多足轮式机器人的长行程伸缩轮式足及多足轮式机器人的制作方法

本实用新型属于机器人运动机构技术领域，具体涉及一种多足轮式机器人的长行程伸缩轮式足及多足轮式机器人。

背景技术：

随着科技的发展，人类许多具有重复性或者安全隐患的活动被机器人替代，其中多足机器人因为能够适应各种复杂地形，因此被广泛运用于特种行业。多足步行机器人的运动轨迹是一系列离散的足印运动时只需要离散的点接触地面对环境的破坏程度也较小可以在可能到达的地面上选择最优的支撑点对崎岖地形的适应性强。正因为如此多足步行机器人对环境的破坏程度也较小。轮式和履带式机器人的则是一条条连续的辙迹。崎岖地形中往往含有岩石、泥土、沙子甚至峭壁和陡坡等障碍物可以稳定支撑机器人的连续路径十分有限,这意味着轮式和履带式机器人在这种地形中已经不适用。多足步行机器人的腿部具有多个自由度使运动的灵活性大大增强。但在实际的使用中，多足机器人足部长度调节范围过小，机器人重心高度调整范围有限，同时伸缩机构运动速率较慢；除此之外，多足机器人由于采用离散的足印运动，相对于传统轮式机器人移动速度较慢，限制了使用范围。

为了解决现有技术存在的不足，人们进行了长期的探索，提出了各式各样的解决方案。例如，中国专利文献公开了一种步态前进与轮式前进转换的多足机器人[201822067509.4]，其包括机身和对称设置在机身两侧的行走组件，行走组件包括第一舵机、第二舵机、第三舵机、行走轮以及步态行走支撑件；第一舵机连接在机身上，第二舵机通过两个正交的u型板件连接在第一舵机上，第三舵机通过两个平行设置的平板连接在第二舵机上，第一舵机、第二舵机和第三舵机依次串联。

上述方案在一定程度上解决了多足式机器人移动速度较慢的问题，但是该方案依然存在着诸多不足，例如机器人足部长度调整节范围过小、调节速率缓慢等问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种调节迅速，足部长度调节范围大的多足轮式机器人的长行程伸缩轮式足。

本实用新型的另一目的是针对上述问题，提供一种设计合理，高度调节灵活的多足轮式机器人。

为达到上述目的，本实用新型采用了下列技术方案：本多足轮式机器人的长行程伸缩轮式足，设置在机器人机身上，包括伸缩足和连接于伸缩足下端的行走轮，伸缩足包括若干依次相连设置的伸缩体，行走轮设置在下端位于最下方的伸缩体上，其中一个伸缩体与机器人机身相连且该伸缩体与机器人机身之间设有驱动该伸缩体沿伸缩足长度方向移动的第一伸缩驱动结构，在相邻的两个伸缩体之间分别设有驱动相邻的两个伸缩体沿伸缩足长度方向相对移动的第二伸缩驱动结构。多个伸缩体通过第二伸缩驱动结构相连，配合设置机器人机身之间的第一伸缩驱动，使得伸缩足具有较大的伸缩行程，可进行较大范围的长度调节。

在上述的多足轮式机器人的长行程伸缩轮式足中，第一伸缩驱动结构和第二伸缩驱动结构分别包括推杆升降驱动结构、丝杠升降驱动结构和齿轮齿条升降驱动结构中的任意一种。根据实际使用需求，选择合适的升降驱动结构，保证伸缩足平稳伸缩。

在上述的多足轮式机器人的长行程伸缩轮式足中，各个伸缩体由内向外依次同轴套接，第一伸缩驱动结构设置在机器人机身和位于最外侧的伸缩体之间，行走轮设置在位于最内侧的伸缩体下端；或者，各个伸缩体在横向依次并排设置，第一伸缩驱动结构设置在机器人机身和位于一侧的伸缩体之间，行走轮设置在另一侧的伸缩体下端。各个伸缩体沿同一轴向方向运动，其位置由外向内或由一侧向另一侧排列，使得相邻的伸缩体运动互不干扰。

