CN109018055B - 六轮足式机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种六轮足式机器人，包括车架本体、设置于车架本体上的轮足式运动支链、设置于所述车架本体上且可在折叠状态与展开状态之间进行切换的太阳能发电装置、机械手臂和设置于车架本体上且用于控制机械手臂沿第一方向进行移动的驱动装置。本发明的六轮足式机器人，通过6个结构相同的轮足式运动支链，解决了移动行走机器人不能兼顾结构简单、灵活性和快速性的问题，拓宽了此机器人的应用场合，实现了高效性和实用性；通过可折叠的太阳能发电装置保证了机器人在特殊条件下可自行获取能源，占用空间小，具有很强的实用性。

Description

六轮足式机器人

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体地说，本发明涉及一种六轮足式机器人。

背景技术

现有机器人的行走机构按移动方式大致可以分为轮式、腿式和履带式等。然而都各有弊端，轮式结构速度快，控制灵活，但越障能力有限；腿式结构适应能力强，但控制复杂，而且不适于对灵活性、快速性要求高的场合；履带式结构重量大，能耗高。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种六轮足式机器人。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：六轮足式机器人，包括车架本体、设置于车架本体上的轮足式运动支链、设置于所述车架本体上且可在折叠状态与展开状态之间进行切换的太阳能发电装置、机械手臂和设置于车架本体上且用于控制机械手臂沿第一方向进行移动的驱动装置。

所述太阳能发电装置包括第一太阳能电池板、与第一太阳能电池板转动连接的第二太阳能电池板和设置于第一太阳能电池板上且用于控制第二太阳能电池板进行旋转的第二舵机。

所述第一太阳能电池板与所述车架本体转动连接，第一太阳能电池板的旋转中心线与第二太阳能电池板的旋转中心线相平行且第一太阳能电池板的旋转中心线与第一方向相垂直。

所述太阳能发电装置还包括设置于所述车架本体上且用于控制所述第一太阳能电池板进行旋转的第一舵机。

所述太阳能发电装置设置两个，两个太阳能发电装置设置于所述车架本体的相对两端。

所述驱动装置包括设置于所述车架本体上且用于起导向作用的滑轨、设置于滑轨上的支座、可旋转的设置于支座上的丝杠、套设于丝杠上且与滑轨为滑动连接的螺母座和与丝杠连接的驱动电机，螺母座与丝杠构成螺旋传动，所述机械手臂设置于螺母座上，丝杠的轴线与所述第一方向相平行。

所述机械手臂包括与所述驱动装置连接的第一臂部舵机、与第一臂部舵机连接且可旋转的第一机械臂、设置于第一机械臂上的第二臂部舵机、与第二臂部舵机连接且可旋转的第二机械臂、设置于第二机械臂上的第三臂部舵机、与第三臂部舵机连接且可旋转的第三机械臂、设置于第三机械臂上的第四臂部舵机和与第四臂部舵机连接且用于拾取物体的末端执行器，末端执行器可旋转。

所述末端执行器包括与所述第四臂部舵机连接的执行器底座、可旋转的设置于执行器底座上的两个驱动杆、与驱动杆转动连接的夹爪、与夹爪和驱动杆转动连接的连杆以及设置于执行器底座上且与其中一个驱动杆连接的第五臂部舵机。

所述轮足式运动支链设置六个，轮足式运动支链包括与所述车架本体连接的第一足部舵机、与第一足部舵机连接且可旋转的第一支腿、设置于第一支腿上的第二足部舵机、与第二足部舵机连接且可旋转的第二支腿、设置于第二支腿上的足部电机和与足部电机连接且可旋转的驱动轮。

所述六轮足式机器人还包括运载平台以及与运载平台和所述车架本体连接的减振器，减振器设置多个。

本发明的六轮足式机器人，通过6个结构相同的轮足式运动支链，解决了移动行走机器人不能兼顾结构简单、灵活性和快速性的问题，拓宽了此机器人的应用场合，实现了高效性和实用性；通过可折叠的太阳能发电装置保证了机器人在特殊条件下可自行获取能源，占用空间小，具有很强的实用性；此外，该六轮足式机器人结构紧凑，装置设计合理可靠，操作简单方便。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是本发明六轮足式机器人的结构示意图；

