[发明专利]一种具有独立行走和越野功能的轮式腿行走装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种行走装置，尤其涉及一种具有独立行走和越野功能的轮式腿行走装置。

背景技术

近年来，随着自动化与智能化技术水平的发展，能够代替人类从事各种高危险作业的机器人种类越来越多，它们既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代传统上由人类完成的工作，例如制造业、建筑业，或是危险的工作。

随着技术的日新月异，机器人应用的范围越来越广泛，虽然机器人的软硬件技术都已在许多方面都已取得很大的进步，但是机器人的机械行走结构却仍然是最大技术难题之一，吸引着各国科研人员的研究和创新。

目前，机器人的行走机构根据需要分别设计为轮式、履带式或模拟生物的行走的步进机构，其中轮式和履带式行走机构较为成熟，其具有传动效率高、速度快等优点，但却难以适应复杂多变的地形，尤其在抗灾、勘探等领域，具有很大的应用局限性。

模拟生物行走的步进机构是将爬行动物等行走方式进行机械化设计的产物，例如，中国专利号ZL201410211307.6公开的单动力腿机构四足步行机器人；中国专利申请号201320271178.0公开的步行机器人的行走机构。虽然这类步进机构能够适应复杂的地形，但其传动效率非常低、机器人行走速度较慢，控制难度大，并且其本身结构也较为复杂。

为了提高仿生行走机械的传动效率和行走速度，人们也结合了轮式行走和仿生腿的特点对行走机构进行大量的创新，例如中国专利ZL201310108663.0公开的仿生六轮腿全驱动行走机构以及美国专利US7249640公开的一种具有快速移动和跳跃性能的高机动机器人；上述技术均具有轮式腿的特点；它们共有的结构特点是，由一个转轴和连接在转轴上的若干个仿生腿构成一个行走单元，再由若干个这样的行走单元构成整个行走机构，它通过仿生腿沿转轴的转动实现移动，通过协调控制每个行走单元的转速来实现整个行走机构的移动转弯。因此上述组合式的行走机构结构较为复杂，转弯控制难度大，其仿生腿均为长条状，与地面接触面积小，行走稳定性差；而且单个轮式腿无法实现转弯，也不能实现单独行走。

目前的行走机构无论是轮式、履带式还是仿生的步进或轮式腿机构均需要若干个行走单元组合后才能实现平稳的行走、转弯等移动，较多的行走单元无疑会使机器人结构更加复杂，也意味着较高的故障率和维护难度，这极不利于机器人技术的应用和发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种主要用于机器人行走的具有独立行走和越野功能的轮式腿行走装置，它具有地形适应性好、结构简单、传动效率高和速度快的优点。

本发明是这样来实现的，一种具有独立行走和越野功能的轮式腿行走装置，其特征在于，它包括用于行走控制和动力输出的动力控制总成、均匀环绕在动力控制总成外周的若干个腿根组件、与腿根组件轴连接的用于支撑行走的脚掌组件以及连接在动力控制总成和脚掌组件之间用于控制转弯的转向控制机构。

所述轮式腿行走装置还包括通过旋转轴承连接在动力控制总成上的为轮式腿行走装置涉水提供浮力的气囊和气泵，所述气囊充气后的浮力使动力控制总成浮于液面以上。

所述动力控制总成的外周均匀排布有若干个凸起卡块，所述腿根组件的一端通过凹槽卡嵌在凸起卡块上，并通过挡片和螺钉固定。

所述脚掌组件包括第一脚掌叶片和第二脚掌叶片，所述第一脚掌叶片和第二脚掌叶片的一端通过转动旋转轴承与腿根组件背离动力控制总成的一端相连，第一脚掌叶片和第二脚掌叶片的另一端均为能与地面贴合的弧形结构，所述第一脚掌叶片和第二脚掌叶片与地面接触贴合的一面为具有粗糙度的摩擦面。

所述转向控制机构包括两个拉杆和滑动连接在动力控制总成上的滑块，所述两个拉杆的一端均通过球关节连接在滑块上，另一端分别与第一脚掌叶片和第二脚掌叶片紧靠腿根组件的一端相连。

所述动力控制总成为圆筒箱体结构，所述动力控制总成包括位于其内的单片机电路板、伺服电机、电池和减速齿轮副，所述伺服电机在单片机电路板的控制下通过减速齿轮副带动动力控制总成的外壁转动，动力控制总成外壁带动腿根组件和脚掌组件转动行走。

优选的是：所述减速齿轮副包括第一减速齿轮副和第二减速齿轮副，其中，与伺服电机输出轴相连的第一减速齿轮副是传动比为3-5倍的减速器，第二减速齿轮副包括与第一减速齿轮副啮合的齿轮和与该齿轮啮合的位于动力控制总成内壁上的环形齿，所述第二减速齿轮副的传动比为5到8倍。

优选的是：所述腿根组件由铝合金或碳钎维制成，所述腿根组件上还均匀排布有若干个减重孔。