本發(fā)明屬于機器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種輪腿復(fù)合移動機器人。

背景技術(shù)：

腿式機器人的優(yōu)點是不僅能在平坦地面上行走而且可以在崎嶇地面上步行，可跨越溝壑，上下臺階，還可做無滑動的完整和單向運動，并為其上的傳感器提供穩(wěn)定的動態(tài)平臺，因此具有廣泛的適用性，但其存在缺點，即較難實現(xiàn)其穩(wěn)定步態(tài)規(guī)劃和穩(wěn)定平衡控制，運動速度與能量的利用效率較低，另外，腿式機器人一般較重，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。輪式機器人優(yōu)點是，自動操作簡單，動作穩(wěn)定，特別適合在平坦的地面上運動，有更大的運動速度和能量利用效率，是目前廣泛使用的一類機器人。但是與腿式機器人相比，其對地形的適應(yīng)性較差，很難做到跨越高度和爬樓梯。

隨著社會的不斷發(fā)展，為解決復(fù)雜的路面行走問題，設(shè)計了方便、快速的輪腿變換的機器人，集成了輪式機器人和腿式機器人各自的優(yōu)點，同時，也彌補了輪式機器人和腿式機器人各自的缺點，具有各取所長，相互彌補的特點。申請?zhí)枮?00810056851.2的中國專利申請公布了一種輪腿兩用式移動機器人，該機器人采用輪腿結(jié)合運動模式，包括機體，機體兩側(cè)對稱安裝有四條結(jié)構(gòu)相同的具有輪、足兩用功能的腿，每條腿包括大腿和小腿，大腿的兩端位于大腿內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動裝配有兩個大輪，位于機器人內(nèi)部的大輪通過傳動軸連接，傳動軸與動力源連接，每條腿上位于機器人外部的大輪上轉(zhuǎn)動裝配有小腿，小腿的末端轉(zhuǎn)動裝配有小輪，小輪上設(shè)置有用于控制小輪從動或止轉(zhuǎn)的電磁抱閘。該機器人通過傳動軸上的離合器進行輪腿模式切換，上述大輪和小輪均繞腿徑向延伸的各自對應(yīng)的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。在切換為腿式工作時，大腿與機體保持一定角度，然后小腿繞軸旋轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)機器人的行走，這種輪腿復(fù)合機器人結(jié)構(gòu)大多是將輪與腿結(jié)合在一起的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，并無明顯的“輪”運動形式和“腿”運動形式的區(qū)分，其適應(yīng)地形的特性也大多是為了使機器人可以越障，而非使機器人通過使用不同的運動形式而發(fā)揮出每種運動形式最大的優(yōu)勢。所以，這種輪腿復(fù)合機器人在遇到故障時很容易因為結(jié)構(gòu)的限制而使兩種運動模式均處于癱瘓狀態(tài)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有輪腿復(fù)合機器人技術(shù)的不足之處，提供一種輪或腿兩種獨立運動且可相互切換的輪腿復(fù)合移動機器人。

本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為：針對現(xiàn)有技術(shù)中輪腿復(fù)合移動機器人設(shè)計為串聯(lián)式結(jié)構(gòu)可能帶來并無輪或腿獨立運動明顯區(qū)分而造成適應(yīng)性差的問題，設(shè)計了一種具有并聯(lián)結(jié)構(gòu)和并聯(lián)控制電路系統(tǒng)的輪腿復(fù)合移動機器人。他可以令機器人切換兩種不同的輪或腿獨立運動模式，每種運動模式適應(yīng)特定的地形，以便機器人可以發(fā)揮每種運動模式最大的優(yōu)勢。其次，為使機器人可以勝任載具與移動平臺的功能，開發(fā)出可以拓展功能的嵌入式系統(tǒng)，增加了計算機云臺與機械手作為擴展結(jié)構(gòu)并開發(fā)出相應(yīng)的控制系統(tǒng)，增強機器人的實用性。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種輪腿復(fù)合移動機器人，其包括機體、獨立安裝在機體上的多個機械腿和輪部、給機械腿和輪部提供動力的電源系統(tǒng)、控制機械腿與輪部相互切換和控制兩者行動的操控裝置，以及安裝在機體上的外殼；機體包括上層板支架，下層板支架，連接上、下層板支架的連接架。電源系統(tǒng)安裝在上層板支架上，多個機械腿分布安裝在上層板支架的邊緣處，多個輪部分布安裝在連接架的周圍，每個機械腿上安裝至少三個機械爪，每個機械爪的自由端能夠獨立朝機體的中心線靠近或遠(yuǎn)離，相互協(xié)作完成抓取球狀或不規(guī)則物體。處于機器人尾部的上層板支架的一側(cè)安裝有電力操作平臺，用以控制機器人的電力供應(yīng)和安全保護。機器人安裝的拓展組件為計算機云臺，該計算機云臺安裝有外殼，計算機云臺安裝在上層板支架支架上。計算機云臺內(nèi)裝有遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)和圖像采集系統(tǒng)組件；所述的輪部包括直流電機、聯(lián)軸器、電機座、輪軸和萬向輪，輪部安裝在下層板支架上。為了減輕萬向輪在地面上轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的震動，在輪部模塊與機器人上層板支架之間裝有彈簧減震器和減震器安裝架構(gòu)成的減震結(jié)構(gòu)。