图2是太阳能发电装置的结构示意图；

图3是机械手臂的结构示意图；

图4是轮足式运动支链的结构示意图；

图5是运载平台与减振器的连接示意图；

图中标记为：1、车架本体；2、机械手臂；201、第一臂部舵机；202、第一机械臂；203、第二臂部舵机；204、第二机械臂；205、第三臂部舵机；206、第三机械臂；207、第四臂部舵机；208、执行器底座；209、驱动杆；210、夹爪；211、连杆；212、第五臂部舵机；3、轮足式运动支链；301、第一足部舵机；302、第一支腿；303、第二足部舵机；304、第二支腿；305、足部电机；306、驱动轮；4、太阳能发电装置；401、第一太阳能电池板；402、第二太阳能电池板；403、第一舵机；404、第二舵机；5、运载平台；6、减振器；7、驱动电机；8、丝杠；9、滑轨；10、支座；11、螺母座。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

如图1至图5所示，本发明提供了一种六轮足式机器人，包括车架本体1、设置于车架本体1上的轮足式运动支链3、设置于车架本体1上且可在折叠状态与展开状态之间进行切换的太阳能发电装置4、用于拾取物体的机械手臂2和设置于车架本体1上且用于控制机械手臂2沿第一方向进行移动的驱动装置。

具体地说，如图1和图2所示，太阳能发电装置4用于发电，车架本体1上设有用于存储电能的蓄电池(图中未示出)，太阳能发电装置4与蓄电池为电连接，蓄电池为轮足式运动支链3、驱动装置和机械手臂2提供电能。太阳能发电装置4处于展开状态时，增加了有效工作面积，提高了发电功率和太阳能利用率，有效保证了机械人的正常工作。太阳能发电装置4处于折叠状态时，占用空间小，结构紧凑，减小了机器人整体体积，便于机械人的行走。

如图1和图2所示，太阳能发电装置4包括第一太阳能电池板401、与第一太阳能电池板401转动连接的第二太阳能电池板402、设置于车架本体1上且用于控制第一太阳能电池板401进行旋转的第一舵机403和设置于第一太阳能电池板401上且用于控制第二太阳能电池板402进行旋转的第二舵机404。第一太阳能电池板401与车架本体1转动连接，第一太阳能电池板401的旋转中心线与第二太阳能电池板402的旋转中心线相平行且第一太阳能电池板401的旋转中心线与第一方向相垂直，第一太阳能电池板401的旋转中心线与第二方向相平行，第一方向与车架本体1的长度方向相平行，第二方向与车架本体1的宽带方向相平行，第一方向与第二方向相垂直。第一太阳能电池板401和第二太阳能电池板402是通过吸收太阳光，将太阳辐射能转换成电能的部件。第一太阳能电池板401相对于车架本体1可以上下旋转，第一舵机403是控制第一太阳能电池板401进行旋转的部件，第一舵机403固定设置在车架本体1上，第一舵机403的输出轴与第一太阳能电池板401固定连接。第一太阳能电池板401的一端通过转轴安装在车架本体1上且第一太阳能电池板401的该端与第一舵机403的输出轴连接，第一太阳能电池板401的另一端与第二太阳能电池板402的一端转动连接。第二太阳能电池板402相对于第一太阳能电池板401可以上下旋转，第二舵机404是控制第二太阳能电池板402进行旋转的部件，第二舵机404安装在第一太阳能电池板401上，第二舵机404的输出轴与第二太阳能电池板402固定连接。太阳能发电装置4处于折叠状态时，第一太阳能电池板401与第二太阳能电池板402之间的夹角为0度，第一太阳能电池板401与第二太阳能电池板402处于层叠状态，结构紧凑，占用空间小；太阳能发电装置4处于展开状态时，第一太阳能电池板401与第二太阳能电池板402之间的夹角最大为180度，第一太阳能电池板401朝向车架本体1的外侧伸出，第二太阳能电池板402朝向第一太阳能电池板401的外侧伸出，增加了有效工作面积，而且通过第一舵机403和第二舵机404的控制，第一太阳能电池板401与车架本体1之间的角度、第一太阳能电池板401与第二太阳能电池板402的之间的角度均可调整，以适于光照方向的改变。

