一种轮-履-腿复合式移动机器人

本发明属于移动机器人，特别是涉及一种轮-履-腿复合式移动机器人。

背景技术：

1、移动机器人根据移动形式的不同，可以分为轮式移动机器人、履带式移动机器人及腿式移动机器人。

2、针对传统的轮式移动机器人来说，行走轮与地面接触面积小，在平坦的路面移动时，具有能耗低、移动速度高的特点，但越障能力弱，通过崎岖不平的路面时稳定性差。

3、针对传统的履带式移动机器人来说，履带与地面接触面积大，能够通过松软、崎岖不平的路面，越障能力好，但移动速度较慢，能耗较高，会受轮径的限制，对于高度大于履带高度的障碍物则难以翻越。

4、针对传统的腿式移动机器人来说，越障能力好，适应各自地形的能力强，但移动速度慢，能耗大，运动状态离散，控制复杂。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供一种轮-履-腿复合式移动机器人，能够通过形态切换实现运动模式的转换，能够兼顾轮式移动机器人、履带式移动机器人及腿式移动机器人的各自优点同时克服相应缺点，在面对不同的地形时，能够切换至最合适的形态并以最优运动模式通过目标场地，具有移动速度快、越障能力强、结构简单、控制简单等综合效果。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种轮-履-腿复合式移动机器人，包括机身模块、左关节模块、右关节模块、左行走模块及右行走模块；所述左关节模块和右关节模块镜像对称设置在机身模块左右两侧；所述左行走模块与左关节模块相连；所述右行走模块与右关节模块相连。

3、所述机身模块包括动力电池、电池支架、前框架板、后框架板、左框架板、右框架板及控制器；所述动力电池固定在电池支架内部，所述前框架板、后框架板、左框架板及右框架板分别固定在电池支架的前端、后端、左端及右端；所述控制器固定在前框架板上，控制器与动力电池电连接。

4、所述左关节模块和右关节模块结构相同，均包括行走模块摆转驱动电机、行走模块平移驱动电机、传力架、平移驱动电机支架、齿轮、齿条、直线滑轨及滑块；所述行走模块摆转驱动电机水平固装在机身模块的左框架板/右框架板上，所述传力架与行走模块摆转驱动电机的电机轴固定连接，行走模块摆转驱动电机与控制器电连接；所述平移驱动电机支架与传力架固定连接，所述行走模块平移驱动电机竖直固装在平移驱动电机支架上，行走模块平移驱动电机与控制器电连接；所述齿轮同轴固装在平移驱动电机支架的电机轴上；所述齿条和直线滑轨平行设置在左行走模块/右行走模块上，齿条与齿轮相啮合；所述滑块设置在直线滑轨上，滑块与平移驱动电机支架固定连接；在所述直线滑轨的两端固定设置有限位挡块。

5、所述左行走模块和右行走模块结构相同，均包括基板、行走驱动电机、行走驱动电机支架、主动行走轮、从动行走轮、从动行走轮支架、从动行走轮轮轴转接架、轴承、轴承封盖、辅助轮、辅助轮支架、辅助轮转接架、辅助轮轮架及履带；所述基板竖直设置，所述齿条和直线滑轨平行设置在基板内表面，齿条与基板之间通过角板转接固定；所述行走驱动电机支架竖直固装在基板外表面，所述行走驱动电机水平固装在行走驱动电机支架上，所述主动行走轮同轴固装在行走驱动电机的电机轴上，行走驱动电机与控制器电连接；所述从动行走轮支架竖直固装在基板外表面，所述从动行走轮轮轴转接架水平固装在从动行走轮支架上；所述轴承外圈过盈嵌装在从动行走轮的中心孔内，轴承内圈过盈套装在从动行走轮的轮轴上，从动行走轮的轮轴固定螺接到从动行走轮轮轴转接架上；所述轴承封盖位于轴承外侧且固定连接在从动行走轮上；所述辅助轮支架固定安装在在基板外表面，所述辅助轮转接架固定安装在辅助轮支架上，所述辅助轮轮架固定安装在辅助轮转接架上，所述辅助轮安装在辅助轮轮架上；所述主动行走轮与从动行走轮通过履带传动连接，所述辅助轮位于主动行走轮与从动行走轮之间并与履带滚动接触。

6、当机器人处于履带行走模式时，在面对水平路面时，左行走模块和右行走模块均处于水平状态，左关节模块和右关节模块内的行走模块摆转驱动电机和行走模块平移驱动电机均处于锁定状态，仅由左行走模块和右行走模块内的行走驱动电机提供行走动力。

