本發(fā)明涉及一種小型移動機(jī)器人，屬于移動機(jī)器人領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

機(jī)器人的運動越障能力是移動機(jī)器人的基本要求，同時適應(yīng)性和可恢復(fù)性是偵察、救援領(lǐng)域必不可少的要求。傳統(tǒng)的移動機(jī)器人中，輪式機(jī)器人和履帶式機(jī)器人具有較為簡單的行走結(jié)構(gòu)和控制方式，運動能力較強(qiáng)，但適應(yīng)能力差，在惡劣的環(huán)境中易于受到振動和沖擊的影響造成翻仰，喪失工作能力；腿式或仿生爬行機(jī)器人對于復(fù)雜環(huán)境有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，但存在自由度多，控制復(fù)雜，運動緩慢的缺點。

在偵察、救援領(lǐng)域，復(fù)雜的環(huán)境對機(jī)器人的適應(yīng)性和恢復(fù)性要求較高，機(jī)器人應(yīng)具有較強(qiáng)的運動能力和靈活性，同時控制簡單。

因此，設(shè)計一種具有抗傾覆性、自動復(fù)位、運動靈活能力強(qiáng)、爬坡越障能力優(yōu)越的輪腿式移動機(jī)器人在工程上具有非常重要的意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種自動復(fù)位、運動靈活、爬坡越障能力優(yōu)越的小型輪腿式移動機(jī)器人。

實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

小型輪腿式移動機(jī)器人，包括底板、電路板、電路板支撐件、兩個關(guān)節(jié)基座、兩個關(guān)節(jié)、四個腿部、四個腿-機(jī)體連接件及兩個輪組；

所述的四個腿-機(jī)體連接件均可拆卸固定在底板的一側(cè)表面上，每個所述的腿-機(jī)體連接件上可拆卸固定有一個腿部，所述的四個腿部相對于底板十字中心線對稱設(shè)置，所述的兩個關(guān)節(jié)基座均可拆卸固定在底板所述的一側(cè)表面上，所述的兩個關(guān)節(jié)和兩個關(guān)節(jié)基座一一對應(yīng)設(shè)置，每個關(guān)節(jié)與對應(yīng)的關(guān)節(jié)基座可拆卸固定連接，兩個關(guān)節(jié)相對于底板的中心對稱設(shè)置；所述的電路板支撐件可拆卸固定在底板的一側(cè)表面上，所述的電路板可拆卸固定在電路板支撐件上，所述的兩個輪組與兩個關(guān)節(jié)一一對應(yīng)設(shè)置，每個所述的輪組中的輪子環(huán)套裝在相對應(yīng)的關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)輸出外殼的外側(cè)，且輪組中的輪子與關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)輸出外殼可拆卸固定連接。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是：

1.本發(fā)明的小型輪腿式移動機(jī)器人從高處任意姿態(tài)落下或側(cè)翻時，其輪子和輪殼結(jié)構(gòu)使得機(jī)器人在重力作用下能夠?qū)崿F(xiàn)自動復(fù)位，恢復(fù)能力強(qiáng)；

2.本發(fā)明的小型輪腿式移動機(jī)器人腿部收縮時能夠任意半徑轉(zhuǎn)彎，運動靈活；

3.本發(fā)明的小型輪腿式移動機(jī)器人腿部支出時，具有優(yōu)越的爬坡越障能力。

綜上所述，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，并具有抗傾覆性、自動復(fù)位、運動靈活、爬坡越障能力優(yōu)越的特點，可滿足偵察、救援機(jī)器人運動性能的要求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的小型輪腿式移動機(jī)器人側(cè)剖視圖；