作为优选的，如图1所示，太阳能发电装置4设置两个，两个太阳能发电装置4设置于车架本体1的相对两端，其中一个太阳能发电装置4设置于车架本体1的长度方向上的一端，另一个太阳能发电装置4设置于车架本体1的长度方向上的另一端。

如图1和图3所示，驱动装置包括设置于车架本体1上且用于起导向作用的滑轨9、设置于滑轨9上的支座10、可旋转的设置于支座10上的丝杠8、套设于丝杠8上且与滑轨9为滑动连接的螺母座11和与丝杠8连接的驱动电机7，螺母座11与丝杠8为螺纹连接，螺母座11与丝杠8构成螺旋传动，机械手臂2设置于螺母座11上，丝杠8的轴线与第一方向相平行。滑轨9固定设置在车架本体1的顶面上，滑轨9的长度方向与第一方向相平行，滑轨9具有让螺母座11嵌入的导向槽，螺母座11与滑轨9为滑动连接。支座10设置两个，两个支座10分别与滑轨9的长度方向上的一端固定连接且支座10朝向滑轨9的上方伸出，两个支座10对丝杠8提供支撑作用，驱动电机7固定设置在其中一个支座10上，驱动电机7的电机轴与丝杠8固定连接，驱动电机7运转，驱动丝杠8做旋转运动，丝杠8驱动螺母座11在滑轨9上沿第一方向做直线往复运动，机械手臂2与螺母座11同步运动。采用丝杠螺母机构，使得机械手臂2的位置调节为无级调节，可以使机械手臂2停留在任意位置，而且可以在任意位置锁止，易于与需拾取的物体的位置对齐，适应性好。

如图1和图3所示，机械手臂2包括与驱动装置连接的第一臂部舵机201、与第一臂部舵机201连接且可旋转的第一机械臂202、设置于第一机械臂202上的第二臂部舵机203、与第二臂部舵机203连接且可旋转的第二机械臂204、设置于第二机械臂204上的第三臂部舵机205、与第三臂部舵机205连接且可旋转的第三机械臂206、设置于第三机械臂206上的第四臂部舵机207和与第四臂部舵机207连接且用于拾取物体的末端执行器，末端执行器可旋转。第一臂部舵机201固定安装在驱动装置的螺母座11上，第一臂部舵机201是控制第一机械臂202进行旋转的部件，第一机械臂202的旋转中心线与第一方向相平行，第一机械臂202可以上下旋转，第一机械臂202的长度方向上的一端与第一臂部舵机201的输出轴固定连接，第二臂部舵机203固定设置在第一机械臂202的长度方向上的另一端，第一机械臂202的长度方向与第一方向相垂直，第一机械臂202位于车架本体1的上方。第二臂部舵机203固定安装在第一机械臂202上，第二臂部舵机203是控制第二机械臂204进行旋转的部件，第二机械臂204的旋转中心线与第一方向相垂直，第二机械臂204位于第一臂部舵机201的上方，第二机械臂204的一端与第二臂部舵机203的输出轴固定连接，第三臂部舵机205固定设置在第二机械臂204的另一端。第三臂部舵机205固定安装在第二机械臂204上，第三臂部舵机205是控制第三机械臂206进行旋转的部件，第三机械臂206的旋转中心线与第一方向相垂直，第三机械臂206也位于第一臂部舵机201的上方，第三机械臂206的一端与第三臂部舵机205的输出轴固定连接，第四臂部舵机207固定设置在第三机械臂206的另一端。第四臂部舵机207固定安装在第三机械臂206上，第四臂部舵机207是控制末端执行器进行旋转的部件，末端执行器的旋转中心线与第三机械臂206的旋转中心线相垂直且末端执行器的旋转中心线与第一方向相垂直。