在上述的多足轮式机器人的长行程伸缩轮式足中，第一伸缩驱动结构包括连接在机器人机身上的安装座，安装座上可转动连接有第一螺套，与机器人机身相连的伸缩体上设有第一连接螺纹且该第一连接螺纹与第一螺套螺纹连接，第一螺套与设置在安装座上的第一驱动电机相连；或者，第一伸缩驱动结构包括连接在机器人机身上的安装座，安装座上可转动连接有第一齿轮，与机器人机身相连的伸缩体上设有沿着伸缩足长度方向延伸的第一齿条且该第一齿条与第一齿轮相啮合，第一齿轮与设置在安装座上的第一驱动电机相连。第一螺套或第一齿轮相对安装座原位转动，与之配合的第一连接螺纹或第一齿条连接的伸缩体在轴向方向上移动，可完成较为精确的长度调节。

在上述的多足轮式机器人的长行程伸缩轮式足中，机器人机身与安装座之间设有外扩转向电机，外扩转向电机设置在机器人机身上，外扩转向电机的输出轴与安装座相连且外扩转向电机能带动安装座转动以使伸缩足相对于机器人机身外扩，伸缩足下端设有水平转向电机，且水平转向电机的输出轴与外扩角度适应电机相连，外扩角度适应电机与行走轮相连，且当伸缩足外扩时所述外扩角度适应电机调整伸缩足与行走轮之间的角度以使行走轮始终接触地面，行走轮连接有行走驱动器。伸缩足在外扩转向电机驱动下的外扩角度与行走轮在外扩角度适应电机驱动下的外扩角度相对变化，从而及时调节行走轮与地面的外倾角，以保证多足机器人的转向稳定，并减少行走轮的磨损。

在上述的多足轮式机器人的长行程伸缩轮式足中，第二伸缩驱动结构包括固定在一个伸缩体上的第二驱动电机，第二驱动电机与沿着伸缩足长度方向延伸的丝杆相连，相邻的伸缩体上固定有第二螺套，丝杆与第二螺套螺纹连接；或者，第二伸缩驱动结构包括固定在一个伸缩体上的第二驱动电机，第二驱动电机与第二齿轮相连，相邻的伸缩体上设有沿着伸缩足长度方向延伸的第二齿条，第二齿轮与第二齿条相啮合。第二伸缩驱动结构包括螺纹或齿条驱动，与第一伸缩驱动结构共同工作，从而快速准确地调节伸缩足的长度。

在上述的多足轮式机器人的长行程伸缩轮式足中，伸缩体的数量为两个，与机器人机身相连的伸缩体呈筒状，另一伸缩体设于该呈筒状的伸缩体中。伸缩体中心轴线位于同一轴线上，简化了伸缩足的结构形式，提高了运动稳定性。

在上述的多足轮式机器人的长行程伸缩轮式足中，与机器人机身相连的伸缩体顶部固定有电机传动结构，第二驱动电机设置在电机传动结构上且与电机传动结构的输入端相连，电机传动结构的输出端与穿设于与机器人机身相连的伸缩体内的第二丝杆相连，第二螺套固定在呈筒状的另一伸缩体中，第二丝杆与第二螺套螺纹连接。第二驱动电机的动力经电机传动结构传递至第二丝杆上，保证另一伸缩体相对丝杠轴向移动。

在上述的多足轮式机器人的长行程伸缩轮式足中，第二齿轮设置在与机器人机身相连的伸缩体内且第二齿轮与设置在该伸缩体上的第二驱动电机相连，另一伸缩体穿设于与机器人机身相连的伸缩体内且第二齿条位于该伸缩体上，第二齿轮与第二齿条相啮合。第二驱动电机驱动第二齿轮转动，配合有第二齿条的伸缩体具有较快的响应速度。

采用上述多足轮式机器人的长行程伸缩轮式足的多足轮式机器人，包括如下技术方案：在本多足轮式机器人中，机器人机身上设有至少三组沿着机器人机身水平纵向间隔分布的长行程伸缩轮式足，且前后相邻的两个长行程伸缩轮式足之间的间距固定不变，每一组长行程伸缩轮式足分别包括至少两个沿着机器人机身横向间隔分布的长行程伸缩轮式足，机器人机身上的各个长行程伸缩轮式足分别独立受控地动作，且每一长行程伸缩轮式足中的第一伸缩驱动结构和第二伸缩驱动结构分别独立地受控。独立驱动的长行程伸缩轮式足可灵活调节多足机器人的高度和重心位置，从而适应不同环境的工作需求。

