[发明专利]一种应用于轮腿复合式机器人的轮腿机构及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及轮腿复合式机器人，尤其涉及轮腿复合式机器人的轮腿机构。

背景技术

在发生火灾、矿难、核泄漏、恐怖袭击等事件时，往往需要进行搜救、反恐、排爆、侦察等危险任务。为了减少人员伤亡，常借助于移动机器人。由于地面环境复杂，有平坦的和不规则的地形，因此，需要在这两种地形中均能高效运动的移动机器人。轮式机器人可以在平坦的地面上实现快速稳定的运动，而腿式机器人可以适应不规则的地形。为了集合轮式和腿式机器人的优点，轮腿复合式机器人成为移动机器人研究领域的一大热点。现有的轮腿复合式机器人轮腿的结构复杂、质量大，不利于机器人在腿模式下运动的稳定性。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种应用于轮腿复合式机器人的轮腿机构及控制方法，用于克服现有轮腿复合式机器人轮腿的结构复杂、质量大的不足。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种应用于轮腿复合式机器人的轮腿机构，包括机体、大腿、小腿、第一动力机、第二动力机以及转盘；所述第一动力机、第二动力机固定于机体上；所述大腿包括圆轮和大腿骨，所述大腿骨的顶端固定于圆轮的中心转轴上，大腿骨的末端固定于圆轮的圆周上，第一动力机控制圆轮的中心转轴旋转形成髋关节；所述小腿的长度小于圆轮的直径，小腿的顶端与大腿骨的末端铰接形成膝关节；所述第二动力机控制转盘转动，且转盘上绕有绳索且绳索的自由端固定于小腿上。小腿的末端固定趾用于与地面接触。

进一步的，在本发明中，还包括扭簧，所述扭簧的旋向与圆轮的中心转轴平行，且扭簧的一端固定于大腿骨的末端、另一端固定于小腿的顶端，使膝关节有一定的初始角度，并且有效的减缓了机器人在腿模式下运动时撞击地面引起的振动。

进一步的，在本发明中，所述大腿上设置有过孔，所述绳索的自由端穿过过孔后与小腿固定从而带动小腿绕膝关节转动。小腿绕膝关节做抬升运动是通过第二动力机驱动绳索回收克服扭簧弹力实现的，而小腿绕膝关节做下放运动是通过第二动力机驱动绳索放出利用扭簧弹力实现的。

所述的应用于轮腿复合式机器人的轮腿机构的控制方法，该机构包括腿模式和轮模式两种运动模式，按照如下方式进行切换：当轮腿机构处于腿模式时，锁定第一动力机，启动第二动力机驱动转盘收缩绳索，抬升小腿至小腿完全位于大腿的圆轮的圆周内，实现从腿模式向轮模式切换；当轮腿机构处于轮模式时，锁定第一动力机，控制第二动力机驱动转盘放出绳索，放下小腿至自然状态，实现从轮模式向腿模式切换；所述腿模式下，协调控制第一动力机、第二动力机完成大腿、小腿的协调运动，实现轮腿机构的腿式运动；所述轮模式下，锁定第二动力机，控制第一动力机驱动大腿转动，实现腿轮机构的轮式运动。

有益效果：

本发明的轮腿机构，可以方便地实现轮腿模式的切换，进而实现两种模式下的相应运动。本发明的轮腿机构，动力机均安装在机体上，因此腿质量轻，这有效的减小了机器人在腿模式下运动时腿的转动惯量对机器人稳定性的影响。本发明的轮腿机构，在腿的膝关节上加了一对扭簧，有效的减缓了机器人在腿模式下运动时趾撞击地面引起的振动。本发明的轮腿机构，在不增加额外的轮结构和动力机的情况下实现轮腿复合式机器人的轮式运动，简化了轮腿复合式机器人的结构。

附图说明

图1是本发明的轮腿机构的示意图；

图2是本发明的轮腿机构在腿模式下的示意图；

图3是本发明的轮腿机构在轮模式下的示意图；

图4是本发明的轮腿机构构成的轮腿复合式机器人处于腿模式下的示意图；

图5是本发明的轮腿机构构成的轮腿复合式机器人处于轮模式下的示意图；

图6是本发明的轮腿机构另一种实现方式的示意图。

其中：102-机体，104-第一动力机，106-第二动力机，108-大腿，110-小腿，112-趾，114-转盘，115-过孔，116-绳索，118-铰接装置，120-扭簧，122-髋关节，126-膝关节，128-凸块，130-缺口，1-髋关节旋转方向，2-髋关节旋转方向，3-转盘旋转方向，4-转盘旋转方向，5-膝关节旋转方向，6-膝关节旋转方向。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示是本发明具体实施的轮腿机构的示意图。本发明中的轮腿机构包括第一动力机104、第二动力机106、大腿108、小腿110、趾112、转盘114、绳索116、铰接装置118和一对左右旋的扭簧120。