本發(fā)明涉及機(jī)器人，尤其涉及一種具有多環(huán)耦合腿部構(gòu)型的輪腿分離式四足機(jī)器人。

背景技術(shù)：

1、在四足機(jī)器人研究領(lǐng)域，輪足混合式機(jī)器人已經(jīng)成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。輪式機(jī)器人具有在平坦地面上快速運(yùn)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，但其越障能力較弱，難以適應(yīng)復(fù)雜地形。相比之下，腿式機(jī)器人模仿動(dòng)物步態(tài)，具備優(yōu)越的跨障能力，能夠在山地、沙坑等復(fù)雜地形中工作，但其能量利用率較低，運(yùn)動(dòng)速度較低。因此，結(jié)合輪式和腿式機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)，研究輪腿混合式機(jī)器人顯得尤為重要。

2、輪腿式機(jī)器人在結(jié)構(gòu)上主要分為輪腿串聯(lián)式和輪腿變形式兩種。輪腿串聯(lián)式將車(chē)輪固定在腿部末端，充當(dāng)足端。這種結(jié)構(gòu)的機(jī)器人具有較強(qiáng)的越障能力，輪腿切換過(guò)程較為靈活；但其驅(qū)動(dòng)數(shù)量較多，控制難度較大，并且輪子磨損較為嚴(yán)重。此外，在使用腿部工作時(shí)，車(chē)輪作為負(fù)載會(huì)降低腿部的靈活性。輪腿變形式則通過(guò)結(jié)構(gòu)變形來(lái)改變機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)模態(tài)，具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，運(yùn)動(dòng)速度較快，結(jié)構(gòu)緊湊，且能有效減輕機(jī)器人自身的重量，輪腿切換也較為靈活。然而，這種結(jié)構(gòu)的承載能力較弱，整體機(jī)械結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。

3、因此，亟待研究一種輪腿分離式機(jī)器人，充分發(fā)揮輪式機(jī)器人和腿式機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種具有多環(huán)耦合腿部構(gòu)型的輪腿分離式四足機(jī)器人，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種具有多環(huán)耦合腿部構(gòu)型的輪腿分離式四足機(jī)器人，包括機(jī)身，所述機(jī)身上安裝有支腿、輪升降機(jī)構(gòu)、視覺(jué)傳感器、控制系統(tǒng)和電池蓄能模塊；

3、所述輪升降機(jī)構(gòu)上安裝有前輪模塊和后輪模塊，所述輪升降機(jī)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)所述前輪模塊和所述后輪模塊的升降；

4、所述支腿、所述前輪模塊、所述輪升降機(jī)構(gòu)、所述后輪模塊和視覺(jué)傳感器均與所述控制系統(tǒng)電性連接；

5、所述支腿用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在路面上行走及越障；

6、所述前輪模塊和所述后輪模塊用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在路面上前行與轉(zhuǎn)向；

7、所述視覺(jué)傳感器用于識(shí)別前方路況并反饋數(shù)據(jù)給所述控制系統(tǒng)；

8、所述電池蓄能模塊用于為機(jī)器人的用電設(shè)備供電。

9、優(yōu)選的，所述機(jī)身包括車(chē)架，所述車(chē)架的兩端均設(shè)置有電機(jī)架板，所述電機(jī)架板與所述車(chē)架通過(guò)固定角碼連接固定；所述車(chē)架的外側(cè)設(shè)置有底部外殼和上端外殼，所述底部外殼和所述上端外殼均固定安裝在所述電機(jī)架板上。

10、優(yōu)選的，所述支腿的數(shù)量為四個(gè)，所述支腿包括固定安裝在所述電機(jī)架板上的單腿驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述單腿驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸上固定連接有電機(jī)旋轉(zhuǎn)法蘭軸，所述電機(jī)旋轉(zhuǎn)法蘭軸的末端固定連接有單腿旋轉(zhuǎn)法蘭件，所述單腿旋轉(zhuǎn)法蘭件上固定安裝有髖關(guān)節(jié)一號(hào)連桿；

11、所述髖關(guān)節(jié)一號(hào)連桿的底部通過(guò)髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接有大腿件，所述大腿件與所述髖關(guān)節(jié)一號(hào)連桿之間設(shè)置有髖關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述髖關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動(dòng)所述大腿件的擺動(dòng)；

12、所述大腿件的底部通過(guò)膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接有小腿件，所述大腿件與所述小腿件之間設(shè)置有膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動(dòng)所述小腿件的擺動(dòng)；

13、所述單腿驅(qū)動(dòng)電機(jī)、所述髖關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和所述膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)均與所述控制系統(tǒng)電性連接。