与现有的技术相比，本实用新型的优点在于：多个伸缩体组成的伸缩足在收缩后尺寸相同的情况下，具有较大的伸缩运动行程，可进行更大范围的长度调节；各个伸缩驱动结构独立驱动，加快了伸缩足长度调节的速率，方便灵活调节多足机器人的高度；行走轮与地面的外倾角可调，提高多足机器人转弯稳定性的同时，也可减少行走轮的磨损。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的第一伸缩驱动结构和第二伸缩驱动结构的结构剖视图；

图3是本实用新型的第一伸缩驱动结构的另一结构剖视图；

图4是本实用新型的第二伸缩驱动结构的另一结构剖视图；

图5是本实用新型的机器人机身的结构示意图；

图中，机器人机身1、外扩转向电机11、水平转向电机12、外扩角度适应电机13、行走驱动器14、伸缩足2、伸缩体21、行走轮3、第一伸缩驱动结构4、安装座41、第一螺套42、第一连接螺纹43、第一驱动电机44、第一齿轮45、第一齿条46、第二伸缩驱动结构5、第二驱动电机51、丝杆52、第二螺套53、第二齿轮54、第二齿条55、电机传动结构6、第二丝杆61。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。

如图1-5所示，本多足轮式机器人的长行程伸缩轮式足，设置在机器人机身1上，包括伸缩足2和连接于伸缩足2下端的行走轮3，伸缩足2包括若干依次相连设置的伸缩体21，行走轮3设置在下端位于最下方的伸缩体21上，其中一个伸缩体21与机器人机身1相连且该伸缩体21与机器人机身1之间设有驱动该伸缩体21沿伸缩足2长度方向移动的第一伸缩驱动结构4，在相邻的两个伸缩体21之间分别设有驱动相邻的两个伸缩体21沿伸缩足2长度方向相对移动的第二伸缩驱动结构5。伸缩足2在第一伸缩驱动结构4的驱动下相对机器人机身1在轴向方向上伸缩运动，内部的伸缩体21在第二伸缩驱动结构5驱动下相对伸缩运动，机器人机身1的高度随之调整。

具体地，第一伸缩驱动结构4和第二伸缩驱动结构5分别包括推杆升降驱动结构、丝杠升降驱动结构和齿轮齿条升降驱动结构中的任意一种。第一伸缩驱动结构4和第二伸缩驱动结构5根据实际情况选择驱动结构。

深入地，各个伸缩体21由内向外依次同轴套接，第一伸缩驱动结构4设置在机器人机身1和位于最外侧的伸缩体21之间，行走轮3设置在位于最内侧的伸缩体21下端；或者，各个伸缩体21在横向依次并排设置，第一伸缩驱动结构4设置在机器人机身1和位于一侧的伸缩体21之间，行走轮3设置在另一侧的伸缩体21下端。并排设置的伸缩体21在轴向方向上相对伸缩，相邻的伸缩体21之间的运动互不干涉，且其中的第一伸缩驱动结构4控制与机器人机身1相邻的伸缩体21的运动。

进一步地，第一伸缩驱动结构4包括连接在机器人机身1上的安装座41，安装座41上可转动连接有第一螺套42，与机器人机身1相连的伸缩体21上设有第一连接螺纹43且该第一连接螺纹43与第一螺套42螺纹连接，第一螺套42与设置在安装座41上的第一驱动电机44相连；或者，第一伸缩驱动结构4包括连接在机器人机身1上的安装座41，安装座41上可转动连接有第一齿轮45，与机器人机身1相连的伸缩体21上设有沿着伸缩足2长度方向延伸的第一齿条46且该第一齿条46与第一齿轮45相啮合，第一齿轮45与设置在安装座41上的第一驱动电机44相连。安装座41内的第一螺套42在第一驱动电机44的驱动下相对第一螺套42中心轴线原位转动，螺纹连接的伸缩体21相对安装座41在轴向方向上伸缩。安装座41内的第一齿轮45相对第一齿轮45中心轴线原位转动，与之啮合的伸缩体21在轴向方向上伸缩。

