一种轮足可切换多模态轮腿机器人

本发明涉及机器人领域，具体地说是一种轮足可切换多模态轮腿机器人。

背景技术：

1、目前较为常见的移动机器人包括轮式机器人、履带式机器人和腿足式机器人，其中轮式机器人具有机动性好、能效高等优点，而腿足式机器人由于落足点具有不连续性，且可以通过跳跃等动作实现短时间与地面脱离接触，因此具有更强的地形适应能力，但由于其运动过程控制复杂，腿足式移动机器人存在移动速度慢、能耗高等问题，如果能将腿足式机器人与轮式机器人相结合，将能更好地适应不同环境的作业要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种轮足可切换多模态轮腿机器人，其可以根据不同的地形环境进行足式模态和轮式模态的转换，从而能够更好地满足作业要求。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

3、一种轮足可切换多模态轮腿机器人，包括机身、腿部组件和轮足转换组件，其中腿部组件设于机身两侧，轮足转换组件包括行走轮、足式模块、滑动连接件、弹簧、足部支撑座和行走轮电机，其中行走轮中部设有轮轴与设于腿部组件下端的行走轮电机固连，足部支撑座设于腿部组件下端和行走轮之间，并且所述足部支撑座上部设有插槽、下部设有轴套转动套装于所述轮轴上，足式模块设于行走轮的胎面外侧并与滑动连接件固连，所述滑动连接件设有插接板插装于所述插槽中，并且所述插接板两侧通过弹簧与所述轴套连接，滑动连接件上设有挂接轴，腿部组件下端设有可移动的挂钩，模态转换时足式模块位于行走轮上侧，并且所述挂接轴置于所述挂钩中。

4、所述腿部组件下端设有直线驱动装置和挂钩，并且所述挂钩通过所述直线驱动装置驱动移动，所述腿部组件下端靠近所述轮足转换组件一侧设有挂接轴导向滑槽，且模态转换时，所述挂接轴头端落入所述挂钩中，所述挂接轴的轴杆部落入所述挂接轴导向滑槽中。

5、所述滑动连接件上端一侧设有连接板，且所述连接板与所述足式模块固连，所述滑动连接件的插接板两侧设有第一弹簧挂孔，所述足部支撑座的轴套两侧设有第二弹簧挂孔，且所述弹簧上端挂接于对应的第一弹簧挂孔中、下端挂接于对应的第二弹簧挂孔中。

6、所述行走轮的轮轴上套装有足部支撑轴承，且所述足部支撑座下部的轴套套装于所述足部支撑轴承上，所述轴套远离行走轮一侧设有限定所述足部支撑轴承位移的轴承卡簧。

7、所述足式模块前端呈三角状，所述足式模块后端设有与所述行走轮的胎面相配合的圆弧钩板。

8、所述机身两侧设有具有摆动自由度的膝关节电机，所述腿部组件包括大腿和小腿，其中所述大腿内部设有驱动连杆，并且所述大腿上端与所述膝关节电机的壳体固连，所述驱动连杆上端通过所述膝关节电机驱动摆动，所述大腿下端与所述小腿转动连接，并且所述小腿通过所述驱动连杆驱动摆动。

9、所述大腿包括大腿连杆座，并且所述大腿连杆座上端设有可转动的驱动块，所述驱动块中部与所述膝关节电机的动力轴连接，所述驱动块一端通过上连杆铰轴与所述驱动连杆上端铰接。

10、所述小腿包括小腿连杆座，并且所述大腿连杆座下端通过连杆座铰轴与所述小腿连杆座上端铰接，所述大腿连杆座的下端内部设有铰接块，并且所述铰接块上端通过下连杆铰轴与所述驱动连杆下端铰接，所述铰接块下端套装于所述连杆座铰轴上。

11、所述机身内部设有髋关节侧摆电机和髋关节前后摆电机，其中所述髋关节前后摆电机设于对应的转接座中，并且所述转接座通过对应的髋关节侧摆电机驱动转动，所述膝关节电机与对应的转接盘固连，并且所述转接盘通过对应的髋关节前后摆电机驱动转动。