每一條機械腿都具有三個轉(zhuǎn)動副，也即三個自由度，這三個轉(zhuǎn)動副充當(dāng)了機械腿的關(guān)節(jié)。根據(jù)昆蟲的機械腿結(jié)構(gòu)進行仿生設(shè)計，與機身最近的部位是機械腿安裝架，也是機械腿與機身的連接處。然后是關(guān)節(jié)連接件、股骨連接件以及脛部連接架，最后是足尖，機械腿的每一個關(guān)節(jié)都由舵機驅(qū)動。在機器人處于輪式運動模式時，六條機械腿離地收緊，當(dāng)機器人處于“腿”運動模式時，六足支撐起機器人步行。機器人的足尖是重要的傳感零件，其中有壓力傳感器，通過力的反饋，機器人可以調(diào)整步態(tài)和位姿達(dá)到適應(yīng)地形保持平衡的效果。計算機云臺具有三個自由度，其主要由數(shù)個連接件和三個舵機構(gòu)成，其上安有大燈，可以保證夜間或陰暗處機器人的圖像采集。此外，云臺上還可以搭載圖像采集系統(tǒng)，其具有的陀螺儀可以保證圖像采集的穩(wěn)定性。云臺上還具備無線傳輸系統(tǒng)，可以遠(yuǎn)程接收信號。機器人的電力由鋰電池供應(yīng)，安裝在上層板支架上的電力平臺還安裝有電壓表、總物理開關(guān)、輪腿復(fù)合運動系統(tǒng)各物理開關(guān)和輪腿復(fù)合運動系統(tǒng)各繼電器裝置等電子器件。

優(yōu)選的，所述的上層板支架或下層板支架包括主體部、自主體部側(cè)壁朝外延伸形成的延伸部和自主體部頂端設(shè)置有連接部，延伸部為板狀體，每個延伸部上設(shè)置容置方孔和圓孔，且容置方孔位于圓孔的上方，容置方孔和圓孔用于組裝機械爪用插孔，連接部上設(shè)置多個圓孔，圓孔中穿置螺栓后和機械臂連接組裝為一體。

優(yōu)選的，所述的機械爪包括舵機、主動搖桿、從動搖桿和彎曲件，彎曲件的連接端設(shè)置可插接的圓孔，舵機固定安裝在容置方孔中，主動搖桿的一端安裝在舵機的轉(zhuǎn)軸上，主動搖桿的另一端和彎曲件的連接端通過轉(zhuǎn)軸連接，從動搖桿的一端通過轉(zhuǎn)軸連接，從動搖桿的另一端和彎曲件的連接端通過轉(zhuǎn)軸連接。每個機械爪的自由端能夠獨立朝支架的中心線靠近或遠(yuǎn)離，多個機械爪的自由端朝支架的中心線靠近相互協(xié)作完成抓取球狀或不規(guī)則物體，從而提高了抓取的成功率。

優(yōu)選的，為了恰好抓緊物體而不至于損壞物體的外表面或結(jié)構(gòu)，彎曲件內(nèi)側(cè)設(shè)置凹槽，在凹槽安裝壓力傳感器，該壓力傳感器和舵機電信號連接，壓力傳感器和對應(yīng)電信號連接的舵機安裝在同一個機械爪上。

優(yōu)選的，上述機械爪還包括保護殼，保護殼安裝在支架的延伸部上，舵機、主動搖桿和從動搖桿連接在延伸部的端部收容在保護殼中。

優(yōu)選的，上述能夠靈活抓取球狀或不規(guī)則物體的多功能機械爪還包括轉(zhuǎn)動機構(gòu)，轉(zhuǎn)動機構(gòu)安裝于支架上，轉(zhuǎn)動機構(gòu)能夠使支架繞著轉(zhuǎn)動機構(gòu)的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明的技術(shù)方案首先保證了機器人可以最大程度利用機械腿和輪部兩種不同的運動形式適應(yīng)各種地形環(huán)境，通過并聯(lián)的控制系統(tǒng)使機器人可以快速、安全的切換不同的運動模式。

