CN112373594A - 一种轮腿混合驱动式矿用变胞机器人 - Google Patents

Abstract

本发明的一种轮腿混合驱动式矿用变胞机器人，包括承载平台、四个轮腿行走机构，所述轮腿行走机构包括有轮腿支链和转向装置；轮腿支链包括有支座，支座两侧设置有安装板，安装板上分别安装有电机二和电机四，电机二连接有大腿杆，大腿杆底端转动连接有车轮轴，电机四上连接有带轮组件一，电机四连接并驱动车轮轴，车轮轴上连接有车轮；所述大腿杆安装有电机三并铰接有小腿杆，电机三连接并驱动小腿杆；所述转向装置包括有连接在支座上的回转轴，所述支座通过回转轴与承载平台转动连接，所述回转轴上连接有电机一。本发明融合了轮式移动机器人高速、高效性和腿式移动机器人复杂地形高适应性的特点，提升了机器人的越障能力，增大了作业范围。

Description

一种轮腿混合驱动式矿用变胞机器人

技术领域

本发明属于矿产开采领域，尤其涉及一种轮腿混合驱动式矿用变胞机器人。

背景技术

机器人及其驱动器技术作为一种战略性高新技术，受到了国内外学者、企事业单位的广泛关注，研发应用新型移动机器人及其相关技术对促进社会进步、经济发展和提高人们生活质量等都具有重要意义。

根据移动方式的不同，移动机器人分为轮式、腿式、履带式和混合式等多种形式。一般轮式移动机器人结构简单、速度快，但在非结构化环境下其越障能力和平稳性存在很大缺陷；而腿式移动机器人具有较强的地形适应能力，但一般结构复杂难控制、不易满足设计中高灵活性的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种轮腿混合驱动式矿用变胞机器人，本发明融合了轮式移动机器人高速、高效性和腿式移动机器人复杂地形高适应性的特点，提升了机器人的越障能力，增大了作业范围。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种轮腿混合驱动式矿用变胞机器人，其特征在于：包括承载平台，所述承载平台周侧安装有四个轮腿行走机构，所述轮腿行走机构包括有轮腿支链和转向装置；

所述轮腿支链包括有支座，支座两侧设置有安装板，两个安装板上分别安装有电机二和电机四，所述电机二上连接有大腿杆，大腿杆底端转动连接有车轮轴，电机四上连接有带轮组件一，电机四通过带轮组件一连接并驱动车轮轴，车轮轴上还连接有车轮；

所述大腿杆侧壁安装有电机三并铰接有小腿杆，电机三通过带轮组件二连接并驱动小腿杆；

所述转向装置包括有连接在支座上的回转轴，所述支座通过回转轴与承载平台转动连接，所述回转轴上连接有电机一。

进一步的，所述支座为倒U型结构，所述电机二和电机四对称且同轴安装在支座两侧。

进一步的，所述带轮组件一包括带轮三、带轮四和同步带二，所述带轮三和电机四连接，所述带轮四和车轮轴连接。

进一步的，所述带轮组件二包括带轮二、带轮一和同步带一，所述带轮二和电机三连接，带轮一和小腿杆连接。

进一步的，所述大腿杆是截面为U型的槽钢型构件，所述带轮组件二安装于待大腿杆的U形槽中。

进一步的，所述小腿杆远离大腿杆的一端橡胶脚垫。

进一步的，所述橡胶脚垫上设置有网格纹。

进一步的，电机一通过锥齿轮一和锥齿轮二与回转轴垂直连接。

进一步的，所述回转轴与承载平台轴承连接。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明的一种轮腿混合驱动式矿用变胞机器人具有结构简单、紧凑，轮腿支链组合形态易改变，经济成本低，环境适应性强等优点，机器人的承载平台(底盘)的高度可调，易于翻越崎岖凹凸地形。同时，本发明机器人可实现机器人轮式移动时的直行或斜行，机器人腿式移动时的类人迈步行走与类昆虫或蟹爬行等运动形态，可满足矿业矿区复杂地形对机器人驱动特性的严要求，本发明机器人在资源勘探、灾害营救、农林业等领域也有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明轮式移动状态时的主视图；

图2为本发明轮式移动状态时的左视图；

图3为本发明腿式行走形态时的主视图；

图4为本发明腿式爬行状态时的俯视图；

图5为本发明中大腿杆的结构图；

图6为本发明中小腿杆的结构图；

图7为本发明中小腿杆的U型槽的结构图。

图中，1、车轮；2、大腿杆；3、电机三；4、电机二；5、支座；6、滚动轴承；7、回转轴；8、锥齿轮二；9、锥齿轮一；10、支架；11、电机一；12、承载平台；13、橡胶脚垫；14、小腿杆；15、带轮一；16、同步带一；17、轴承盖；18、电机四；19、带轮三；20、带轮二；21、同步带二；22、带轮四；23、车轮轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

