一种轮腿式机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种轮腿式机器人。

背景技术

目前常见的地面机器人大致可分为腿足式机器人和轮式机器人两种。轮式机器人能源利用效率高，移动速度快，稳定能力强，结构简单，但是只适用于路面较好的平地，受地形的影响大，当其遇到一定高度的障碍物时就无法通过；而腿足式机器人的越障能力强，可以适应各种各样的地形，灵活性及适应性强，但腿足式机器人的移动速度慢，结构复杂，能源的利用率较低。近年来出现了将这两种形式的机器人结合起来的轮腿式机器人，不仅具有超强的地形适应能力，同时还能大大提高机器人的续航能力。但是由于存在轮腿的结合，在地面状况不佳，如地面不平时，其驱动机器人移动的稳定性及速度都会受到地面的影响而降低。

发明内容

为克服现有技术中的不足，本申请提供一种轮腿式机器人。

本申请提供的一种轮腿式机器人，包括胸腔本体、对称设于所述胸腔本体两侧的两个腿部组件及设于所述腿部组件上的驱动轮组件，所述腿部组件包括大腿连杆、小腿连杆、储能弹簧、辅助连杆、辅助滚轮及腿部驱动件，所述腿部驱动件设于所述胸腔本体，所述大腿连杆一端设于所述腿部驱动件的驱动端，另一端与所述小腿连杆转动连接，所述小腿连杆远离所述大腿连杆的一端设置所述驱动轮组件，所述储能弹簧连接所述大腿连杆与所述小腿连杆，所述辅助连杆一端转动连接于所述胸腔本体上，另一端与所述小腿连杆靠近所述大腿连杆的一端转动连接，所述辅助滚轮设于所述小腿连杆远离所述驱动轮组件的一端。

在一种可能的实施方式中，所述驱动轮组件包括滚动驱动件、法兰及滚轮，所述滚动驱动件设于所述小腿连杆远离所述大腿连杆的一端，所述法兰设于所述滚动驱动件的驱动端，所述滚轮套设于所述法兰外。

在一种可能的实施方式中，所述法兰包括滚轮转接法兰及压边法兰，所述滚轮转接法兰设于所述滚动驱动件的驱动端，所述滚轮套设于所述滚轮转接法兰外，所述压边法兰设于所述滚轮转接法兰远离所述滚动驱动件的一侧，且抵持所述滚轮。

在一种可能的实施方式中，所述轮腿式机器人还包括飞轮组件，所述飞轮组件设于所述胸腔本体内。

在一种可能的实施方式中，所述飞轮组件包括飞轮主体、飞轮驱动件、飞轮转轴及飞轮连接件，所述飞轮驱动件与所述飞轮主体连接，所述飞轮主体一侧通过所述飞轮转轴与所述胸腔本体转动连接，所述飞轮驱动件背离所述飞轮主体的一侧通过所述飞轮连接件与所述胸腔本体连接。

在一种可能的实施方式中，所述轮腿式机器人还包括电池，所述电池设于所述飞轮主体上。

在一种可能的实施方式中，所述轮腿式机器人还包括控制板，所述飞轮组件还包括导电滑环，所述导电滑环套设于所述飞轮转轴外，所述电池与所述飞轮驱动件通过所述导电滑环与所述控制板电性连接。

在一种可能的实施方式中，所述轮腿式机器人还包括惯性导航模块。

在一种可能的实施方式中，所述轮腿式机器人还包括视觉识别模块，所述视觉识别模块设于所述胸腔本体的前端。

在一种可能的实施方式中，所述轮腿式机器人还包括储物盘，所述储物盘设于所述胸腔本体的顶部。

相比现有技术，本申请的有益效果：

本申请的轮腿式机器人，通过所述腿部驱动件设于所述胸腔本体，所述大腿连杆一端设于所述腿部驱动件的驱动端，另一端与所述小腿连杆转动连接，所述小腿连杆远离所述大腿连杆的一端设置所述驱动轮组件，所述储能弹簧一端连接于所述大腿连杆上，另一端连接于所述小腿连杆上，所述辅助连杆一端转动连接于所述胸腔本体上，另一端与所述小腿连杆转动连接，所述辅助滚轮设于所述小腿连杆远离所述驱动轮组件的一端。在驱动其进行轮式移动时，若由于路面问题如地面不平，导致移动不稳定及速度降低时，可通过腿部驱动件使小腿连杆远离驱动轮组件一端的辅助滚轮触地，变形成四轮移动，既可降低轮腿式机器人的重心高度，又可使其底盘接触面积增大，使其在不平的路面上快速移动，从而提高轮腿式机器人移动的速度和整体的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本申请一实施例提供的一种轮腿式机器人的结构示意图；