7、当机器人处于履带行走模式时，在面对障碍物需要进行越障时，先将机器人整体驻停在障碍物前方，使左行走模块和右行走模块的主动行走轮朝向障碍物，之后启动左关节模块和右关节模块内的行走模块平移驱动电机，带动齿轮转动，转动的齿轮会沿着齿条滚转移动，通过齿轮的滚转移动，会带动机身模块整体沿着直线滑轨直线移动，直到机身模块从左行走模块和右行走模块的后方移至前方，此时行走模块摆转驱动电机与主动行走轮同轴分布；接下来启动左关节模块内的行走模块摆转驱动电机，带动左行走模块从后方向前方摆转，直到左行走模块搭接到障碍物上；随后启动右关节模块内的行走模块摆转驱动电机，带动右行走模块从后方向前方摆转，直到右行走模块搭接到障碍物上；然后启动左关节模块和右关节模块内的行走模块平移驱动电机，使机身模块从左行走模块和右行走模块的后下方移至前上方，此时行走模块摆转驱动电机与从动行走轮同轴分布；最后启动左行走模块和右行走模块内的行走驱动电机，通过主动行走轮和履带带动机器人整体行驶到障碍物上方，从而完成机器人的越障。

8、当机器人处于履带行走模式时，在面对楼梯台阶需要向上爬行时，先将机器人整体驻停在楼梯台阶前方，使左行走模块和右行走模块的主动行走轮朝向楼梯台阶，之后启动左关节模块和右关节模块内的行走模块平移驱动电机，带动齿轮转动，转动的齿轮会沿着齿条滚转移动，通过齿轮的滚转移动，会带动机身模块整体沿着直线滑轨直线移动，直到机身模块从左行走模块和右行走模块的后方移至前方，此时行走模块摆转驱动电机与主动行走轮同轴分布；接下来启动左关节模块内的行走模块摆转驱动电机，带动左行走模块从后方向前方摆转，直到左行走模块搭接到楼梯台阶上，并且使左行走模块与右行走模块处于同一条直线上，随后启动左行走模块和右行走模块内的行走驱动电机，通过主动行走轮和履带带动机器人整体行驶到楼梯台阶上，从而使机器人沿着楼梯台阶向上爬行。

9、当机器人处于轮式行走模式时，在面对水平路面时，先使机器人处于履带行走模式，之后启动左关节模块和右关节模块内的行走模块平移驱动电机，带动齿轮转动，转动的齿轮会沿着齿条滚转移动，通过齿轮的滚转移动，会带动机身模块整体沿着直线滑轨直线移动，直到机身模块从左行走模块和右行走模块的后方移至前方，此时行走模块摆转驱动电机与主动行走轮同轴分布；接下来启动左关节模块和右关节模块内的行走模块摆转驱动电机，使左行走模块和右行走模块的从动行走轮同步向上抬起并脱离地面，此时只有左行走模块和右行走模块的主动行走轮支撑在地面上；然后启动左行走模块和右行走模块的行走驱动电机，使机器人仅通过主动行走轮和履带带动机器人整体在水平路面移动和原地转弯。

10、当机器人处于腿式行走模式时，在面对水平路面时，先使机器人处于履带行走模式，之后启动左关节模块和右关节模块内的行走模块平移驱动电机，带动齿轮转动，转动的齿轮会沿着齿条滚转移动，通过齿轮的滚转移动，会带动机身模块整体沿着直线滑轨直线移动，直到机身模块从左行走模块和右行走模块的后方移至前方，此时行走模块摆转驱动电机与主动行走轮同轴分布；接下来启动左关节模块和右关节模块内的行走模块摆转驱动电机，使左行走模块和右行走模块的从动行走轮同步向上抬起并脱离地面，此时只有左行走模块和右行走模块的主动行走轮支撑在地面上，直到左行走模块和右行走模块均处于竖直状态；然后启动左关节模块和右关节模块内的行走模块平移驱动电机，直到机身模块从左行走模块和右行走模块的底部上升到中部；随后启动左行走模块和右行走模块的行走驱动电机，使机器人仅通过主动行走轮和履带带动机器人整体在水平路面移动和原地转弯。

11、当机器人处于腿式行走模式时，在移动过程中，若左行走模块或右行走模块的移动路径上存在凸起的坡道，则在左行走模块或右行走模块途径坡道时，同步启动左行走模块或右行走模块的行走模块平移驱动电机，使左行走模块或右行走模块随着坡道同步上移，使左行走模块和右行走模块形成高度差，进而使机身模块始终处于水平状态，最终使机器人整体在不发生倾斜的情况下通过坡道。

12、本发明的有益效果：

13、本发明的轮-履-腿复合式移动机器人，能够通过形态切换实现运动模式的转换，能够兼顾轮式移动机器人、履带式移动机器人及腿式移动机器人的各自优点同时克服相应缺点，在面对不同地形时，能够切换至最合适的形态并以最优运动模式通过目标场地，具有移动速度快、越障能力强、结构简单、控制简单等综合效果。