图1和图3所示，末端执行器包括与第四臂部舵机207连接的执行器底座208、可旋转的设置于执行器底座208上的两个驱动杆209、与驱动杆209转动连接的夹爪210、与夹爪210和驱动杆209转动连接的连杆211以及设置于执行器底座208上且与其中一个驱动杆209连接的第五臂部舵机212，执行器底座208与第四臂部舵机207的输出轴固定连接，第五臂部舵机212固定设置在执行器底座208上。驱动杆209设置两个，两个驱动杆209为可旋转的设置于执行器底座208上且驱动杆209相对于执行器底座208进行转动时的旋转中心线与末端执行器的旋转中心线相垂直。两个驱动杆209的一端通过转轴安装到执行器底座208上，两个驱动杆209上设有相互啮合的扇形齿段，其中一个驱动杆209由第五臂部舵机212驱动进行转动，通过齿轮啮合，从而可以带动另一个驱动杆209同步转动，两个驱动杆209的旋转角度大小相同。两个驱动杆209的另一端分别与一个夹爪210转动连接，夹爪210设置两个且两个夹爪210相配合用于夹紧物体，夹爪210相对于驱动杆209进行转动时的旋转中心线与驱动杆209相对于执行器底座208进行转动时的旋转中心线相平行，夹爪210朝向驱动杆209的外侧伸出。连杆211设置两个，两个连杆211的一端分别与一个夹爪210转动连接，两个连杆211的另一端与执行器底座208转动连接，连杆211是在夹爪210的长度方向上的两端之间的位置处与夹爪210转动连接，两个连杆211是位于两个驱动杆209之间，驱动杆209、夹爪210和连杆211构成双摇杆机构。第五臂部舵机212控制驱动杆209转动，驱动杆209驱动两个夹爪210同步转动，进行张开和夹紧动作，抓取物体。上述结构的机械手臂2可在车架上一定范围上移动，工作更加灵活方便。

如图1和图4所示，轮足式运动支链3包括与车架本体1连接的第一足部舵机301、与第一足部舵机301连接且可旋转的第一支腿302、设置于第一支腿302上的第二足部舵机303、与第二足部舵机303连接且可旋转的第二支腿304、设置于第二支腿304上的足部电机305和与足部电机305连接且可旋转的驱动轮306。第一足部舵机301固定安装在车架本体1上，第一足部舵机301位于车架本体1的下方，第一足部舵机301是控制第一支腿302进行旋转的部件，第一支腿302的旋转中心线与第一方向相平行，第一支腿302可以上下旋转，第一支腿302的长度方向上的一端与第一足部舵机301的输出轴固定连接，第二足部舵机303固定设置在第一支腿302的长度方向上的另一端，第一支腿302的长度方向与第二方向相垂直，第一支腿302位于车架本体1的下方。第二足部舵机303固定安装在第一支腿302上，第二足部舵机303位于车架本体1的下方，第二足部舵机303是控制第二支腿304进行旋转的部件，第二支腿304的旋转中心线与第二方向相垂直，第二支腿304的长度方向上的一端与第二足部舵机303的输出轴固定连接，足部电机305固定设置在第二支腿304的长度方向上的另一端，第二支腿304的长度方向与第二方向相垂直，第二支腿304位于车架本体1的下方。足部电机305固定安装在第二支腿304上，足部电机305位于车架本体1的下方，足部电机305是控制驱动轮306进行旋转的部件，驱动轮306与足部电机305的电机轴固定连接。驱动轮306为圆柱体，足部电机305的电机轴是在驱动轮306的中心处与驱动轮306固定连接，驱动轮306的外圆面用于接触地面。足部电机305运转后，驱动轮306进行旋转，产生驱动机器人进行移动的驱动力。上述结构的轮足式运动支链3在一定场合中可弥补足式机器人在速度上的不足，同时也保留了在复杂地形下的越障能力。

如图1所示，轮足式运动支链3设置六个，六个轮足式运动支链3分布在六个位置且六个轮足式运动支链3呈两列进行布置，各列具有三个轮足式运动支链3，各列的三个轮足式运动支链3为沿第一方向依次布置。