图2示出了图1所述轮腿式机器人的腿部组件的结构示意图；

图3示出了图2所述腿部组件的分解示意图；

图4示出了图1所述轮腿式机器人的驱动轮组件的结构示意图；

图5示出了图1所述轮腿式机器人的胸腔本体的结构示意图；

图6示出了图5所述胸腔本体的侧视图；

图7示出了图5所述胸腔本体的剖视图；

图8示出了图5所述胸腔本体的另一视角的剖视图；

图9示出了图1所述轮腿式机器人的飞轮组件的结构示意图；

图10示出了图9所述飞轮组件的另一视角的结构示意图；

图11示出了图9所述飞轮组件的侧视图。

主要元件符号说明：

100-轮腿式机器人；10-胸腔本体；11-前壳；12-后壳；13-下壳；131-硬开关；14-侧板；15-提手；20-腿部组件；21-大腿连杆；22-小腿连杆；23-储能弹簧；24-辅助连杆；25-辅助滚轮；26-腿部驱动件；30-驱动轮组件；31-滚动驱动件；32-法兰；321-滚轮转接法兰；3211-限位部；322-压边法兰；33-滚轮；34-转接件；40-飞轮组件；41-飞轮主体；42-飞轮驱动件；43-飞轮转轴；44-飞轮连接件；45-电池盖板；46-导电滑环；47-飞轮轴承；50-电池；60-控制板；70-惯性导航模块；71-急停开关；80-视觉识别模块；90-储物盘。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例一

请参阅图1，本申请一实施例提供一种轮腿式机器人100。所述轮腿式机器人100结合了腿足式机器人和轮式机器人的优点，可在平坦路面采用轮式移动，移动速度快，稳定能力强；在地面状况不佳时，可采用四轮移动，提高轮式移动的稳定性及速度；在遇到障碍物时，可以利用腿足式的腿部收缩跳跃，从而越过障碍物。所述轮腿式机器人100的越障能力强，能源效率高。

所述轮腿式机器人100包括胸腔本体10、两个腿部组件20及两个驱动轮组件30。所述两个腿部组件20对称设于所述胸腔本体10的两侧。所述驱动轮组件30设于相应的所述腿部组件20上，且位于远离所述胸腔本体10的一端。两个腿部组件20用于实现腿足式驱动，以越过障碍物。所述驱动轮组件30用于实现轮式驱动。

所述腿部组件20采用双摇杆结构进行传动，以简化腿部结构。通过优化连杆的参数，使连杆末端的工作空间轨迹为一条直线，因此能够将轮腿式机器人100的跳跃运动和前进运动进行解耦。

请同时参阅图2及图3，所述腿部组件20包括大腿连杆21、小腿连杆22、储能弹簧23、辅助连杆24、辅助滚轮25及腿部驱动件26。所述腿部驱动件26设于所述胸腔本体10中，且两个腿部驱动件26的驱动端分别从所述胸腔本体10的两侧伸出。所述大腿连杆21一端设于所述腿部驱动件26的驱动端，另一端与所述小腿连杆22转动连接。所述小腿连杆22远离所述大腿连杆21的一端设置所述驱动轮组件30。所述储能弹簧23一端连接于所述大腿连杆21上，另一端连接于所述小腿连杆22上。所述辅助连杆24一端转动连接于所述胸腔本体10上，另一端与所述小腿连杆22靠近所述大腿连杆21的一端转动连接。所述辅助滚轮25设于所述小腿连杆22远离所述驱动轮组件30的一端，即所述辅助连杆24与所述小腿连杆22转动连接的一端。

