一种具有双足/四轮/四足运动模式的可重构足式机器人的制作方法

本实用新型涉及足式机器人领域，尤其涉及一种具有双足/四轮/四足运动模式的可重构足式机器人。

背景技术：

双足、四足及轮式机器人各自具有鲜明的优缺点。例如，双足机器人在地形适应能力方面具有显著优势，具备复杂地面行走、躲避障碍等能力，但在运动速度、能效方面处于劣势。四足机器人具备比双足机器人更高的运动稳定性，但同样在运动能力方面处于劣势。轮式机器人具备最高的运动速度，但无法适应复杂的地形环境。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型结合现有足式、轮式机器人的优点，提出一种具有双足/四足/四轮运动模式的可重构足式机器人，该足式机器人能够动态切换双足、四轮及四足模式，适应能力强。

本实用新型的目的通过如下的技术方案来实现：

一种具有双足/四轮/四足运动模式的可重构足式机器人，所述的足式机器人为左右对称结构，其包括躯干部件、左髋部、右髋部、左腿和右腿，所述的躯干部件与对称布置在躯干部件的两侧的左髋部、右髋部可转动连接，所述的左腿、右腿分别与左髋部、右髋部可转动连接；

所述的左髋部包括刚性连接的髋部转动部件和髋部腿部连接部件，所述的髋部转动部件用于带动所述的左腿相对于躯干部件空间转动；

所述的左腿包括大腿部件、小腿部件、主动轮连接件、移动转动部件、主动轮、脚掌部件以及从动轮；

所述的髋部腿部连接部件的两端分别通过转动关节与大腿部件的一端、主动轮连接件的一端相连，大腿部件的另一端通过转动关节与小腿部件的一端相连，主动轮连接件通过移动转动部件与小腿部件相连，主动轮通过转动关节安装于主动轮连接件的另一端；小腿部件的另一端通过转动关节与脚掌部件的中部相连，从动轮通过转动关节连接在脚掌部件的一端；髋部腿部连接部件、大腿部件、小腿部件、主动轮连接件、移动转动部件组成平面五杆机构；

所述的左髋部和右髋部结构相同，左腿和右腿结构相同；

调整所述的脚掌部件和平面五杆机构，当仅有脚掌部件接触地面时，为双足运动模式；当主动轮与被动轮同时接触地面时，为四轮运动模式；当主动轮与脚掌部件同时接触地面，且主动轮处于锁止状态时，为四足运动模式。

进一步地，所述的髋部转动部件包括髋部偏转方向部件和髋部横滚方向部件，所述的躯干部件通过转动副与髋部偏转方向部件相连；髋部偏转方向部件通过转动副与髋部横滚方向部件相连；髋部横滚方向部件与髋部腿部连接部件刚性连接。

进一步地，所述的足式机器人还包括脚掌调整连杆一、脚掌调整连杆二，脚掌调整连杆一的一端通过转动关节连接在脚掌部件的另一端，脚掌调整连杆一的另一端与脚掌调整连杆二的一端通过转动关节相连，脚掌调整连杆二的另一端与小腿部件通过转动关节相连，小腿部件、脚掌调整连杆二、脚掌调整连杆一以及脚掌部件组成平面四杆机构，实现对脚掌部件和从动轮的位置的调节。

进一步地，所述的移动转动部件包括相互连接的移动关节和转动关节，所述的主动轮连接件通过所述的移动关节和转动关节实现相对于所述的小腿部件移动和转动。

本实用新型的有益效果如下：

根据不同的任务需求及应用环境，本实用新型的可重构足式机器人可在双足、四轮及四足模式进行动态切换，选择最优模式完成规定任务。在复杂崎岖道路上，机器人切换为双足运动模式，通过调整脚掌调整部件的位置，使得仅有脚掌部件接触地面；通过安装于大腿及小腿部件上的驱动器，实现双足行走模式。在地面环境较为崎岖，且需要机器人具备一定的负载能力时，机器人切换到四足模式；主动轮与脚掌交替接触地面，且主动轮上的驱动电机处于锁止状态，形成弧形足模式。当地面环境较为理想，机器人切换到四轮模式，主动轮与被动轮同时接触地面，主动轮通过驱动电机进行驱动。本实用新型的可重构足式机器人环境适应能力强，工作效率高。

附图说明

图1是本实用新型可重构足式机器人双足运动模式示意图；

图2是本实用新型可重构足式机器人四轮运动模式示意图；

图3是本实用新型可重构足式机器人四足运动模式示意图。

图中，躯干部件1、髋部偏转方向部件2、髋部横滚方向部件3、髋部腿部连接部件4、大腿部件5、小腿部件6、主动轮连接件7、移动关节8、转动关节9、主动轮10、脚掌部件11、脚掌调整部件二12、脚掌调整部件一13、从动轮部件14。