14、優(yōu)選的，所述髖關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括髖關(guān)節(jié)三號(hào)連桿，所述髖關(guān)節(jié)三號(hào)連桿通過(guò)二號(hào)輔助轉(zhuǎn)軸與所述髖關(guān)節(jié)一號(hào)連桿轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述髖關(guān)節(jié)三號(hào)連桿的末端通過(guò)一號(hào)輔助轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接有髖關(guān)節(jié)二號(hào)連桿，所述髖關(guān)節(jié)二號(hào)連桿的末端通過(guò)大腿件連接軸與所述大腿件的頂部轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述一號(hào)輔助轉(zhuǎn)軸上轉(zhuǎn)動(dòng)連接有髖關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)模組的頂部，所述髖關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)模組的底部通過(guò)另一大腿件連接軸與所述大腿件的底部轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述髖關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)模組與所述控制系統(tǒng)電性連接。

15、優(yōu)選的，所述膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括膝關(guān)節(jié)一號(hào)連桿，所述膝關(guān)節(jié)一號(hào)連桿通過(guò)大腿件連接軸與所述大腿件的底部轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述膝關(guān)節(jié)一號(hào)連桿的末端通過(guò)一號(hào)輔助轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接有膝關(guān)節(jié)二號(hào)連桿，所述膝關(guān)節(jié)二號(hào)連桿的底部通過(guò)二號(hào)輔助轉(zhuǎn)軸與所述小腿件轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述膝關(guān)節(jié)一號(hào)連桿的末端通過(guò)一號(hào)輔助轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接有膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)模組的底部，所述膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)模組的頂部通過(guò)另一所述大腿件連接軸與所述大腿件的頂部轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)模組與所述控制系統(tǒng)電性連接。

16、優(yōu)選的，所述輪升降機(jī)構(gòu)包括分別安裝在兩所述電機(jī)架板上的絲杠組件，兩所述絲杠組件對(duì)稱(chēng)設(shè)置，所述絲杠組件與所述控制系統(tǒng)電性連接；所述絲杠組件的底部安裝有平面菱形桿件，所述平面菱形桿件的底部設(shè)置有下放機(jī)構(gòu)連接軸，所述下放機(jī)構(gòu)連接軸的兩端固定連接有下放擋塊，所述下放擋塊上安裝有下放機(jī)構(gòu)二號(hào)擋板和下放擋板；

17、所述輪升降機(jī)構(gòu)還包括伸縮桿，所述下放機(jī)構(gòu)二號(hào)擋板與所述下放擋板通過(guò)螺釘與所述伸縮桿連接；所述前輪模塊和所述后輪模塊分別安裝在所述伸縮桿的兩端。

18、優(yōu)選的，所述絲杠組件包括固定安裝在所述電機(jī)架板上的下放驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述下放驅(qū)動(dòng)電機(jī)與所述控制系統(tǒng)電性連接；所述下放驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器連接有絲杠；所述車(chē)架上固定安裝有懸吊板，所述懸吊板的底端安裝有軸承座，所述絲杠的末端與所述軸承座轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述軸承座和所述電機(jī)架板上均安裝有導(dǎo)向桿固定件，兩所述導(dǎo)向桿固定件之間固定連接有導(dǎo)向桿，所述絲杠上螺紋連接有絲杠螺母，且所述絲杠螺母滑動(dòng)套設(shè)在所述導(dǎo)向桿上；所述平面菱形桿件的頂部?jī)啥朔謩e與所述絲杠螺母、所述電機(jī)架板鉸接。

19、優(yōu)選的，所述平面菱形桿件包括鉸接安裝在所述絲杠螺母兩側(cè)的下放三號(hào)連桿，所述電機(jī)架板上鉸接有下放二號(hào)連桿，一所述下放三號(hào)連桿的末端與所述下放二號(hào)連桿的中部鉸接，另一所述下放三號(hào)連桿的末端鉸接有下放一號(hào)連桿的一端，所述下放一號(hào)連桿的末端與所述下放機(jī)構(gòu)連接軸鉸接，所述下放二號(hào)連桿的末端與所述下放一號(hào)連桿的中部鉸接。

20、優(yōu)選的，所述前輪模塊和所述后輪模塊均包括兩塊下放機(jī)構(gòu)一號(hào)擋板，所述前輪模塊和所述后輪模塊分別通過(guò)所述下放機(jī)構(gòu)一號(hào)擋板安裝在所述伸縮桿的兩端；

