[发明专利]一种轮腿复合式移动机器人的多自由度机械轮腿结构

说明书

本发明公开了一种轮腿复合式移动机器人的多自由度机械轮腿结构，其轮、腿运动模式可灵活切换，有效地结合了轮式高机动性和腿足式较强的环境适应性；轮腿具有多个自由度，可实现全方位运动以调节机身姿态和重心平衡。其中，在轮腿膝关节处设置有阻尼弹簧，利用弹簧的缓冲能力提高腿部关节在受到地面冲击时的适应性。通过控制电机使大腿丝杠滑台升降张拉伸缩机构和小腿电动缸力反馈伸缩机构协同运行。髋关节链传动可锁定摆动机构能驱动机械轮腿沿垂直地面的转动轴摆动。且与轮毂转向机构配合动作可实现轮腿的全方位行驶功能或变轮距变轴距行驶。机械轮腿具有模块化特征，以及良好的动力学行驶平顺性和复杂地形的高通过性。

技术领域

本发明涉及机器人及自动控制技术领域，具体地说，涉及一种轮腿复合式移动机器人的多自由度机械轮腿结构。

背景技术

移动式机器人在军事、农业、科考诸多领域的应用需求越来越广泛。传统的移动机器人根据驱动方式的不同，可分为轮式、腿足式和履带式。应用最普遍的为轮式移动机器人，其结构和控制都较为简单，运动效率高，移动速度快，缺点在于对地形的适应能力较差。腿足式机器人通常是双足、四足、六足的构型，该类机器人相比于轮式机器人，对地形适应能力强，具有很强的越障能力，但运动缓慢效率低、能耗较高。履带式机器人相比于前两类机器人，其与地面接触面积大，适合在泥土或者宽松的地面移动，爬坡越障能力强，但不足之处是重量偏大，行走缓慢。轮腿复合式移动机器人则采用高效的轮、腿复合式行走机构，能够在不同的路况和地形环境下采用多种运动模式行进。对于平整地形时主要依靠轮式机构前进，具有较高的移动效率。对于复杂崎岖地形采用轮腿复合式结构，大大提高了机器人对地形的适应能力，具有较强的越野性能，而且可以通过垂直障碍、壕沟等极端地形条件。由于其地形适应能力强，能耗低，速度快的特点，近年来得到了迅速的发展，并广泛应用于无人运输、无人排雷、无人武器搭载军用领域和农业、物流、救援和水下施工民用领域。

发明专利201711105290.6公开了“一种轮腿复合式机器人的轮腿结构”，该机器人的轮腿结构由作动器、三脚架、阻尼弹簧、双横臂悬架、转向电机、轮腿和带有轮毂电机的驱动轮组成。该轮腿结构通过控制作动器实现沿高度方向的运动，但不足之处是机械腿长度固定，无法改变机械腿长度；同时，髋关节不能自由水平转动。

在发明专利201910054295.3中提出了“一种轮腿复合式机器人的轮腿结构”，该机械腿结构由腿节、足节和轮式机构三部分组成。足节首段的轮式机构和足节末端均可作为触地端，通过控制器控制足节的触地端以实现轮式和腿式移动切换。但轮式移动相比腿式移动运动范围缩小；同时，只能通过滑块移动同时控制两条腿，无法实现单腿的独立控制。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种轮腿复合式移动机器人的多自由度机械轮腿结构。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是:包括髋关节链传动锁定摆动机构，大腿丝杠滑台升降张拉伸缩机构，膝关节抗冲击弹簧缓冲机构，小腿电动缸力反馈伸缩机构、轮毂大角度转向结构和电动轮毂，其特征在于:所述髋关节链传动锁定摆动机构包括框顶连板、框底连板、主传动轴、主动链轮、第一髋关节支板、从传动轴、滑台下连板、从动链轮、链条、第二髋关节支板和链条张紧支架，所述框顶连板和框底连板与中心机架连接，第一伺服电机和第一减速器与电机连接架板固连且位于中心机架上部，主传动轴分别与第一减速器、主动链轮连接，第一髋关节支板上端与框顶连板固连，下端与框底连板固连，第二髋关节支板上端与框顶连板连接，下端与框底连板固连，电磁制动器支架与框顶连板固连，牙嵌式电磁制动器上部与电磁制动器支架固连，下部与从传动轴连接，滑台上连板与框顶连板连接，从传动轴和从动链轮连接，框底连板与滑台下连板通过圆柱滚子轴承连接；第一伺服电机通过第一减速器带动主传动轴和主动链轮转动，通过链条链传动带动从传动轴转动，从而实现机械腿绕从动轴的转动；