具体实施方式

下面根据附图和优选实施例详细描述本实用新型，本实用新型的目的和效果将变得更加明白，以下结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型的具有双足/四轮/四足运动模式的可重构足式机器人为左右对称结构，其包括躯干部件1、髋部和腿部三部分，左右两部分结构相同，两腿具有相同的结构形式，因此具有相同的运动形式。下面以其中一部分为例对其结构进行描述。

左髋部包括髋部偏转方向部件2、髋部横滚方向部件3、髋部腿部连接部件4，躯干部件1通过转动副与髋部偏转方向部件2相连；髋部偏转方向部件2通过转动副与髋部横滚方向部件3相连；髋部横滚方向部件3与髋部腿部连接部件4刚性连接。因此相对于躯干部件1，髋部腿部连接部件4具有偏转及横滚方向的两个自由度。其中，髋部偏转方向部件2、髋部横滚方向部件3用以实现髋部腿部连接部件4相对于躯干部件1的空间转动，其设计方式及连接顺序不限于本实施例，可采用球形关节、万向关节等方式实现其转动能力。

左腿包括大腿部件5、小腿部件6、主动轮连接件7、移动关节8、转动关节9、主动轮10、脚掌部件11、脚掌调整部件二12、脚掌调整部件一13和从动轮14，髋部腿部连接部件4的两端分别通过转动关节与大腿部件5的一端、主动轮连接件7的一端相连，大腿部件5的另一端通过转动关节与小腿部件6的一端相连，主动轮连接件7通过移动关节8、转动关节9与小腿部件6相连，主动轮10通过转动关节安装于主动轮连接件7的另一端；小腿部件6的另一端通过转动关节与脚掌部件11的中部相连，从动轮14、脚掌调整连杆一13的一端分别通过转动关节连接在脚掌部件11的两端，脚掌调整连杆一13的另一端与脚掌调整连杆二12的一端通过转动关节相连，脚掌调整连杆二12的另一端与小腿部件6通过转动关节相连，小腿部件6、脚掌调整连杆二12、脚掌调整连杆一13以及脚掌部件11组成平面四杆机构，实现对脚掌部件11和从动轮14的位置的调节。髋部腿部连接部件4、大腿部件5、小腿部件6、主动轮连接件7、移动关节8、转动关节9组成平面五杆机构。

特别地，本实施例中移动关节8与转动关节9之间距离为零，二者之间的连杆长度可以看作零，因此可以看作特殊的平面五杆机构。不限于本实施例，移动关节8与转动关节9之间也可通过一定长度的杆件相连，形成常规五杆机构的形式。该五杆机构在平面内具有两个运动自由度，通过驱动五个关节中的任意两个即可实现其平面两自由度运动。本实施例中的五杆机构，也可通过其他连接形式代替，只要能够实现小腿部件6相对于髋部腿部连接部件4的平面两自由度即可。本实施例中的平行四边形机构使得脚掌具有该平面内的一个自由度，因此通过驱动脚掌调整连杆二12、脚掌调整连杆一13中的任意一个即可实现脚掌部件11的运动。其中，脚掌调整部件12、13用以实现脚掌部件11以及从动轮部件14相对于地面的位置关系，其设计方式亦不限于本实施例a，具体设计方式只要能够满足调整脚掌部件11及被动轮部件14相对于地面的位置关系即可。

本实施例中每条腿至少具备空间五自由度，通过交替运动可实现三维空间内移动。

下面介绍本实用新型的双足机器人的运动模式。

如图1所示，平面五杆机构，将主动轮10收缩至远离地面的位置，并通过连接其上的电机将主动轮10进行锁止；通过驱动平面四杆机构，将脚掌部件11调整至接近地面的位置，并保证从动轮14在行走过程中无法接触地面。通过驱动安装于五杆机构上的两个电机以及脚掌部分的驱动电机，控制每条腿在其所在平面内前后交替运动，实现本实施例的双足行走功能。

如图2所示，通过驱动平面五杆机构，将主动轮10伸长至接触地面的位置；通过驱动平面四杆机构，将从动轮14调整到接触地面的位置而脚掌部件11无法接触地面的状态；在此基础上，锁定安装于每条腿上的所有驱动电机，通过驱动主动轮电机，实现本实用新型四轮运动模式的平面运动；通过两个主动轮10的差速运动，完成平面上的转向操作。

如图3所示，通过驱动平面五杆机构，将主动轮10伸长至接触地面的位置，并通过连接其上的电机将主动轮10进行锁止，形成弧形足；通过驱动平面四杆机构，将脚掌部件11调整至接近地面的位置，并保证从动轮14在行走过程中无法接触地面；驱动除主动轮之外的电机，形成双主动轮10及双脚掌11交替行走的步态，实现机器人在三维空间中的四足运动模式。

本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为实用新型的优选实例而已，并不用于限制实用新型，尽管参照前述实例对实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在实用新型的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在实用新型的保护范围之内。

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