21、所述前輪模塊還包括轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向電機(jī)架板，所述轉(zhuǎn)向電機(jī)架板的兩端分別與兩所述下放機(jī)構(gòu)一號(hào)擋板固定連接；所述轉(zhuǎn)向電機(jī)架板的中部固定安裝有轉(zhuǎn)向電機(jī)，所述轉(zhuǎn)向電機(jī)與所述控制系統(tǒng)電性連接；所述轉(zhuǎn)向電機(jī)的輸出軸上安裝有轉(zhuǎn)向桿，所述轉(zhuǎn)向桿的末端開(kāi)設(shè)有長(zhǎng)孔，所述轉(zhuǎn)向桿通過(guò)所述長(zhǎng)孔滑動(dòng)連接有連接桿，所述連接桿的兩端均鉸接有v形連桿，所述v形連桿的末端安裝有前車(chē)輪；所述下放機(jī)構(gòu)一號(hào)擋板遠(yuǎn)離所述轉(zhuǎn)向電機(jī)架板的一側(cè)固定連接有轉(zhuǎn)向輪支撐板，所述v形連桿的拐角處與所述轉(zhuǎn)向輪支撐板鉸接；

22、所述后輪模塊還包括驅(qū)動(dòng)輪軸和后車(chē)輪，所述驅(qū)動(dòng)輪軸固定安裝在所述下放機(jī)構(gòu)一號(hào)擋板上，所述后車(chē)輪內(nèi)置輪轂電機(jī)，且所述后車(chē)輪通過(guò)所述輪轂電機(jī)與所述驅(qū)動(dòng)輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)配合，所述輪轂電機(jī)與所述控制系統(tǒng)電性連接。

23、優(yōu)選的，所述視覺(jué)傳感器包括深度相機(jī)和可旋轉(zhuǎn)云臺(tái)，所述可旋轉(zhuǎn)云臺(tái)安裝在所述上端外殼上，所述深度相機(jī)安裝在所述可旋轉(zhuǎn)云臺(tái)上，所述深度相機(jī)與所述控制系統(tǒng)電性連接。

24、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果：

25、1、本發(fā)明提供的具有多環(huán)耦合腿部構(gòu)型的輪腿分離式四足機(jī)器人，車(chē)輪與腿部獨(dú)立安裝在車(chē)身上，既具有輪式機(jī)器人的速度特性，又兼具腿式機(jī)器人的穩(wěn)定性，輪腿切換簡(jiǎn)便，運(yùn)動(dòng)能力強(qiáng)，且具備較大的承載能力，顯著增強(qiáng)了機(jī)器人的越障能力，大幅提升了其工作性能。

26、2、本發(fā)明支腿采用多環(huán)耦合結(jié)構(gòu)，能夠有效模擬四足生物的力學(xué)特性，在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)前后輪模塊下放至與支腿足端處于同一平面時(shí)，此時(shí)支腿所受到的外部沖擊最大，通過(guò)合理配置各連桿長(zhǎng)度，可以?xún)?yōu)化等效力臂，從而降低了模態(tài)切換時(shí)關(guān)節(jié)所受到的沖擊，進(jìn)而減少直線模組輸出的驅(qū)動(dòng)力，降低能量消耗并實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)動(dòng)，提高機(jī)器人的續(xù)航能力。

27、3、支腿結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)能夠有效承受較大的外部沖擊，因此整機(jī)不僅具備更高的承載能力，還具有更強(qiáng)的爆發(fā)力，從而使機(jī)器人在負(fù)載較大或高強(qiáng)度任務(wù)時(shí)仍能保持優(yōu)異的性能；多環(huán)耦合結(jié)構(gòu)還可以提升四足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能，四連桿機(jī)構(gòu)的變速比特性增強(qiáng)了動(dòng)力傳遞與穩(wěn)定性，從而提升了機(jī)器人在復(fù)雜地形中的適應(yīng)能力。

28、4、本發(fā)明的輪升降機(jī)構(gòu)采用滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)四連桿機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)前輪模塊與后輪模塊的升降。與錐齒輪傳動(dòng)相比，滾珠絲杠的傳動(dòng)性能高，能量損失小，提升了系統(tǒng)的整體效率。同時(shí)，滾珠絲杠的定位精度高，能夠確保前后輪模塊在升降過(guò)程中的精確控制，避免位置偏差對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)造成不利影響；滾珠絲杠還具備很高的承載能力，能夠在較大負(fù)載下保持穩(wěn)定運(yùn)行，保證機(jī)器人在各種工況下的可靠性和穩(wěn)定性。此外，滾珠絲杠的使用壽命較長(zhǎng)，能夠減少維護(hù)頻率和維修成本，提升機(jī)器人的耐久性。最后，滾珠絲杠具有很好的壞境適應(yīng)性，能夠在不同的溫度、濕度和負(fù)載情況下正常工作，保證了機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中的穩(wěn)定運(yùn)行。