实施例一

如图1-图4所示，本发明为一种轮腿混合驱动式矿用变胞机器人，其由承载平台(底盘)、四个结构尺寸相同的轮腿行走机构，每个轮腿行走机构均包括有一个轮腿支链和一个转向装置。

所述承载平台12为平面板结构，可由普通板材制作，易加工制作。

所述轮腿支链包括支座5、大腿杆2、小腿杆14、车轮1以及三个电机和两个带轮组件。

所述支座5设计为U型结构，方便其两外侧分别固定电机二4和电机四18。所述电机二4和电机四18的轴线重合，以保证大腿杆2与由带轮三19、同步带二21和带轮四22组成之带传动机构的同步转动。所述电机二4与大腿杆2通过平键固结，用来驱动大腿杆2的转动。所述带轮三19、同步带二21和带轮四22组成带轮组件一，实现电机四18对车轮1的驱动。所述车轮轴23的轴线方向与电机二4、电机四18的轴线平行。

所述轮腿支链通过支座5与回转轴7相连接，所述支座5的上端面通过螺钉固结于回转轴7的下端面，或将支座5与回转轴7做成一体式。

所述轮腿支链中电机三3的壳体通过螺钉固定于大腿杆2的近上端位置，以减少大腿杆2部件的运动惯量。所述电机三3的轴线与电机二4的轴线平行。所述带轮一15通过销轴、弹性挡圈等安装于大腿杆2的下端部，带轮一15与销轴之间通过滚动轴承支撑。所述带轮二20、同步带一16和带轮一15组成带轮组件二，实现电机三3对小腿杆14的驱动。

如图5所示，所述大腿杆2设计为类槽钢型的U形长构件，方便带轮二20、同步带一16和带轮一15所组成带传动机构布置于大腿杆2的U形槽内，使得机器人的整体结构更紧凑、更轻便。

所述小腿杆14的结构形状如图6、图7所示，小腿杆14的着地端部装有橡胶脚垫13，以降低小腿杆14与地面接触时的冲击力，且小腿杆14与橡胶脚垫13之间设计为过盈配合，方便使用与更换。所述橡胶脚垫13外表面加工有网格纹，以增加小腿杆14与地面间的摩擦力。

所述转向装置包括电机一11、锥齿轮一9、锥齿轮二8、回转轴7、滚动轴承6、轴承盖17、支架10。所述电机一11为转向装置的动力源，其固定于支架10上，支架10通过螺钉与承载平台(底盘)固结。所述锥齿轮二8与电机一11通过平键连接。所述锥齿轮一9与回转轴7通过平键连接。所述回转轴7通过上下两个滚动轴承(6)以及轴承盖17装配于承载平台(12)上, 回转轴7的中心线为竖直铅锤方向。所述锥齿轮一9和锥齿轮二8通过啮合，把电机一11的动力传递给回转轴7，回转轴7再带动轮腿支链实现绕回转轴7竖直中心线的360°转动。

所述轮腿支链通过支座5与回转轴7相固结，或将支座5与回转轴7做成一体式，通过控制回转轴7的旋转角度，达到实现机器人轮式移动状态下的运动方向改变或机器人腿式移动状态下轮腿支链的组合形状变化与行走。

实施例二

本发明的一种轮腿混合驱动式矿用变胞机器人，可实现机器人承载平台(底盘)的高度调节、轮式移动时的直行或斜行、腿式移动时的类人迈步行走或类昆虫爬行等运动形态，下面通过一个轮腿支链和转向装置的驱动操作步骤其它轮腿支链和转向装置的操作程序类似，对前述功能实现进行说明。

一、承载平台(底盘)的高度调节：轮式移动状态时，如图1所示，通过电机二4驱动大腿杆2的转动角度，即可实现机器人系统承载平台(底盘)的离地高度调节；腿式移动状态时，如图3、图4所示，可通过电机二4驱动大腿杆2的转角变化以及电机三3驱动小腿杆14的转角变化，进行承载平台(底盘)的离地高度调节。

诚然，承载平台(底盘)的姿态也可通过前述方法进行相应调节得到。

二、轮式移动时的直行或斜行，如图1所示：首先，启动电机二4驱动大腿杆2，把承载平台(底盘)的调节到合适高度后，关闭电机二4；接着，启动电机一11带动轮腿支链及大腿杆2旋转，调节车轮1的行进方向后，关闭电机一11；再者，启动电机四18驱动车轮1，实现机器人的轮式移动。在机器人移动过程中，也可随时启动电机一11实现车轮1的前进方向的改变，实现机器人的直行、斜行或转弯等运动。