2、本發(fā)明通過增強機器人結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)的擴展性，機器人可以搭載各種所需要的中小型設(shè)備，利用優(yōu)異的運動性能使機器人不單純是一個移動平臺，還具有針對性專業(yè)工作能力。

3、本發(fā)明包括上層板支架、下層板支架和每個機械腿至少三個機械爪，上述多個機械爪分別安裝在支架的周側(cè)，每個機械爪的自由端能夠獨立朝支架的中心線靠近或遠(yuǎn)離，多個機械爪的自由端朝支架的中心線靠近相互協(xié)作完成抓取球狀或不規(guī)則物體，從而提高了抓取的成功率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的支架及主要零部件結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明上層板支架，下層板支架，連接上、下層板支架的連接架結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明舵機連接支架、操控平臺支架結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明輪部機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明機械爪結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明電氣電路原理圖。

圖中：機體1、機械腿2、機械臂3、機械爪4、計算機云臺外殼5、操控平臺6、上層板支架7、輪部8、彈簧減震器9、機械臂安裝架10、機械腿安裝架11、機械腿舵機12、機械腿關(guān)節(jié)連接件13、足尖14、脛部關(guān)節(jié)連接件15、股骨關(guān)節(jié)連接件16、計算機云臺裝置17、電源系統(tǒng)18、電源平臺支架19、下層板支架20、上下板支架連接架21、減震器安裝架22、照明燈23、云臺舵機連接架24、舵機支架25、操控平臺支架26、直流電機27、計算機云臺擋圈28、聯(lián)軸器29、電機座30、輪軸31、保護殼32、轉(zhuǎn)動機構(gòu)33、主動搖桿34、從動搖桿35、彎曲件36、機械爪舵機37、總電壓表38、總繼電器39、總開關(guān)40、穩(wěn)壓電源41、控制器電源42、計算機云臺電源43、云臺與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)44、主控制板45、控制器開關(guān)46、控制器繼電器47、電機控制器48、機械腿系統(tǒng)電源49、機械腿系統(tǒng)電源繼電器50、萬向輪控制器51、舵機控制器52、機械腿系統(tǒng)電源電壓表53、機械腿控制器54。

具體實施方式

本發(fā)明的具體實施方式結(jié)合附圖作進一步說明。

參閱圖1至圖6，一種輪腿復(fù)合移動機器人，該其包括機體1、獨立安裝在機體上的多個機械腿2和輪部8、給機械腿2和輪部8提供動力的電源系統(tǒng)18、控制機械腿與輪部相互切換和控制兩者行動的操控裝置6以及安裝在機體上的外殼；機體1包括上層板支架7，下層板支架20，連接上、下層板支架的連接架21。電源系統(tǒng)18安裝在上層板支架7上，多個機械腿2分布安裝在上層板支架7的邊緣處，多個輪部分布安裝在連接架21的周圍，輪部中的行走輪為萬向輪。每個機械腿上安裝至少三個機械爪4，每個機械爪的自由端能夠獨立朝機體的中心線靠近或遠(yuǎn)離，相互協(xié)作完成抓取球狀或不規(guī)則物體。處于機器人尾部的上層板支架7的一側(cè)安裝有電力操作平臺19，用以控制機器人的電力供應(yīng)和安全保護。機器人安裝的拓展組件為計算機云臺裝置17，該云臺裝置17上安裝有外殼5，計算機云臺裝置17安裝在上層板支架7上。計算機云臺裝置17內(nèi)裝有遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)和圖像采集系統(tǒng)組件；所述的輪部包括直流電機27、聯(lián)軸器29、電機座與軸承座30、輪軸31和萬向輪，萬向輪通過輪軸31和聯(lián)軸器29相連，輪部系統(tǒng)安裝在下層板支架20上，電機座30安裝在聯(lián)軸器29上。為了減輕萬向輪在地面上轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的震動，在輪部與機器人上層板支架7之間裝有彈簧減震器9和減震器安裝架22構(gòu)成的減震結(jié)構(gòu)。