所述腿部驱动件26能够驱动所述大腿连杆21转动，从而在大腿连杆21、小腿连杆22及辅助连杆24的配合作用下，将腿部组件20收缩，并使储能弹簧23积蓄势能，以供跳跃，使轮腿式机器人100越过障碍物。

所述腿部驱动件26还能够驱动所述大腿连杆21转动，从而在大腿连杆21、小腿连杆22及辅助连杆24的配合作用下，使小腿连杆22靠近所述大腿连杆21一端的辅助滚轮25触地，从而使轮腿式机器人100变形成四轮差速移动机器人，其中所述小腿连杆22远离所述大腿连杆21一端的两个所述驱动轮组件30为驱动件，两个辅助滚轮25为配合轮。四轮移动时，所述轮腿式机器人100的重心高度低，底盘与地面的接触面积增大，因此可在不平的路面上快速移动。

在一些实施例中，所述储能弹簧23为扭簧，其主体套设于所述大腿连杆21与所述小腿连杆22转动连接的转轴上，以提高储能弹簧23在腿部组件20活动时的稳定性。

请参阅图4，所述驱动轮组件30包括滚动驱动件31、法兰32及滚轮33。所述滚动驱动件31设于所述小腿连杆22远离所述大腿连杆21的一端。所述法兰32设于所述滚动驱动件31的驱动端。所述滚轮33套设于所述法兰32外。所述滚动驱动件31能够驱动所述法兰32转动，从而使滚轮33转动，实现轮式移动。

所述法兰32包括滚轮转接法兰321及压边法兰322。所述滚轮转接法兰321设于所述滚动驱动件31的驱动端。所述滚轮转接法兰321靠近所述滚动驱动件31的一侧向远离滚动驱动件31的驱动轴的方向延伸，形成限位部3211。所述滚轮33套设于所述滚轮转接法兰321外，且位于限位部3211远离滚动驱动件31的一侧。所述压边法兰322设于所述滚轮转接法兰321远离所述滚动驱动件31的一侧，且其直径与所述限位部3211相同，以从滚轮转接法兰321远离滚动驱动件31的一侧抵持所述滚轮33。

在一些实施例中，所述滚轮33为蜂窝橡胶轮胎。

在一些实施例中，所述驱动轮组件30还包括转接件34。所述转接件34设于所述小腿连杆22远离所述大腿连杆21的一端，且位于所述小腿连杆22背离另一所述小腿连杆22的一侧。所述滚动驱动件31设于所述转接件34上。

请同时参阅图5至图11，在一些实施例中，所述轮腿式机器人100还包括飞轮组件40。所述飞轮组件40设于所述胸腔本体10内。所述飞轮组件40用于给轮腿式机器人100提供前进越障及跳跃的惯性。所述轮腿式机器人100在遇到小的障碍物时，可利用飞轮组件40的惯性，直接从障碍物上面压过去。而在遇到较高的障碍物时，可以利用腿部组件20驱动腿部收缩跳跃从而越过障碍物。

请同时参阅图5及图7，所述胸腔本体10包括前壳11、后壳12、下壳13及两个侧板14。所述前壳11、后壳12、下壳13及两个侧板14围成一腔体。所述腿部驱动件26设于所述腔体中，且驱动端分别从两个侧板14伸出。所述飞轮组件40设于所述两个侧板14之间。

请参阅图9，所述飞轮组件40包括飞轮主体41、飞轮驱动件42、飞轮转轴43及飞轮连接件44。所述飞轮驱动件42与所述飞轮主体41连接。所述飞轮主体41一侧通过所述飞轮转轴43与所述胸腔本体10的一个侧板14转动连接，所述飞轮驱动件42背离所述飞轮主体41的一侧通过所述飞轮连接件44与所述胸腔本体10的另一侧板14连接。

在一些实施例中，所述轮腿式机器人100还包括电池50。所述电池50设于所述飞轮主体41上。

具体的，请参阅图10，所述飞轮组件40还包括电池盖板45。所述飞轮主体41大致为一侧开口的圆盒状。所述飞轮驱动件42设于所述飞轮主体41内，且位于所述飞轮主体41的圆心处。