更进一步地，机器人机身1与安装座41之间设有外扩转向电机11，外扩转向电机11设置在机器人机身1上，外扩转向电机11的输出轴与安装座41相连且外扩转向电机11能带动安装座41转动以使伸缩足2相对于机器人机身1外扩，伸缩足2下端设有水平转向电机12，且水平转向电机12的输出轴与外扩角度适应电机13相连，外扩角度适应电机13与行走轮3相连，且当伸缩足2外扩时所述外扩角度适应电机13调整伸缩足2与行走轮3之间的角度以使行走轮3始终接触地面，行走轮3连接有行走驱动器14。伸缩足2在外扩转向电机11驱动下外扩，外扩角度适应电机13随之驱动行走轮3相对伸缩足2转动一定的角度，从而保证行走轮3与地面的外倾角。在转弯时保持较大的外倾角以提高多足机器人的抗侧翻能力，直线运动时外倾角较小，减少行走轮3与地面的磨损。

除此之外，第二伸缩驱动结构5包括固定在一个伸缩体21上的第二驱动电机51，第二驱动电机51与沿着伸缩足2长度方向延伸的丝杆52相连，相邻的伸缩体21上固定有第二螺套53，丝杆52与第二螺套53螺纹连接；或者，第二伸缩驱动结构5包括固定在一个伸缩体21上的第二驱动电机51，第二驱动电机51与第二齿轮54相连，相邻的伸缩体21上设有沿着伸缩足2长度方向延伸的第二齿条55，第二齿轮54与第二齿条55相啮合。丝杆52与第二螺套53相对转动或第二齿轮54与第二齿条55啮合转动，伸缩体21相对伸缩，从而调节伸缩足2的长度。

同时，伸缩体21的数量为两个，与机器人机身1相连的伸缩体21呈筒状，另一伸缩体21设于该呈筒状的伸缩体21中。伸缩体21为两个嵌套的筒状体，在第二伸缩驱动结构5作用下相对伸缩。

可见地，与机器人机身1相连的伸缩体21顶部固定有电机传动结构6，第二驱动电机51设置在电机传动结构6上且与电机传动结构6的输入端相连，电机传动结构6的输出端与穿设于与机器人机身1相连的伸缩体21内的第二丝杆61相连，第二螺套53固定在呈筒状的另一伸缩体21中，第二丝杆61与第二螺套53螺纹连接。第二驱动电机51输出的转矩经过电机传动结构6调整后传输至第二丝杆61上，从而驱动另一伸缩体21伸缩。

很明显，第二齿轮54设置在与机器人机身1相连的伸缩体21内且第二齿轮54与设置在该伸缩体21上的第二驱动电机51相连，另一伸缩体21穿设于与机器人机身1相连的伸缩体21内且第二齿条55位于该伸缩体21上，第二齿轮54与第二齿条55相啮合。第二驱动电机51驱动第二齿轮54转动，与之啮合的伸缩体21相对伸缩。

本实施例中的多足轮式机器人，机器人机身1上设有至少三组沿着机器人机身1水平纵向间隔分布的长行程伸缩轮式足，且前后相邻的两个长行程伸缩轮式足之间的间距固定不变，每一组长行程伸缩轮式足分别包括至少两个沿着机器人机身1横向间隔分布的长行程伸缩轮式足，机器人机身1上的各个长行程伸缩轮式足分别独立受控地动作，且每一长行程伸缩轮式足中的第一伸缩驱动结构4和第二伸缩驱动结构5分别独立地受控。多组长行程伸缩轮式足间隔设置，其中第一伸缩驱动结构4和第二伸缩驱动结构5互不影响，机器人机身1前后或左右的高度可灵活调整，使得机器人机身1整体倾斜或水平设置。

综上所述，本实施例的原理在于：采用多个伸缩体21组成的伸缩足2，其相对机器人机身1的伸缩长度和自身长度由第一伸缩驱动结构4和第二伸缩驱动结构5控制，从而具有较大的伸缩行程调节范围；机器人机身1上设有多组长行程伸缩轮式足，其中的第一伸缩驱动结构4和第二伸缩驱动结构5分别独立受控，从而灵活快速地调整机器人机身1高度。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了机器人机身1、外扩转向电机11、水平转向电机12、外扩角度适应电机13、行走驱动器14、伸缩足2、伸缩体21、行走轮3、第一伸缩驱动结构4、安装座41、第一螺套42、第一连接螺纹43、第一驱动电机44、第一齿轮45、第一齿条46、第二伸缩驱动结构5、第二驱动电机51、丝杆52、第二螺套53、第二齿轮54、第二齿条55、电机传动结构6、第二丝杆61等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

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