⅲ驱动，可实现轮式运动。