12、所述机身包括机身壳体，且所述机身壳体包括顶板、底板和前挡板，所述髋关节前后摆电机和转接座设于由所述顶板、底板和前挡板围合而成的空间中，并且所述顶板和底板后侧通过后连接板连接，所述髋关节侧摆电机固定于所述前挡板上且动力轴穿过所述前挡板上的通孔后与对应的转接座连接，两个髋关节侧摆电机的壳体后端套装有面板，所述膝关节电机由所述顶板、底板和前挡板围合而成的空间两侧露出，另外所述顶板上侧设有电源模块。

13、本发明的优点与积极效果为：

14、1、本发明可以根据不同的地形环境进行足式模态和轮式模态的转换，从而能够更好地满足作业要求。

15、2、本发明在足式模态向轮式模态切换时，足式模块转至行走轮上侧，并且挂钩通过直线驱动装置驱动后退，所述挂钩带动所述挂接轴后退，进而驱动滑动连接件带动足式模块上升脱离行走轮，同时所述直线驱动装置可以保持自锁状态，进而保证足式模块与行走轮的分离状态，而轮式模态向足式模态转换时，本发明只需控制直线驱动装置启动驱动挂钩恢复原位，此时滑动连接件在弹簧作用下也自动恢复原位并使足式模块扣在行走轮胎面上，然后行走轮电机再驱动行走轮转动以使足式模块与地面贴合，整个过程控制简单方便。

16、3、本发明的轮足转换组件整体结构简单紧凑，其中滑动连接件连同弹簧等部件可设于行走轮与腿部组件下端之间，不会额外增加装置体积。

17、4、本发明可以根据不同模态选择不同的驱动方式，其中当本发明处于复杂地形环境时可选择足式模态时，此时机身内的髋关节侧摆电机、髋关节前后摆电机和膝关节电机配合驱动腿部组件中的大腿和小腿动作，进而实现行走、跳跃等目的，当本发明移动至平整路面等场景时可转换至轮式模态时，此时机器人仅需要利用行走轮电机驱动行走轮转动实现行走，能耗相对较低，同时移动速度也更加迅速。

技术特征：

1.一种轮足可切换多模态轮腿机器人，其特征在于：包括机身(2)、腿部组件和轮足转换组件(5)，其中腿部组件设于机身(2)两侧，轮足转换组件(5)包括行走轮(505)、足式模块(501)、滑动连接件(502)、弹簧(503)、足部支撑座(504)和行走轮电机(508)，其中行走轮(505)中部设有轮轴(5052)与设于腿部组件下端的行走轮电机(508)固连，足部支撑座(504)设于腿部组件下端和行走轮(505)之间，并且所述足部支撑座(504)上部设有插槽(5041)、下部设有轴套(5042)转动套装于所述轮轴(5052)上，足式模块(501)设于行走轮(505)的胎面(5051)外侧并与滑动连接件(502)固连，所述滑动连接件(502)设有插接板(5023)插装于所述插槽(5041)中，并且所述插接板(5023)两侧通过弹簧(503)与所述轴套(5042)连接，滑动连接件(502)上设有挂接轴(5021)，腿部组件下端设有可移动的挂钩(403)，模态转换时足式模块(501)位于行走轮(505)上侧，并且所述挂接轴(5021)置于所述挂钩(403)中。

2.根据权利要求1所述的轮足可切换多模态轮腿机器人，其特征在于：所述腿部组件下端设有直线驱动装置(402)和挂钩(403)，并且所述挂钩(403)通过所述直线驱动装置(402)驱动移动，所述腿部组件下端靠近所述轮足转换组件(5)一侧设有挂接轴导向滑槽(4011)，且模态转换时，所述挂接轴(5021)头端落入所述挂钩(403)中，所述挂接轴(5021)的轴杆部落入所述挂接轴导向滑槽(4011)中。

3.根据权利要求1所述的轮足可切换多模态轮腿机器人，其特征在于：所述滑动连接件(502)上端一侧设有连接板(5022)，且所述连接板(5022)与所述足式模块(501)固连，所述滑动连接件(502)的插接板(5023)两侧设有第一弹簧挂孔(5024)，所述足部支撑座(504)的轴套(5042)两侧设有第二弹簧挂孔(5043)，且所述弹簧(503)上端挂接于对应的第一弹簧挂孔(5024)中、下端挂接于对应的第二弹簧挂孔(5043)中。

4.根据权利要求1所述的轮足可切换多模态轮腿机器人，其特征在于：所述行走轮(505)的轮轴(5042)上套装有足部支撑轴承(506)，且所述足部支撑座(504)下部的轴套(5042)套装于所述足部支撑轴承(506)上，所述轴套(5042)远离行走轮(505)一侧设有限定所述足部支撑轴承(506)位移的轴承卡簧(507)。