圖2是本發(fā)明的小型輪腿式移動機(jī)器人主視圖；

圖3是本發(fā)明的小型輪腿式移動機(jī)器人主剖視圖；

圖4是本發(fā)明的小型輪腿式移動機(jī)器人俯視圖；

圖5是圖1的B處局部放大圖；

圖6是圖1的C處局部放大圖；

圖7是圖1的D處局部放大圖；

圖8是圖2的E處局部放大圖

圖9是圖2的F處局部放大圖；

圖10是圖3的G處局部放大圖；

圖11是圖3的L處局部放大圖；

圖12是圖3的H處局部放大圖；

圖13是圖3的I處局部放大圖；

圖14是圖4的J處局部放大圖；

圖15是圖4的K處局部放大圖。

圖中：腿-機(jī)體連接件P1、基節(jié)電機(jī)P2、錐齒輪一P3、錐齒輪二P4、錐齒輪三P5、無刷直流電機(jī)P6、錐齒輪四P7、錐齒輪五P8、腿部連桿P9、腿部連接板P10、腿部聯(lián)接架P11、螺栓十七P12、保護(hù)殼二P13、保護(hù)殼一P14、螺栓三P15、電機(jī)端蓋P16、底板P17、螺母一P18、螺母二P19、關(guān)節(jié)基座P21、螺栓五P22、電路板支撐件P23、輪殼P24、輪子P25、螺栓十六P26、橡膠胎P27、周向螺栓P28、電機(jī)外殼P29、靜密封墊圈P30、外圈擋板P31、C形環(huán)P32、軸承一P33、電機(jī)定子P34、軸承二P35、內(nèi)圈擋板P36、諧波減速器P37、螺栓十一P38、軸承三P39、電機(jī)轉(zhuǎn)子P40、電機(jī)軸P41、螺栓十二P42、導(dǎo)線保護(hù)殼P43、尼龍?zhí)譖44、柔輪鎖緊螺母P45、關(guān)節(jié)輸出外殼P46、磁盤固定架P47、螺栓十八P48、板簧壓板P49、螺栓八P50、板簧P51、硅鋼片二P52、螺栓四P53、硅鋼片一P54、螺栓十四P55、板簧端蓋P56、腿部A1、關(guān)節(jié)A2、電路板A3、編碼器A4。

具體實施方式

具體實施方式一：如圖1～圖15所示，本實施方式的小型輪腿式移動機(jī)器人，包括底板P17、電路板A3、電路板支撐件P23、兩個關(guān)節(jié)基座P21、兩個關(guān)節(jié)A2、四個腿部A1、四個腿-機(jī)體連接件P1及兩個輪組；

所述的四個腿-機(jī)體連接件P1均(通過螺栓一)可拆卸固定在底板P17的一側(cè)表面上，每個所述的腿-機(jī)體連接件P1上(通過螺栓二)可拆卸固定有一個腿部A1，所述的四個腿部A1相對于底板P17十字中心線對稱設(shè)置，所述的兩個關(guān)節(jié)基座P21均(通過螺栓三P15、螺母一P18)可拆卸固定在底板P17所述的一側(cè)表面上，所述的兩個關(guān)節(jié)A2和兩個關(guān)節(jié)基座P21一一對應(yīng)設(shè)置，每個關(guān)節(jié)A2與對應(yīng)的關(guān)節(jié)基座P21(通過螺栓四P53)可拆卸固定連接，兩個關(guān)節(jié)A2相對于底板P17的中心對稱設(shè)置，所述的電路板支撐件P23(通過螺栓五P22、螺母二P19)可拆卸固定在底板P17的一側(cè)表面上，所述的電路板A3(通過螺栓六)可拆卸固定在電路板支撐件P23上，所述的兩個輪組與兩個關(guān)節(jié)A2一一對應(yīng)設(shè)置，每個所述的輪組中的輪子P25環(huán)套裝在相對應(yīng)的關(guān)節(jié)A2的關(guān)節(jié)輸出外殼P46的外側(cè)，且輪組中的輪子P25與關(guān)節(jié)A2的關(guān)節(jié)輸出外殼P46(通過螺栓八P50)可拆卸固定連接。

具體實施方式二：如圖1～圖15所示，具體實施方式一所述的小型輪腿式移動機(jī)器人，所述的兩個關(guān)節(jié)A2均包括關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)、外圈擋板P31、靜密封墊圈P30、軸承一P33、內(nèi)圈擋板P36、關(guān)節(jié)輸出外殼P46、諧波減速器P37、柔輪鎖緊螺母P45、尼龍?zhí)譖44、導(dǎo)線保護(hù)殼P43、磁盤固定架P47、電機(jī)端蓋P16、軸承二P35、板簧壓板P49、板簧P51、板簧端蓋P56及編碼器A4；所述的關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)包括電機(jī)外殼P29、C形環(huán)P32、電機(jī)定子P34、電機(jī)轉(zhuǎn)子P40、電機(jī)軸P41及軸承三P39；

