CN111942493A

CN111942493A - 一种主被动复合模式的四足越障机器人

Info

Publication number: CN111942493A
Application number: CN202010846258.9A
Authority: CN
Inventors: 班书昊; 李晓艳; 何云松
Original assignee: Changzhou University
Current assignee: Changzhou University
Priority date: 2020-08-21
Filing date: 2020-08-21
Publication date: 2020-11-17
Anticipated expiration: 2040-08-21
Also published as: CN111942493B

Abstract

本发明公开了一种主被动复合模式的四足越障机器人，属于越障机器人领域。它包括机器躯体，分别固定装设于机器躯体上的前部、后部的两组复合前腿和两组复合后腿；两组复合前腿分别装设于机器躯体的左右两侧，结构完全相同，均包括前足大腿、由L型折杆组成的前足小腿、越障电机、越障主动轮、越障从动轮、前进电机、前进主动轮、组合齿轮A、组合齿轮B、组合滚轮A、组合滚轮B、链条A和链条B；两组复合后腿分别装设于机器躯体的左右两侧，结构完全相同，均包括后足大腿、后足小腿、扭转螺旋弹簧、滚轮A和滚轮B。本发明是一种结构简单合理、具有高度越障稳定性、基于大小腿切换实现前腿主动越障、后腿被动越障的四足越障机器人。

Description

一种主被动复合模式的四足越障机器人

技术领域

本发明主要涉及越障机器人领域，特指一种主被动复合模式的四足越障机器人。

背景技术

随着工业化的进程，机器人得当了越来越广泛的应用。现有技术的机器人通常是行走于较为平坦的地面，即难于越过一些障碍物。然而，在特殊的工作环境中，代替人类工作的机器人需要攀越一些障碍物，例如安防消防机器人或者侦测机器人等。因此，设计一种具有高度稳定性行走的越障机器人具有十分重要的机器人。

发明内容

本发明需解决的技术问题是：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单合理、具有高度越障稳定性、基于大小腿切换实现前腿主动越障、后腿被动越障的四足越障机器人。

为了解决上述问题，本发明提出的解决方案为：一种主被动复合模式的四足越障机器人，包括机器躯体，分别固定装设于所述机器躯体上的前部、后部的两组复合前腿和两组复合后腿。

两组所述复合前腿分别装设于所述机器躯体的左右两侧，结构完全相同，均包括固定装设于所述机器躯体上的前足大腿，由L型折杆组成的前足小腿，固定装设于所述前足大腿上的越障电机，装设于所述越障电机输出轴上的越障主动轮，固定装设于所述前足小腿上与所述越障主动轮啮合传动的越障从动轮，固定装设于所述前足小腿上的前进电机，固定装设于所述前进电机输出轴上的前进主动轮，转动装设于所述前足小腿上且位于所述前进主动轮前后两侧的组合齿轮A和组合齿轮B，分别转动装设于所述前足小腿两端的组合滚轮A和组合滚轮B，链条A和链条B。

所述前足小腿与所述前足大腿的末端铰接装设，铰接点为所述越障从动轮的圆心；所述组合齿轮A和组合齿轮B结构完全相同，均由同轴同步转动的齿轮A和齿轮B组成，所述齿轮A与所述前进主动轮外啮合传动。

所述组合滚轮A和组合滚轮B结构完全相同，均由同轴同步转动的齿轮C和滚轮C组成。

所述组合齿轮A中的所述齿轮B与所述组合滚轮B中的所述齿轮C采用所述传动链条A相连；所述组合齿轮B中的所述齿轮B与所述组合滚轮A中的所述齿轮C采用所述链条B传动连接。

两组复合后腿分别装设于所述机器躯体的左右两侧，结构完全相同，均包括固定装设于所述机器躯体上的后足大腿，铰接装设于所述后足大腿末端的后足小腿，两端分别与所述后足大腿、所述后足小腿相连的扭转螺旋弹簧，转动装设于所述后足小腿下端的滚轮A，至少三个转动装设于所述后足小腿前侧的滚轮B，固定装设于所述后足大腿上的支架板，装设于所述支架板上的电磁铁；所述后足小腿沿铅垂方向设有销轴孔，所述电磁铁上固定装设有可沿铅垂方向***或退出所述销轴孔的销轴。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：本发明的一种主被动复合模式的四足越障机器人，设有复合前腿，通过转动前足小腿实现前腿主动越障功能；同时还设有复合后腿，利用复合后腿中的扭转螺旋弹簧和后足小腿的定轴转动，实现了后腿被动式越障；此外，本发明的复合后腿中还设有电磁铁和销轴，确保非越障时复合后腿行走的稳定性。由此可知，本发明是一种结构简单合理、具有高度越障稳定性、基于大小腿切换实现前腿主动越障、后腿被动越障的四足越障机器人。