如图1和图5所示，本发明的六轮足式机器人还包括运载平台5以及与运载平台5和车架本体1连接的减振器6，减振器6设置多个。运载平台5是用于装载需转运的物体，运载平台5具有容纳物体的容置腔，运载平台5位于车架本体1的上方，减振器6用于对运载平台5提供支撑作用，减振器6和运载平台5位于驱动装置的同一侧。减振器6起到减振作用，减振器6上设有减振弹簧，减振器6的上端与运载平台5转动连接，减振器6的下端与车架本体1转动连接。减振器6优选为双向作用筒式减振器，其结构如同本领域技术人员所公知的那样，在此不再赘述。在本实施例中，减振器6共设置四个，四个减振器6呈矩形分布。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.六轮足式机器人，包括车架本体和设置于车架本体上的轮足式运动支链，其特征在于：还包括设置于所述车架本体上且可在折叠状态与展开状态之间进行切换的太阳能发电装置、机械手臂和设置于车架本体上且用于控制机械手臂沿第一方向进行移动的驱动装置、运载平台以及与运载平台和所述车架本体连接的减振器，减振器设置多个；

所述太阳能发电装置包括第一太阳能电池板、与第一太阳能电池板转动连接的第二太阳能电池板、设置于车架本体上且用于控制所述第一太阳能电池板进行旋转的第一舵机和设置于第一太阳能电池板上且用于控制第二太阳能电池板进行旋转的第二舵机；

所述第一太阳能电池板与所述车架本体转动连接，第一太阳能电池板的旋转中心线与第二太阳能电池板的旋转中心线相平行且第一太阳能电池板的旋转中心线与第一方向相垂直；第一太阳能电池板相对于车架本体能够上下旋转，第一舵机固定设置在车架本体上，第一舵机的输出轴与第一太阳能电池板固定连接；第一太阳能电池板的一端通过转轴安装在车架本体上且第一太阳能电池板的该端与第一舵机的输出轴连接，第一太阳能电池板的另一端与第二太阳能电池板的一端转动连接；第二太阳能电池板相对于第一太阳能电池板能够上下旋转，第二舵机安装在第一太阳能电池板上，第二舵机的输出轴与第二太阳能电池板固定连接；

太阳能发电装置处于折叠状态时，第一太阳能电池板与第二太阳能电池板之间的夹角为0度，第一太阳能电池板与第二太阳能电池板处于层叠状态；太阳能发电装置处于展开状态时，第一太阳能电池板与第二太阳能电池板之间的夹角最大为180度，第一太阳能电池板朝向车架本体的外侧伸出，第二太阳能电池板朝向第一太阳能电池板的外侧伸出；

所述驱动装置包括设置于所述车架本体上且用于起导向作用的滑轨、设置于滑轨上的支座、可旋转的设置于支座上的丝杠、套设于丝杠上且与滑轨为滑动连接的螺母座和与丝杠连接的驱动电机，螺母座与丝杠构成螺旋传动，所述机械手臂设置于螺母座上，丝杠的轴线与所述第一方向相平行；滑轨固定设置在车架本体的顶面上，滑轨的长度方向与第一方向相平行，滑轨具有让螺母座嵌入的导向槽，螺母座与滑轨为滑动连接；支座设置两个，两个支座分别与滑轨的长度方向上的一端固定连接且支座朝向滑轨的上方伸出，两个支座对丝杠提供支撑作用，驱动电机固定设置在其中一个支座上，驱动电机的电机轴与丝杠固定连接，驱动电机运转，驱动丝杠做旋转运动，丝杠驱动螺母座在滑轨上沿第一方向做直线往复运动，机械手臂与螺母座同步运动；

所述机械手臂包括与所述驱动装置连接的第一臂部舵机、与第一臂部舵机连接且可旋转的第一机械臂、设置于第一机械臂上的第二臂部舵机、与第二臂部舵机连接且可旋转的第二机械臂、设置于第二机械臂上的第三臂部舵机、与第三臂部舵机连接且可旋转的第三机械臂、设置于第三机械臂上的第四臂部舵机和与第四臂部舵机连接且用于拾取物体的末端执行器，末端执行器可旋转；