所述的電機(jī)定子P34固定安裝在電機(jī)外殼P29內(nèi)，電機(jī)定子P34與電機(jī)外殼P29之間設(shè)置有C形環(huán)P32，所述的C形環(huán)P32(通過周向螺栓P28)可拆卸固定在電機(jī)定子P34的外圓面上，電機(jī)定子P34環(huán)套裝在電機(jī)轉(zhuǎn)子P40上，所述的電機(jī)轉(zhuǎn)子P40(采用膠粘方式)固定套裝在電機(jī)軸P41上，所述的軸承一P33安裝在電機(jī)外殼P29外側(cè)面上，軸承一P33外圈的內(nèi)外兩側(cè)端面分別通過外圈擋板P31及關(guān)節(jié)輸出外殼P46限位，所述的外圈擋板P31與關(guān)節(jié)輸出外殼P46(通過螺栓九)可拆卸固定連接，外圈擋板P31與關(guān)節(jié)輸出外殼P46之間通過靜密封墊圈P30密封；

軸承一P33內(nèi)圈的內(nèi)外兩側(cè)端面分別通過電機(jī)外殼P29及內(nèi)圈擋板P36限位，所述的內(nèi)圈擋板P36內(nèi)側(cè)設(shè)置有諧波減速器P37的剛輪，所述的諧波減速器P37的剛輪與電機(jī)外殼P29的一端(通過螺栓十)可拆卸固定連接，內(nèi)圈擋板P36與諧波減速器P37的剛輪(通過螺栓十一P38)可拆卸固定連接；

諧波減速器P37的柔輪套裝在柔輪鎖緊螺母P45上并位于柔輪鎖緊螺母P45與關(guān)節(jié)輸出外殼P46之間，諧波減速器P37的柔輪與柔輪鎖緊螺母P45及關(guān)節(jié)輸出外殼P46三者(通過螺栓十二P42)可拆卸固定連接，諧波減速器P37的波發(fā)生器(通過螺栓十三)與電機(jī)軸P41可拆卸固定連接，電機(jī)端蓋P16與電機(jī)外殼P29的另一端(通過螺栓十四P55)可拆卸固定連接，電機(jī)軸P41與電機(jī)外殼P29之間設(shè)置有軸承三P39，電機(jī)軸P41與電機(jī)端蓋P16之間設(shè)置有軸承二P35(即電機(jī)軸P41分別通過軸承二P35及軸承三P39徑向限位)，所述的磁盤固定架P47套裝在電機(jī)軸P41外側(cè)，且磁盤固定架P47兩端抵靠在軸承二P35的內(nèi)圈的內(nèi)側(cè)端面以及電機(jī)軸P41外圓周面設(shè)有的限位臺肩上(即電機(jī)軸P41軸向通過軸承三P39及磁盤固定架P47限位)；

所述的板簧端蓋P56與電機(jī)端蓋P16(通過螺栓十五)可拆卸固定連接，所述的板簧P51和板簧壓板P49設(shè)置在板簧端蓋P56與電機(jī)端蓋P16之間，且板簧P51與板簧端蓋P56相鄰設(shè)置，板簧P51通過板簧壓板P49、磁盤固定架P47及電機(jī)軸P41對軸承二P35及軸承三P39進(jìn)行預(yù)緊并軸向限位；所述的編碼器A4設(shè)置在電機(jī)端蓋P16與磁盤固定架P47之間，且編碼器A4與電機(jī)端蓋P16和磁盤固定架P47固接(編碼器A4用于檢測關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)動角度)；所述的導(dǎo)線保護(hù)殼P43設(shè)置在電機(jī)軸P41的中心腔、柔輪鎖緊螺母P45中心孔以及尼龍?zhí)譖44內(nèi)，導(dǎo)線保護(hù)殼P43一端與尼龍?zhí)譖44緊密配合，導(dǎo)線保護(hù)殼P43另一端設(shè)有向外翻的外沿，且導(dǎo)線保護(hù)殼P43的外沿(通過螺栓十八P48)可拆卸固定設(shè)置在板簧端蓋P56外端面設(shè)有的中心凹槽內(nèi)；兩個關(guān)節(jié)A2的板簧端蓋P56相對設(shè)置。