附图说明

图1是本发明的一种主被动复合模式的四足越障机器人复合前腿越障后的结构原理示意图。

图2是本发明的一种主被动复合模式的四足越障机器人复合前腿越障前的结构示意图。

图3是本发明的一种主被动复合模式的四足越障机器人复合后腿越障过程中的结构原理示意图。

图中，1—机器躯体；10—障碍物；21—前足大腿；22—前足小腿；23—组合齿轮A；24—组合齿轮B；25—组合滚轮A；26—组合滚轮B；27—链条A；28—链条B；31—后足大腿；32—后足小腿；33—扭转螺旋弹簧；34—支架板；35—电磁铁；36—滚轮A；37—滚轮B；41—越障电机；42—越障主动轮；43—越障从动轮；44—前进电机；45—前进主动轮。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，本发明以一种主被动复合模式的四足越障机器人行进的方向为前后方向，与一种主被动复合模式的四足越障机器人行进方向垂直的方向为左右方向。

参见图1、图2和图3所示，本发明的一种主被动复合模式的四足越障机器人，包括机器躯体1，分别固定装设于机器躯体1上的前部、后部的两组复合前腿和两组复合后腿。

参见图1、图2和图3所示，两组复合前腿分别装设于机器躯体1的左右两侧，结构完全相同，均包括固定装设于机器躯体1上的前足大腿21，由L型折杆组成的前足小腿22，固定装设于前足大腿21上的越障电机41，装设于越障电机41输出轴上的越障主动轮42，固定装设于前足小腿22上与越障主动轮42啮合传动的越障从动轮43，固定装设于前足小腿22上的前进电机44，固定装设于前进电机44输出轴上的前进主动轮45，转动装设于前足小腿22上且位于前进主动轮45前后两侧的组合齿轮A23和组合齿轮B24，分别转动装设于前足小腿22两端的组合滚轮A25和组合滚轮B26，链条A27和链条B28。

参见图1、图2和图3所示，前足小腿22与前足大腿21的末端铰接装设，铰接点为越障从动轮43的圆心；组合齿轮A23和组合齿轮B24结构完全相同，均由同轴同步转动的齿轮A和齿轮B组成，齿轮A与前进主动轮45外啮合传动。

参见图1、图2和图3所示，组合滚轮A25和组合滚轮B26结构完全相同，均由同轴同步转动的齿轮C和滚轮C组成。

参见图1、图2和图3所示，组合齿轮A23中的齿轮B与组合滚轮B26中的齿轮C采用传动链条A27相连；组合齿轮B24中的齿轮B与组合滚轮A25中的齿轮C采用链条B28传动连接。

参见图1、图2和图3所示，两组复合后腿分别装设于机器躯体1的左右两侧，结构完全相同，均包括固定装设于机器躯体1上的后足大腿31，铰接装设于后足大腿31末端的后足小腿32，两端分别与后足大腿31、后足小腿32相连的扭转螺旋弹簧33，转动装设于后足小腿32下端的滚轮A36，至少三个转动装设于后足小腿32前侧的滚轮B37，固定装设于后足大腿31上的支架板34，装设于支架板34上的电磁铁35；后足小腿32沿铅垂方向设有销轴孔，电磁铁35上固定装设有可沿铅垂方向***或退出销轴孔的销轴。

本发明的工作过程如下：在没有遇到障碍物10前，前足小腿22成“7”字型，此时组合滚轮A25与地面接触；当复合前腿遇到障碍物10时，越障电机41正向转动，带动越障主动轮42转动，进而带动越障从动轮43和前足小腿22逆时针方向转动，直至组合滚轮B26越过障碍物10接触地面。电磁体35通电，使得销轴从到后足小腿32上的销轴孔中退出，以便后足小腿32能够绕后足大腿31转动。