5.根据权利要求1所述的轮足可切换多模态轮腿机器人，其特征在于：所述足式模块(501)前端呈三角状，所述足式模块(501)后端设有与所述行走轮(505)的胎面(5051)相配合的圆弧钩板(5011)。

6.根据权利要求1所述的轮足可切换多模态轮腿机器人，其特征在于：所述机身(2)两侧设有具有摆动自由度的膝关节电机(203)，所述腿部组件包括大腿(3)和小腿(4)，其中所述大腿(3)内部设有驱动连杆(302)，并且所述大腿(3)上端与所述膝关节电机(203)的壳体固连，所述驱动连杆(302)上端通过所述膝关节电机(203)驱动摆动，所述大腿(3)下端与所述小腿(4)转动连接，并且所述小腿(4)通过所述驱动连杆(302)驱动摆动。

7.根据权利要求6所述的轮足可切换多模态轮腿机器人，其特征在于：所述大腿(3)包括大腿连杆座(301)，并且所述大腿连杆座(301)上端设有可转动的驱动块(304)，所述驱动块(304)中部与所述膝关节电机(203)的动力轴连接，所述驱动块(304)一端通过上连杆铰轴(305)与所述驱动连杆(302)上端铰接。

8.根据权利要求7所述的轮足可切换多模态轮腿机器人，其特征在于：所述小腿(4)包括小腿连杆座(401)，并且所述大腿连杆座(301)下端通过连杆座铰轴(3032)与所述小腿连杆座(401)上端铰接，所述大腿连杆座(301)的下端内部设有铰接块(303)，并且所述铰接块(303)上端通过下连杆铰轴(3031)与所述驱动连杆(302)下端铰接，所述铰接块(303)下端套装于所述连杆座铰轴(3032)上。

9.根据权利要求6所述的轮足可切换多模态轮腿机器人，其特征在于：所述机身(2)内部设有髋关节侧摆电机(201)和髋关节前后摆电机(202)，其中所述髋关节前后摆电机(202)设于对应的转接座(2011)中，并且所述转接座(2011)通过对应的髋关节侧摆电机(201)驱动转动，所述膝关节电机(203)与对应的转接盘(2021)固连，并且所述转接盘(2021)通过对应的髋关节前后摆电机(202)驱动转动。

10.根据权利要求9所述的轮足可切换多模态轮腿机器人，其特征在于：所述机身(2)包括机身壳体(204)，且所述机身壳体(204)包括顶板(2041)、底板(2042)和前挡板(2043)，所述髋关节前后摆电机(202)和转接座(2011)设于由所述顶板(2041)、底板(2042)和前挡板(2043)围合而成的空间中，并且所述顶板(2041)和底板(2042)后侧通过后连接板(2045)连接，所述髋关节侧摆电机(201)固定于所述前挡板(2043)上且动力轴穿过所述前挡板(2043)上的通孔后与对应的转接座(2011)连接，两个髋关节侧摆电机(201)的壳体后端套装有面板(2044)，所述膝关节电机(203)由所述顶板(2041)、底板(2042)和前挡板(2043)围合而成的空间两侧露出，另外所述顶板(2041)上侧设有电源模块(1)。

技术总结本发明涉及一种轮足可切换多模态轮腿机器人，包括机身、腿部组件和轮足转换组件，其中腿部组件设于机身两侧，轮足转换组件包括行走轮，且行走轮中部设有轮轴与设于腿部组件下端的行走轮电机固连，足部支撑座设于腿部组件下端和行走轮之间，并且足部支撑座上部设有插槽、下部设有轴套转动套装于轮轴上，足式模块设于行走轮的胎面外侧并与滑动连接件固连，滑动连接件设有插接板插装于所述插槽中，并且插接板两侧通过弹簧与所述轴套连接，滑动连接件上设有挂接轴，腿部组件下端设有可移动的挂钩，模态转换时所述挂接轴置于所述挂钩中。本发明可以根据不同的地形环境进行足式模态和轮式模态的转换，从而能够更好地满足作业要求。技术研发人员：杨广,王挺,刘连庆,张凯,潘存意,邵士亮,曹风魁受保护的技术使用者：中国科学院沈阳自动化研究所技术研发日：技术公布日：2024/8/27