所述的諧波減速器P37由剛輪、柔輪、波發(fā)生器組成。

關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)動作后，電機(jī)轉(zhuǎn)子P40帶動電機(jī)軸P39轉(zhuǎn)動，電機(jī)軸P39通過帶動諧波減速器P37的波發(fā)生器轉(zhuǎn)動，把減速后的運動傳遞給諧波減速器P37的柔輪，諧波減速器P37的柔輪通過柔輪鎖緊螺母P45把運動傳遞給關(guān)節(jié)輸出外殼P46，從而帶動輪組轉(zhuǎn)動。

所述的外圈擋板P31、內(nèi)圈擋板P36、軸承一P33均采用THK集團(tuán)的產(chǎn)品，軸承一P33型號為RA7008，軸承二P35型號為6705，編碼器A4的型號為HD-77，軸承三P39的型號為6707，上述部件均為市場采購件。

具體實施方式三：如圖3及圖12所示，具體實施方式二所述的小型輪腿式移動機(jī)器人，所述的兩個關(guān)節(jié)A2還分別包括有硅鋼片一P54和硅鋼片二P52；所述的電機(jī)外殼P29所述的另一端上固定有硅鋼片二P52，所述的電機(jī)端蓋P16上固定有硅鋼片一P54。目的是為了消除外部磁場對編碼器A4的影響。

具體實施方式四：如圖1、圖5～圖7所示，具體實施方式一所述的小型輪腿式移動機(jī)器人，所述的四個腿部A1均包括無刷直流電機(jī)P6、錐齒輪四P7、錐齒輪五P8、腿部連桿P9、腿部連接板P10、腿部聯(lián)接架P11、兩個基節(jié)電機(jī)P2(為無刷直流電機(jī))、兩個錐齒輪一P3、兩個錐齒輪二P4及四個錐齒輪三P5；

所述的兩個基節(jié)電機(jī)P2并列設(shè)置，每個所述的基節(jié)電機(jī)P2的輸出軸上均固定套裝有一個錐齒輪一P3，每個所述的錐齒輪一P3與相鄰設(shè)置的一個錐齒輪二P4嚙合，所述的四個錐齒輪三P5(外形尺寸相同)相互嚙合并固定套裝在十字軸上，其中兩個相對設(shè)置的錐齒輪三P5與兩個錐齒輪二P4同軸設(shè)置且分別連接，由兩個錐齒輪一P3、兩個錐齒輪二P4及四個錐齒輪三P5組成差動傳動機(jī)構(gòu)；每個腿部A1通過兩個基節(jié)電機(jī)P2驅(qū)動錐齒輪一P3、錐齒輪二P4以及四個錐齒輪三P5轉(zhuǎn)動實現(xiàn)翹曲和外展/內(nèi)收兩個自由度，從而構(gòu)成腿部A1的兩個基關(guān)節(jié)；

所述的錐齒輪四P7固定安裝在無刷直流電機(jī)P6的輸出軸上，所述的錐齒輪五P8與錐齒輪四P7嚙合，錐齒輪五P8固定在腿部連桿P9上；無刷直流電機(jī)P6輸出的運動和力矩經(jīng)錐齒輪四P7、錐齒輪五P8傳遞到腿部連桿P9，從而構(gòu)成腿部A1的第三關(guān)節(jié)；

所述的腿部連桿P9與腿部連接板P10鉸接，所述的腿部連接板P10與腿部聯(lián)接架P11鉸接，由錐齒輪五P8、腿部連桿P9、腿部連接板P10及腿部聯(lián)接架P11構(gòu)成平面四連桿耦合傳動機(jī)構(gòu)，即構(gòu)成第四關(guān)節(jié)(因此無刷直流電機(jī)P6直接驅(qū)動第三關(guān)節(jié)、第四關(guān)節(jié)耦合運動，每個腿部有四個關(guān)節(jié)，三個自由度)。

具體實施方式五：如圖3所示，具體實施方式一所述的小型輪腿式移動機(jī)器人，所述的兩個輪組均包括輪子P25、橡膠胎P27及輪殼P24；所述的橡膠胎P27粘合在輪子P25外圓周面上，所述的輪殼P24與輪子P25外側(cè)面的外邊緣(通過螺栓十六P26)可拆卸固定連接。橡膠胎P27直接作用于地面驅(qū)動機(jī)體前進(jìn)，輪殼P24能在機(jī)器人在拋出執(zhí)行任務(wù)或受到障礙物影響傾覆時與地面接觸進(jìn)行自動復(fù)位。