组合滚轮B26越过障碍物10接触地面后，前进电机44正向转动，带动前进主动轮45正向转动，进而带动组合齿轮A23转动，并通过连接A27带动组合滚轮B26转动，进而使得组合滚轮B26中的滚轮C沿地面滚动前进。

组合滚轮B26中的滚轮C沿地面滚动前进，通过机器躯体1带动复合后腿上的滚轮A36沿地面滚动，直至复合后腿遇到障碍物10。

复合后腿遇到障碍物10后，由于组合滚轮B26中的滚轮C继续向前滚动，从而使得障碍物10挤压后足小腿32，从而使得后足小腿32相对于后足大腿31逆时针方向转动，与此同时扭转螺旋弹簧33发生压缩变形，储存弹性势能。

由于扭转螺旋弹簧33发生压缩变形，从而使得后足小腿32上的滚轮B始终与障碍物10接触，并沿障碍物10滚动，直至复合后腿越过障碍物10。

复合后腿越过障碍物10后，复合后腿在扭转螺旋弹簧33的作用下恢复到初始状态，即后足小腿32和后足大腿31沿铅垂方向。电磁体35断电，使得销轴***到后足小腿32上的销轴孔中，从而保证地面不平时，后足小腿32不会绕后足大腿31转动。

在没有障碍物的地面行走时，首先越障电机41反向转动，使得复合前腿中的组合滚轮A25与地面接触；电磁体35断电，使得销轴***到后足小腿32上的销轴孔中；然后前进电机44正向转动，带动前进主动轮45正向转动，进而带动组合齿轮B24转动，并通过连接B28带动组合滚轮A25转动，进而使得组合滚轮A25中的滚轮C沿地面滚动前进，机器躯体1拉动滚轮A36沿地面滚动，实现无越障时的前进。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应该属于本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种主被动复合模式的四足越障机器人，包括机器躯体（1），分别固定装设于所述机器躯体（1）上的前部、后部的两组复合前腿和两组复合后腿，其特征在于：

两组所述复合前腿分别装设于所述机器躯体（1）的左右两侧，结构完全相同，均包括固定装设于所述机器躯体（1）上的前足大腿（21），由L型折杆组成的前足小腿（22），固定装设于所述前足大腿（21）上的越障电机（41），装设于所述越障电机（41）输出轴上的越障主动轮（42），固定装设于所述前足小腿（22）上与所述越障主动轮（42）啮合传动的越障从动轮（43），固定装设于所述前足小腿（22）上的前进电机（44），固定装设于所述前进电机（44）输出轴上的前进主动轮（45），转动装设于所述前足小腿（22）上且位于所述前进主动轮（45）前后两侧的组合齿轮A（23）和组合齿轮B（24），分别转动装设于所述前足小腿（22）两端的组合滚轮A（25）和组合滚轮B（26），链条A（27）和链条B（28）；

所述前足小腿（22）与所述前足大腿（21）的末端铰接装设，铰接点为所述越障从动轮（43）的圆心；所述组合齿轮A（23）和组合齿轮B（24）结构完全相同，均由同轴同步转动的齿轮A和齿轮B组成，所述齿轮A与所述前进主动轮（45）外啮合传动；

所述组合滚轮A（25）和组合滚轮B（26）结构完全相同，均由同轴同步转动的齿轮C和滚轮C组成；

所述组合齿轮A（23）中的所述齿轮B与所述组合滚轮B（26）中的所述齿轮C采用所述传动链条A（27）相连；所述组合齿轮B（24）中的所述齿轮B与所述组合滚轮A（25）中的所述齿轮C采用所述链条B（28）传动连接；

两组复合后腿分别装设于所述机器躯体（1）的左右两侧，结构完全相同，均包括固定装设于所述机器躯体（1）上的后足大腿（31），铰接装设于所述后足大腿（31）末端的后足小腿（32），两端分别与所述后足大腿（31）、所述后足小腿（32）相连的扭转螺旋弹簧（33），转动装设于所述后足小腿（32）下端的滚轮A（36），至少三个转动装设于所述后足小腿（32）前侧的滚轮B（37），固定装设于所述后足大腿（31）上的支架板（34），装设于所述支架板（34）上的电磁铁（35）；所述后足小腿（32）沿铅垂方向设有销轴孔，所述电磁铁（35）上固定装设有可沿铅垂方向***或退出所述销轴孔的销轴。