机器人处于轮式移动状态下时，小腿杆14应为收起状态，电机三3不工作。

三、腿式移动时的类人行走，如图3所示：首先，启动电机二4驱动大腿杆2，把大腿杆2调节到步态运行时的角度；接着，启动电机三3驱动小腿杆14，把小腿杆14调节到步态运行时的角度，并实现橡胶脚垫13触地支撑；再者，启动电机一11带动大腿杆2和小腿杆14旋转，确定机器人行进方向后，关闭电机一11；最后，根据步态规划，通过电机二4驱动大腿杆2和电机三3驱动小腿杆14的联合交替运行，实现机器人的腿式类人行走。机器人处于腿式类人行走状态时，也可随时启动电机一11改变大腿杆2和小腿杆14的行走方向，从而实现机器人直行或转弯等运动。机器人处于腿式移动时的类人行走状态下时，电机四18不工作。

四、腿式移动时的类昆虫爬行，如图4所示：首先，启动电机二4驱动大腿杆2，把大腿杆2调节到爬行运行时的角度；接着，启动电机三3驱动小腿杆14，把小腿杆14调节到爬行运行时的角度，并实现橡胶脚垫13触地支撑；再者，启动电机一11带动大腿杆2和小腿杆14旋转，确定机器人各个轮腿支链的组合形态；最后，根据爬行步态规划，通过电机一11驱动轮腿支链、电机二4驱动大腿杆2和电机三3驱动小腿杆14的联合交替运行，实现机器人的腿式类昆虫爬行。

如图4所示,如果操作电机一11驱动轮腿支链转动到竖直姿态，并锁定电机一11，此时，通过电机二4驱动大腿杆2和电机三3驱动小腿杆14的联合交替运行，则可实现机器人的腿式类蟹爬行。机器人处于腿式类昆虫爬行状态下时，电机四18不工作。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (9)

1.一种轮腿混合驱动式矿用变胞机器人，其特征在于：包括承载平台(12)，所述承载平台(12)周侧安装有四个轮腿行走机构，所述轮腿行走机构包括有轮腿支链和转向装置；

所述轮腿支链包括有支座(5)，支座(5)两侧设置有安装板，两个安装板上分别安装有电机二(4)和电机四(18)，所述电机二(4)上连接有大腿杆(2)，大腿杆(2)底端转动连接有车轮(1)轴，电机四(18)上连接有带轮组件一，电机四(18)通过带轮组件一连接并驱动车轮(1)轴，车轮(1)轴上还连接有车轮(1)；

所述大腿杆(2)侧壁安装有电机三(3)并铰接有小腿杆(14)，电机三(3)通过带轮组件二连接并驱动小腿杆(14)；

所述转向装置包括有连接在支座(5)上的回转轴(7)，所述支座(5)通过回转轴(7)与承载平台(12)转动连接，所述回转轴(7)上连接有电机一(11)。

2.根据权利要求1所述的一种轮腿混合驱动式矿用变胞机器人，其特征在于：所述支座(5)为倒U型结构，所述电机二(4)和电机四(18)对称且同轴安装在支座(5)两侧。

3.根据权利要求1所述的一种轮腿混合驱动式矿用变胞机器人，其特征在于：所述带轮组件一包括带轮三(19)、带轮四(22)和同步带二(21)，所述带轮三(19)和电机四(18)连接，所述带轮四(22)和车轮(1)轴连接。

4.根据权利要求1所述的一种轮腿混合驱动式矿用变胞机器人，其特征在于：所述带轮组件二包括带轮二(20)、带轮一(15)和同步带一(16)，所述带轮二(20)和电机三(3)连接，带轮一(15)和小腿杆(14)连接。

5.根据权利要求4所述的一种轮腿混合驱动式矿用变胞机器人，其特征在于：所述大腿杆(2)是截面为U型的槽钢型构件，所述带轮组件二安装于待大腿杆(2)的U形槽中。

6.根据权利要求1所述的一种轮腿混合驱动式矿用变胞机器人，其特征在于：所述小腿杆(14)远离大腿杆(2)的一端橡胶脚垫(13)。

7.根据权利要求6所述的一种轮腿混合驱动式矿用变胞机器人，其特征在于：所述橡胶脚垫(13)上设置有网格纹。

8.根据权利要求1所述的一种轮腿混合驱动式矿用变胞机器人，其特征在于：电机一(11)通过锥齿轮一(9)和锥齿轮二(8)与回转轴(7)垂直连接。

9.根据权利要求1所述的一种轮腿混合驱动式矿用变胞机器人，其特征在于：所述回转轴(7)与承载平台(12)轴承连接。

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