一種新型的輪腿式越障平臺的製作方法

2023-12-07 23:56:21 2

本發明屬于越障移動平臺應用領域，涉及了輪式機器人機構與半圓形腿式機器人腿機構。

背景技術：

目前，移動機器人採用的主要運動模式有輪式驅動和腿式驅動。輪式機器人有以下優點：應用範圍廣、可靠性高、能量利用率高、控制方法簡單易操作、行走穩定快速、製造成本低、能成功的借鑑現在汽車技術的豐富經驗；缺點是輪式結構必須面對複雜地形上的幾乎所有的點，並且驅動輪對環境的適應能力較差，所以在許多複雜環境受到了一定的限制。腿式機器人的優點是地形適應能力強、能越過障礙物或者壕溝；缺點是效率比較低。腿式機器人目前用於星際探測仍然十分困難。

由於單一的行走方式受到很大的限制，所以複合式的移動機器人受到了業界的普遍關注，特別是輪腿式結構因為其高效、高速、高機動性和較強的地形適應能力而得到最為廣泛的應用，輪腿複合式機器人是機器人發展的一個非常重要的分支，它是腿和輪通過不同的組合方式而形成的一種新型的移動機器人。比較典型的例子是年加拿大麥吉爾大學智能機器中心的機器人專家設計的一款新型的，具有六個半圓形腿的機器人「rhex」，首次引入半圓形腿的概念，該結構不僅擁有像輪式腿那樣具有結構簡單、運動速度快、效率高、易於控制的優點，而且能夠順利通過大部分自然界的離散非連續的地形。

雖然半圓形腿式機器人有諸多優點，但是在平整路面上行走會引起震蕩，不如輪式機器人行走平穩，根據這點，本發明提出一種可以在輪式與半圓形腿式之間切換的機器人腿結構。

技術實現要素：

本發明的目的在於考慮上述問題而提供一種運動速度快、效率高、易於控制的新型輪腿式越障平臺。本發明結構簡單，適應性強，充分結合了輪式與腿式的優點。

本發明的技術方案是：本發明的新型輪腿式越障平臺，包括有四個驅動機構、四個輪腿機構和車體，輪腿機構與驅動機構組合對稱分布在車體周圍，輪腿機構通過驅動機構連接車體；驅動機構由兩臺伺服電機與齒輪組成，一臺伺服電機負責驅動輪腿機構前行，另一臺伺服電機通過齒輪帶動輪腿機構中的齒條，以此來調節輪腿機構的驅動軸心；輪腿機構由兩個半圓形腿、一個齒條與一個直流電機組成；當平臺在平整路面上，輪腿機構是在初始狀態下，兩個半圓形腿組成一個整圓形的輪子；當平臺處在複雜地形中，需要越障時，驅動機構中的伺服電機會通過齒輪帶動齒條，使整個輪子相對車體向下移動，使驅動軸心移至輪子邊緣，此時直流電機碰到觸點通電，將輪子摺疊為一個半圓形腿，實現輪式到腿式的變換。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖

圖2為本發明的驅動機構示意圖

圖3為本發明的輪腿機構示意圖

圖4為本發明的輪式工作模式示意圖

圖5為本發明的半圓形腿式工作模式示意圖

【附圖符號說明】1.驅動機構；2.驅動機構；3.驅動機構；4.驅動機構；5.輪腿機構；6.輪腿機構；7.輪腿機構；8.輪腿機構；9.車體；10.伺服電機板；11.伺服電機；12.伺服電機；13.齒輪；14.齒輪；15.齒輪；16.導向件；17.觸點；18.齒條；19.半圓形腿；20.直流電機；21.導杆；22.支撐板；23.連接片。

具體實施方式

如圖1所示，本發明的新型輪腿式越障平臺，其特徵在於驅動機構1與輪腿機構5、驅動機構2與輪腿機構6、驅動機構3與輪腿機構7、驅動機構4與輪腿機構8組合對稱分布在車體周圍，可以明顯看出輪腿機構通過驅動機構連接車體9，每個輪腿機構都由各自的驅動機構驅動前行。

如圖2所示，是本發明的驅動機構，可以看出在伺服電機板10上，裝有伺服電機11、伺服電機12，伺服電機12驅動齒輪13，齒輪13與齒輪14相嚙合，齒輪14通過軸承與伺服電機板10連接。導向件16通過螺栓固定在齒輪14上，驅動結構就是通過導向件16連接並驅動輪腿機構，伺服電機11連接齒輪15，伺服電機2通過齒輪15帶動輪腿機構的齒條，進而調節輪腿機構的位置。在伺服電機板的下端裝有兩個觸點17，它的功能是給輪腿機構中的直流電機供電。

如圖3所示，是本發明的輪腿機構，可以看出，一個整圓形的輪子是由兩個半圓形腿19組成的，在輪子中間裝有支撐板22，支撐板22上裝有齒條18與導杆21，兩者是與驅動機構的導向件16配合，導杆21起到了導向的作用。在支撐板下端裝有直流電機20，直流電機20驅動連接片23，連接片23與其中一個半圓形腿19通過螺栓連接。當直流電機20通電時，直流電機20通過連接片23將輪子摺疊為半圓形腿。

本發明有兩種模式，分別為圖4與圖5，如圖4所示，當平臺處在平整路面上，輪腿機構是在初始狀態下，兩個半圓形腿組成一個整圓形的輪子，這種狀態下，平臺移動速度快，具有較高的機動性；如圖5所示，當平臺處在複雜地形中，需要越障時，驅動機構中的伺服電機11會通過齒輪15帶動齒條18，使整個輪子相對車體向下移動，使驅動軸心移至輪子邊緣，此時直流電機20碰到觸點17通電，將輪子摺疊為一個半圓形腿，實現輪式到腿式的變換，這種狀態下，平臺通過半圓形腿的旋轉進行運動，具有一定的越障能力。

本發明通過來回切換輪式與腿式工作模式，實現了平臺在平整地面與複雜地形下的高效穩定運行，結合了半圓形腿與輪式兩者的優點，大大加強了移動平臺的適用性。