[实用新型]一种具有轮足变换能力的机器人变形腿

说明书

本实用新型涉及一种具有轮足变换能力的机器人变形腿，包括大腿半环和小腿半环，大腿半环和小腿半环合拢时为圆环，可作为车轮，实现轮式移动；小腿半环与大腿半环呈现一定夹角时，可作为大、小腿，实现足式行走。两种构型可随时变换，既可兼具轮、足两种移动形式的优点，同时也不增加腿结构的重量和控制的复杂程度，本实用新型可用于两足、四足或六足机器人。

技术领域

本实用新型涉及机器人领域，特别涉及一种具有轮足变换能力的机器人变形腿。

背景技术

轮式移动方式具有能耗比较低、移动速度快等优点，而足式移动方式由于采用了大、小腿结构，具有越障能力强等优势，因此有不少样机将二者结合在一起，希望能兼顾二者的优点。

如图1所示，CN109018058A(文献1)公开了一种轮足一体式机器人腿结构，这种腿结构包括机器人的横摆机构，大腿、小腿和足端；整条腿有三组使用伺服阀控制的结构相同的液压缸，可以实现腿部的横摆、大腿和小腿的前进和后退，机器人足端为轮式结构，轮子的方向可以任意调整，足端有单独的动力源，采用步进驱动一体机，把驱动与控制集成在一起；当在平坦的路段行进时，可以单独使用足端电机驱动轮转动，使运动更加快速，节省能源；当在坎坷不平的路段运动时，可以使用液压装置来驱动，帮助机器人实现越障。

如图2所示，韩国现代汽车公司的极限机动车Elevate的测试版样机，同样采用了把轮子布置在小腿的末端，该方式是目前绝大多数轮足式机器人所采用的方案。

如图3所示，CN208007139U(文献2)公开了一种多适应性轮足切换移动平台，车轮布置在膝关节处，当膝关节与竖直轴夹角较小时，机器人采用足式行走方式，当膝关节与竖直轴夹角较大时，小腿抬起，车轮与地面接触，机器人采用轮式移动方式。

把车轮布置在足端是最常见也是最简单的轮足式腿结构，但缺点是：(1)车轮需要独立的驱动器，会导致腿结构质量增大，且机器人整体的驱动器数量有所增加，控制也会更加复杂；(2)机器人的足端是车轮，会导致机器人无法通过足端添加简单的机械手来实现机器人的操作能力；(3)车轮抱闸异常时，会导致行走中的机器人打滑或者摔倒。

把车轮布置在膝关节也存在一些不足：(1)导致腿结构质量增大，机器人在采用足式移动方式时会加大能耗；(2)在机器人采用轮式移动方式时，小腿需保持一定的位姿，需要额外的位姿保持机构，导致腿结构较复杂，可靠性也会降低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种具有轮足变换能力的机器人变形腿，没有轮子，腿和轮子一体化，不增加腿的重量和复杂程度。

本实用新型的技术方案是：一种具有轮足变换能力的机器人变形腿，包括大腿半环和小腿半环，大腿半环和小腿半环合拢时为圆环，可作为车轮，实现轮式移动；小腿半环与大腿半环呈现一定夹角时，可作为大、小腿，实现足式行走。

进一步地，所述大腿半环的中间设置有大腿横杆，所述大腿横杆通过连接件与髋关节驱动轴固定连接，所述髋关节驱动轴带动大腿半环旋转，所述小腿半环的一端通过膝关节转轴与大腿半环的一端铰接，所述膝关节转轴与膝关节驱动轴连接，所述膝关节驱动轴带动所述膝关节转轴旋转，进而带动所述小腿半环旋转。

进一步地，所述小腿半环的自由端设有凸起部，所述大腿半环的自由端设有凹陷部，当大腿半环和小腿半环合拢时，所述凸起部插入所述凹陷部内，形成圆环。

进一步地，所述膝关节驱动轴与所述膝关节转轴通过皮带连接，所述皮带与所述膝关节驱动轴之间设有带轮、所述皮带与所述膝关节转轴之间也设有带轮。

进一步地，还包括膝关节驱动电机和髋关节驱动电机，所述膝关节驱动电机的输出轴与所述膝关节驱动轴相连，所述髋关节驱动电机的输出轴与所述髋关节驱动轴相连，所述膝关节驱动轴和所述髋关节驱动轴同轴线设置。