[发明专利]轮腿变结构机器人

说明书

本发明提供了一种轮腿变结构机器人，包括：机架、机械臂和机械腿，机械臂安装在机架上面；机械腿安装在机架两侧，对称设置多条轮腿，能够切换轮式或腿式的运动模式；机械腿为串联构型，机械腿通过驱动支链连接且各具有多个自由度。本发明通过在各驱动支链上均串联安装有刚度不同弹簧，可以作为被动悬挂减少机器人腿式行走时电机受到的冲击载荷；操作机械臂具有七个自由度，具有较好的运动灵活性，能够进行采样或搬运作业；本发明提供的轮腿变结构机器人运动快速灵活，地形适应性强，越障能力好，可以满足复杂非结构地形下的地形探测、物资运输、采集样品以及人员搜救等工作的需求。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体地，涉及一种轮腿变结构机器人，尤其涉及一种具有两个腰部的六轮腿变结构机器人。

背景技术

现阶段已有应用的移动机器人多为轮式、腿式、履带式结构以及各种具有复合运动形式的机器人。其中，轮腿机器人结合轮式机器人与腿式机器人的优点，在较为平缓的地面上拥有较快的移动速度，以及优良的机动性能，当遇到起伏较大地面或者有无法越过的障碍时，可以切换机器人形态，使机器人以腿式运动模式越过障碍。传统的轮腿机器人在腿式机器人的基础上在其足端或其他位置增加轮式驱动，使其可以通过轮子移动，这样的结构没有将轮式机构和腿式机构充分融合，支撑腿和轮子分开独立布置的布局使机器人有较大的整体质量，因此对轮腿一体化的移动机器人研究具有重要价值。

经对现有文献检索发现，中国专利申请号为：CN108995728A，名称为：一种高机动轮足复合机器人，该技术包括：第一至第四轮足模块(A、B、C、D)，第一至第四直流电机(1、2、3、4)，第一、第二车架(E、F)。其中：轮足模块通过电机驱动机架相对转动，可以实现高越障足式模式和轮式模式的相互切换，采用同一种结构形状可实现足式高抬腿功能与轮式高速滚动功能。该机器人实现了轮足一体化设计与转化，足式模式时共有16条腿。轮式模式时共有4个轮子，其每条腿对应四分之一圆弧的轮，将腿组合成轮时，轮面并不是一个平面，这样机器人在砂石地面运动时容易在轮中卡入石头，损害机器人结构，且机器人腿数目角度较多，有较大控制难度。

又经检索发现，中国专利申请号为：CN104249599B，名称为：具有轮足复合推进功能的便携式移动装置，该技术包括车体、车轮、探测系统、通信系统和负载接插模块。其中：车轮包括第一车轮胎面、第二车轮胎面、第三车轮胎面，第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、驱动盘、旋转盘，整车采用六轮三轴式布置方式，提高了移动稳定性及爬坡性能。该机器人保证了轮式模式下车轮的完整性，但在其足式模式下，并没实现完全足式运动。可以看作将原有轮式机器人的车轮半径增大，且提高了变形轮对崎岖地面的通过能力。在足式运动模式中，当机器人高速运动时，机器人重心将上下颠簸，无法平稳运动，这对机器人硬件造成一定损害。

还经检索发现，欧洲航天局(European Space Agency)发布的一款外星球探测概念机器人，包括机架、一条机械臂以及六条轮腿。该机器人机架为一体式设计，在轮式行走过程中各轮腿不能很好地贴合地面，难以实现对地形起伏的适应；进行腿式运动时，机器人腿部驱动没有串联弹性环节，抵抗地形对腿部的冲击和扰动的能力较弱。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种轮腿变结构机器人，轮腿变结构机器人拥有轮式和腿式两种运动模式，可以根据地形条件选择适宜的运动模式进行高效快速移动，特别适用于复杂非结构地形条件下的探测任务。

根据本发明提供的一种轮腿变结构机器人，包括：机架、机械臂和机械腿，机械臂安装在机架上面，具有多个独立自由度，可以实现复杂抓取任务；

机械腿安装在机架两侧，对称设置多条轮腿，能够切换轮式或腿式的运动模式，能够通过控制机械腿驱动使其实现轮与腿之间的转化，以适应不同地形的运动需要；

机械腿为串联构型，且各具有多个自由度。

优选地，机架包括前段机架、中段机架和后段机架，前段机架与中段机架相连，中段机架连接后段机架。