本機器人的機械腿2為六條，每一條機械腿都具有三個轉(zhuǎn)動副，也即三個自由度，這三個轉(zhuǎn)動副充當(dāng)了機械腿的關(guān)節(jié)。該機械腿結(jié)構(gòu)是根據(jù)昆蟲的腿進行仿生設(shè)計，與機體1最近的部位是機械腿安裝架11，也是機械腿與機體的連接處。然后是機械腿關(guān)節(jié)連接件13、股骨關(guān)節(jié)連接件16以及脛部關(guān)節(jié)連接架15，最后是足尖14，機械腿的每一個關(guān)節(jié)都由舵機驅(qū)動。在機器人處于輪式運動模式時，六條機械腿離地收緊，當(dāng)機器人處于“腿”運動模式時，六足支撐起機器人步行。機器人的足尖14是重要的傳感零件，其中有壓力傳感器，通過力的反饋，機器人可以調(diào)整步態(tài)和位姿達(dá)到適應(yīng)地形保持平衡的效果。計算機云臺17具有三個自由度，主要由連接件和舵機構(gòu)成，其上安有照明燈23，可以保證夜間或陰暗處機器人的圖像采集。此外，云臺上還可以搭載圖像采集系統(tǒng)，其具有的陀螺儀可以保證圖像采集的穩(wěn)定性。云臺上還具備無線傳輸系統(tǒng)，可以遠(yuǎn)程接收信號。機器人的電力由鋰電池供應(yīng)，安裝在上層板支架7上的電力平臺上還安裝有總電壓表38、總開關(guān)40、輪腿復(fù)合運動系統(tǒng)各開關(guān)和輪腿復(fù)合運動系統(tǒng)各繼電器裝置等電子器件。

優(yōu)選的，所述的上層板支架7或下層板支架20包括主體部、自主體部側(cè)壁朝外延伸形成的延伸部和自主體部頂端設(shè)置有連接部，延伸部為板狀體，每個延伸部上設(shè)置容置方孔和圓孔，且容置方孔位于圓孔的上方，容置方孔和圓孔用于組裝機械爪用插孔，連接部上設(shè)置多個圓孔，圓孔中穿置螺栓后和機械臂3連接組裝為一體。

優(yōu)選的，所述的機械爪4包括機械爪舵機37、主動搖桿34、從動搖桿35和彎曲件36，彎曲件的連接端設(shè)置可插接的圓孔，機械爪舵機37固定安裝在容置方孔中，主動搖桿34的一端安裝在機械爪舵機37的轉(zhuǎn)軸上，主動搖桿的另一端和彎曲件36的連接端通過轉(zhuǎn)軸連接，從動搖桿35的一端通過轉(zhuǎn)軸連接，從動搖桿的另一端和彎曲件的連接端通過轉(zhuǎn)軸連接。每個機械爪的自由端能夠獨立朝支架的中心線靠近或遠(yuǎn)離，多個機械爪的自由端朝支架的中心線靠近相互協(xié)作完成抓取球狀或不規(guī)則物體，從而提高了抓取的成功率。

優(yōu)選的，為了恰好抓緊物體而不至于損壞物體的外表面或結(jié)構(gòu)，彎曲件36內(nèi)側(cè)設(shè)置凹槽，在凹槽內(nèi)安裝壓力傳感器，該壓力傳感器和舵機電信號連接，壓力傳感器和對應(yīng)電信號連接的舵機安裝在同一個機械爪上。

優(yōu)選的，上述機械爪還包括保護殼32，保護殼32安裝在支架的延伸部上，機械爪舵機、主動搖桿和從動搖桿連接在延伸部的端部收容在保護殼32中。

優(yōu)選的，上述能夠靈活抓取球狀或不規(guī)則物體的多功能機械爪還包括轉(zhuǎn)動機構(gòu)33，轉(zhuǎn)動機構(gòu)33與脛部關(guān)節(jié)連接件15相連接，轉(zhuǎn)動機構(gòu)33能夠使脛部關(guān)節(jié)連接件15繞著轉(zhuǎn)動機構(gòu)33的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。

如圖7所示，本發(fā)明的主要電器元件包括總電壓表38、總繼電器39、總開關(guān)40、總穩(wěn)壓電源41，總繼電器39通過總開關(guān)40與總穩(wěn)壓電源41連通，總電壓表38與總開關(guān)呈并聯(lián)連接關(guān)系。總繼電器39和總穩(wěn)壓電源41分別與控制器電源42、計算機云臺電源43、云臺與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)44、主控制板45、控制器開關(guān)46、控制器繼電器47、電機控制器48、機械腿系統(tǒng)電源49、機械腿系統(tǒng)電源繼電器50、萬向輪控制器51、舵機控制器52、機械腿系統(tǒng)電源電壓表53、機械腿控制器54相連通，形成電氣回路。其中，主控制板45、萬向輪控制器51和舵機控制器52呈并聯(lián)連接關(guān)系。