第一臂部舵机固定安装在驱动装置的螺母座上，第一臂部舵机是控制第一机械臂进行旋转的部件，第一机械臂的旋转中心线与第一方向相平行，第一机械臂可以上下旋转，第一机械臂的长度方向上的一端与第一臂部舵机的输出轴固定连接，第二臂部舵机固定设置在第一机械臂的长度方向上的另一端，第一机械臂的长度方向与第一方向相垂直，第一机械臂位于车架本体的上方；第二臂部舵机固定安装在第一机械臂上，第二臂部舵机是控制第二机械臂进行旋转的部件，第二机械臂的旋转中心线与第一方向相垂直，第二机械臂位于第一臂部舵机的上方，第二机械臂的一端与第二臂部舵机的输出轴固定连接，第三臂部舵机固定设置在第二机械臂的另一端；第三臂部舵机固定安装在第二机械臂上，第三臂部舵机是控制第三机械臂进行旋转的部件，第三机械臂的旋转中心线与第一方向相垂直，第三机械臂也位于第一臂部舵机的上方，第三机械臂的一端与第三臂部舵机的输出轴固定连接，第四臂部舵机固定设置在第三机械臂的另一端；第四臂部舵机固定安装在第三机械臂上，第四臂部舵机是控制末端执行器进行旋转的部件，末端执行器的旋转中心线与第三机械臂的旋转中心线相垂直且末端执行器的旋转中心线与第一方向相垂直；

所述末端执行器包括与所述第四臂部舵机连接的执行器底座、可旋转的设置于执行器底座上的两个驱动杆、与驱动杆转动连接的夹爪、与夹爪和驱动杆转动连接的连杆以及设置于执行器底座上且与其中一个驱动杆连接的第五臂部舵机；

所述轮足式运动支链设置六个，轮足式运动支链包括与所述车架本体连接的第一足部舵机、与第一足部舵机连接且可旋转的第一支腿、设置于第一支腿上的第二足部舵机、与第二足部舵机连接且可旋转的第二支腿、设置于第二支腿上的足部电机和与足部电机连接且可旋转的驱动轮；

第一足部舵机固定安装在车架本体上，第一足部舵机位于车架本体的下方，第一足部舵机是控制第一支腿进行旋转的部件，第一支腿的旋转中心线与第一方向相平行，第一支腿能够上下旋转，第一支腿的长度方向上的一端与第一足部舵机的输出轴固定连接，第二足部舵机固定设置在第一支腿的长度方向上的另一端，第一支腿的长度方向与第二方向相垂直，第一支腿位于车架本体的下方；第二足部舵机固定安装在第一支腿上，第二足部舵机位于车架本体的下方，第二足部舵机是控制第二支腿进行旋转的部件，第二支腿的旋转中心线与第二方向相垂直，第二支腿的长度方向上的一端与第二足部舵机的输出轴固定连接，足部电机固定设置在第二支腿的长度方向上的另一端，第二支腿的长度方向与第二方向相垂直，第二支腿位于车架本体的下方；足部电机固定安装在第二支腿上，足部电机位于车架本体的下方，足部电机是控制驱动轮进行旋转的部件，驱动轮与足部电机的电机轴固定连接；驱动轮为圆柱体，足部电机的电机轴是在驱动轮的中心处与驱动轮固定连接，驱动轮的外圆面用于接触地面；足部电机运转后，驱动轮进行旋转，产生驱动机器人进行移动的驱动力。

2.根据权利要求1所述的六轮足式机器人，其特征在于：所述太阳能发电装置设置两个，两个太阳能发电装置设置于所述车架本体的相对两端。

3.根据权利要求1所述的六轮足式机器人，其特征在于：所述运载平台具有容纳物体的容置腔，运载平台位于车架本体的上方，减振器用于对运载平台提供支撑作用，减振器和运载平台位于驱动装置的同一侧；减振器为双向作用筒式减振器，减振器的上端与运载平台转动连接，减振器的下端与车架本体转动连接。

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