请参阅图11，本实施例中，所述电池50及电池盖板45均为两个，所述电池50设于所述飞轮主体41内，且对称设于所述飞轮驱动件42的两侧。所述电池盖板45设于所述电池50远离所述飞轮主体41的一侧，且与所述飞轮主体41连接。所述电池盖板45与所述飞轮主体41相互配合，以将上述电池50封装于所述飞轮主体41内。所述电池50可随飞轮主体41一起转动，可以利用电池50的重量来增加飞轮组件40的惯性，从而减轻飞轮组件40和整机的重量。但不限于此，在其他实施例中，所述电池50及电池盖板45的数量可根据续航等因素进行调整。

在一些实施例中，请参阅图8，所述轮腿式机器人100还包括控制板60。所述飞轮组件40还包括导电滑环46。所述导电滑环46套设于所述飞轮转轴43外。所述电池50与所述飞轮驱动件42通过所述导电滑环46与所述控制板60电性连接，通过导电滑环46的使用，将飞轮主体41的旋转运动进行分离，防止飞轮转动引起线缆的缠绕。

具体的，所述飞轮主体41内的电池50的电源线和信号线通过导电滑环46的转子输入，通过导电滑环46的定子输出与控制板60连接。

所述飞轮组件40还包括飞轮轴承47。所述飞轮轴承47设于所述侧板14上。所述飞轮转轴43远离所述飞轮主体41的一端转动设于所述飞轮轴承47中。

所述飞轮连接件44一侧设置所述飞轮驱动件42，所述飞轮连接件44的另一侧通过螺丝等与侧板14固定连接。

在一些实施例中，所述轮腿式机器人100还包括惯性导航模块70。所述惯性导航模块70设于所述飞轮连接件44上，且与所述控制板60电连接。所述惯性导航模块70为惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，IMU)，通过测量物体三轴角速度和加速度的设备进行惯性的测量。

具体的，本实施例中，所述惯性导航模块70上还安装有急停开关71及软开关。

在一些实施例中，所述轮腿式机器人100还包括视觉识别模块80，所述视觉识别模块80设于所述胸腔本体10的前端，且与所述控制板60电连接。所述视觉识别模块80用于识别所述轮腿式机器人100前进方向上的物体。

具体的，所述视觉识别模块80设于所述前壳11上。

本实施例中，所述视觉识别模块80采用RGBD传感器。

在一些实施例中，所述轮腿式机器人100还包括储物盘90。所述储物盘90设于所述胸腔本体10的顶部。所述储物盘90用于存放物品。

具体的，所述储物盘90设于所述后壳12背离下壳13的一侧。

在一些实施例中，所述胸腔本体10还包括提手15。所述提手15转动设于所述后壳12上。所述提手15用于轮腿式机器人100的搬运或吊装。

本实施例中，所述腿部驱动件26、所述滚动驱动件31及所述飞轮驱动件42均为伺服舵机，但不限于此。

在一些实施例中，所述轮腿式机器人100的胸腔本体10上可以安装机械臂等执行单元，以进行移动抓取操作或其他操作。

在一些实施例中，请参阅图6，所述胸腔本体10的下壳13上还可设置硬开关131。所述硬开关131用于切断所述轮腿式机器人100的电源。

本申请的轮腿式机器人100通过在腿部组件20中设置辅助滚轮25，提出了一种可以适应于各种地形的轮腿式移动机器人，在平坦路面上，采用驱动轮组件30进行移动，移动速度快，稳定能力强；在路面不平如在草地，石子路面上时，可通过腿部驱动件26使小腿连杆22远离驱动轮组件30一端的辅助滚轮25触地，变形成四轮移动，既可降低轮腿式机器人100的重心高度，又可使其底盘接触面积增大，使其在不平的路面上快速移动，从而提高轮腿式机器人100移动的速度和整体的稳定性；在遇到障碍物时，可以利用腿部组件20收缩跳跃，从而越过障碍物。并且，在胸腔本体10中安装有飞轮组件40，驱动轮组件30驱动前进时，如遇到小的障碍物或路面不平时，可以利用飞轮的惯性越过障碍物；而在遇到台阶等较高的障碍物时，可利用飞轮的惯性以及腿部组件20的收缩，跳上台阶进行越障。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。