具體實施方式六：如圖2所示，具體實施方式一所述的小型輪腿式移動機(jī)器人，所述的小型輪腿式移動機(jī)器人還包括保護(hù)殼一P14及四個保護(hù)殼二P13；所述的保護(hù)殼一P14與底板P17的一側(cè)表面(通過螺栓十七P12)可拆卸固定連接，所述的保護(hù)殼一P14與四個腿部A1相對應(yīng)位置均設(shè)置有開口，每個所述的開口處設(shè)置有一個保護(hù)殼二P13，每個所述的保護(hù)殼二P13與保護(hù)殼一P14(通過螺栓十七P12)可拆卸固定連接。

保護(hù)殼一P14用于機(jī)器人內(nèi)部和外部的隔離，對內(nèi)部電路板A3進(jìn)行防護(hù)。

電路板A3用于信號的處理和所有電機(jī)的驅(qū)動。

工作原理：如圖1～圖4所示，機(jī)器人通過關(guān)節(jié)傳動和腿部運動結(jié)合實現(xiàn)兩種運動狀態(tài)。腿部A1收縮(腿部A1收縮到保護(hù)殼一P14)時，機(jī)器人通過關(guān)節(jié)A2轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的機(jī)體的重力偏心力矩驅(qū)動機(jī)器人運動；腿部A1支出時，通過腿部A1運動與關(guān)節(jié)A2驅(qū)動輪子P25的組合作用使機(jī)器人擁有更優(yōu)越的爬坡越障能力。對于關(guān)節(jié)A2傳動，電機(jī)軸P39通過帶動諧波減速器P37的波發(fā)生器轉(zhuǎn)動，把減速后的運動傳遞給諧波減速器P37的柔輪，諧波減速器P37的柔輪通過柔輪鎖緊螺母P45把運動傳遞給關(guān)節(jié)輸出外殼P46。對于腿部A1的運動，兩個基節(jié)電機(jī)P2驅(qū)動錐齒輪一P3、錐齒輪二P4，通過四個相同的錐齒輪三P5相互嚙合及十字軸組成差動傳動機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)翹曲和外展/內(nèi)收兩個自由度；無刷直流電機(jī)P6輸出的運動和力矩經(jīng)錐齒輪四P7、錐齒輪五P8傳遞到腿部連桿P9，從而實現(xiàn)第三關(guān)節(jié)的驅(qū)動，通過錐齒輪五P8、腿部連桿P9、腿部連接板P10、腿部聯(lián)接架P11構(gòu)成平面四連桿耦合傳動機(jī)構(gòu)，從而實現(xiàn)第四關(guān)節(jié)的驅(qū)動。

兩個關(guān)節(jié)A2開始轉(zhuǎn)動時，由于地面阻力的存在，輪子P25并未轉(zhuǎn)動，直至機(jī)體重心偏離豎直位置一定角度，在重力的作用下產(chǎn)生重力偏心力矩，驅(qū)動輪子P25轉(zhuǎn)動。

通過控制兩個關(guān)節(jié)A2的轉(zhuǎn)速，就可以達(dá)到控制機(jī)器人運動軌跡的目的。這種狀態(tài)下，機(jī)器人的驅(qū)動力矩受最大重力偏心距限制，爬坡和越障能力較差。

腿部A1伸到輪子P25外部時，腿部A1與地面接觸限制了機(jī)器人機(jī)體發(fā)生自旋轉(zhuǎn)，關(guān)節(jié)A2的驅(qū)動力矩可直接作用在輪子P25上，驅(qū)動機(jī)器人運動，并且關(guān)節(jié)A2的驅(qū)動力矩可以完全發(fā)揮，使機(jī)器人擁有更優(yōu)越的爬坡能力；同時腿部A1的組合運動可以直接抬升機(jī)器人整體脫離地面一定高度，通過與關(guān)節(jié)A2驅(qū)動輪子P25的組合作用使機(jī)器人擁有更優(yōu)越的越障能力。

如圖3及圖12所示，機(jī)器人的重心偏離中心軸線N一段距離，在輪殼P24邊緣法線外，所以機(jī)器人在拋出執(zhí)行任務(wù)或受到障礙物影響傾覆時，腿部A1收縮，當(dāng)輪殼P24與地面接觸時，重心在接觸點外側(cè)偏移一段距離，在重力和接觸點正壓力作用下產(chǎn)生向外的偏轉(zhuǎn)力矩，驅(qū)動機(jī)器人復(fù)位。