CN113844566B - 自主切换动力的轮足式机器人腿部结构及轮足式机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自主切换动力的轮足式机器人腿部结构，包括动力切换辅助块、动力机构、大腿机构、小腿机构、轮式机构；公开了一种轮足式机器人，包括腿部结构、机器人主体结构。本发明通过两个动力源共同作用，在实现腿部整体转动的同时，还可以实现足式运动和轮式运动之间的切换，通过足式运动使机器人能在泥泞和崎岖的地形中稳定前行、跨越障碍，通过轮式运动能在平坦的路面上快速前进，轮式运动和足式运动相互配合，使机器人可以很好地适应各种复杂的工作环境，提高工作效率；相对于传统的轮足式化机器人来讲，本发明机器人的轮式运动和足式运动仅需要一个动力源提供动力，有效地降低了机器人的重量和成本。

Description

自主切换动力的轮足式机器人腿部结构及轮足式机器人

技术领域

本发明涉及一种自主切换动力的轮足式机器人腿部结构及轮足式机器人，属于机器人技术领域。

背景技术

轮足式机器人是当今机器人领域最前沿的方向之一，它兼有足式机器人和轮式机器人的优点，能在泥泞和崎岖的地形中稳定前行、跨越障碍，又能在平坦的路面上快速前进，可以很好地适应各种复杂的工作环境；其次，目前市场上绝大多数轮足式机器人都不具有动力切换的功能，足式运动和轮式运动分别用一个电机来提供动力，这样增加了机器人的重量和成本。

发明内容

本发明提供了一种自主切换动力的轮足式机器人腿部结构，通过两个动力源实现了腿部的转动，同时能实现足式运动和轮式运动之间的切换；进一步地通过该腿部结构建了轮足式机器人，从而可以以轮式和足式两种不同的运动方式进行切换行走。

本发明的技术方案是：一种自主切换动力的轮足式机器人腿部结构，包括动力切换辅助块2、动力机构3、大腿机构4、小腿机构5、轮式机构6；所述动力机构3包括两个动力源：第一动力源用于带动小腿机构5、轮式机构6随大腿机构4转动，带动大腿机构4与动力切换辅助块2接触，辅助第二动力源实现将大腿机构4带动轮式机构6的转动切换为大腿机构4带动小腿机构5的转动；第二动力源用于驱动大腿机构4带动小腿机构5的转动进行足式运动/驱动大腿机构4带动轮式机构6的转动进行轮式运动；用于驱动大腿机构4带动小腿机构5的转动进行抬升实现将大腿机构4带动小腿机构5的转动切换为大腿机构4带动轮式机构6的转动。

所述动力机构3将大腿电机7作为第一动力源，将小腿及轮式电机11作为第二动力源，大腿电机7的输出端经电机连接器10与小腿及轮式电机11连接，小腿及轮式电机11为动力输出轴12提供动力。

所述大腿机构4通过动力机构3中小腿及轮式电机11提供动力，驱动转杆上端同步带轮17转动，再通过同步带18将动力传到转杆下端同步带轮19，从而带动动力传动齿轮28转动，动力传动齿轮28用于与小腿机构5中小腿动力齿轮68啮合实现足式运动，用于与轮式机构6中轮式动力齿轮75啮合实现轮式运动；

通过动力机构3中大腿电机7提供动力，使大腿机构4沿B方向转动，进而大腿撞块24与动力切换辅助块2的接触，该接触力使转杆23沿A方向转动，实现动力传动齿轮28与小腿动力齿轮68啮合，为足式运动提供动力，且通过转杆23沿A方向转动，换向杆43将力传递到换向齿轮42使换向齿轮42沿B方向转动，进而带动齿条37运动；当齿条37的伸出端受到来自小腿机构5中小腿撞块65的推力时，齿条37运动带动换向齿轮42沿A方向转动，换向杆43将力传递到转杆23使转杆23沿B方向转动，从而使动力传动齿轮28与轮式动力齿轮75啮合，为轮式运动提供动力；其中A方向为顺时针，则B方向为逆时针；或者A方向为逆时针，B方向为顺时针；

大腿机构4中的弹力***在动力切换过程中先被压缩再恢复至原始状态，滑动板32一侧的滑动轴50先沿着滑动轨道53向下滑动再向上滑动，滑动板32另一侧的转杆限位轴52先与转杆定位孔后端30配合再与转杆定位孔前端29配合，实现动力传动齿轮28与小腿动力齿轮68啮合，或者滑动板32另一侧的转杆限位轴52先与转杆定位孔前端29配合再与转杆定位孔后端30配合，实现动力传动齿轮28与轮式动力齿轮75啮合；其中转杆定位孔后端30指向转杆定位孔前端29的方向为B方向。

所述大腿机构4包括大腿上端外壳14、大腿下端外侧板16、转杆上端同步带轮17、同步带18、转杆下端同步带轮19、大腿下端内侧板20、动力输出轴轴承21、转杆23、大腿撞块24、动力传动轴26、动力传动轴轴承27、动力传动齿轮28、滑动板32、弹力***固定板33、换向辅助圆筒36、齿条37、齿条导轨38、换向齿轮42、换向杆43、换向杆末端轴承46、换向齿轮轴承47、换向杆前端轴承49、滑动轴50、弹力***定位轴51、转杆限位轴52、滑动轨道53、弹力***、滑动轴螺母85；所述大腿上端外壳14一端与动力机构3中小腿及轮式电机11固定连接，大腿下端外侧板16、大腿下端内侧板20共同与大腿上端外壳14另一端固定连接；转杆23与动力输出轴轴承21组成转动副，动力输出轴轴承21内圈与动力输出轴12配合，转杆23一端通过动力输出轴12的轴肩定位且与动力输出轴轴承21外圈配合；转杆上端同步带轮17与动力输出轴12另一端固定连接，转杆上端同步带轮17通过同步带18将动力传递到转杆下端同步带轮19，从而带动动力传动轴26的转动；动力传动齿轮28安装在动力传动轴26一端，动力传动轴轴承27内圈与动力传动轴26、动力传动轴轴承27外圈与转杆23另一端配合，转杆下端同步带轮19与动力传动轴26固定连接，实现同步带18将动力经动力传动轴26传递到动力传动齿轮28，带动动力传动齿轮28的转动；大腿撞块24一端与转杆23固定连接，大腿撞块24另一端从大腿上端外壳14伸出，通过大腿撞块24与动力切换辅助块2的接触力使转杆23沿A方向转动；弹力***固定板33与大腿下端内侧板20固定连接，弹力***中一个弹力***安装座54的另一端与弹力***固定板33上的轴配合，用弹力***挡圈45实现限位；滑动板32一侧的滑动轴50***大腿下端内侧板20上的滑动轨道53且滑动轴50的末端用滑动轴螺母85实现限位，滑动板32另一侧的弹力***定位轴51与弹力***中另一个弹力***安装座54的另一端配合，滑动板32另一侧的转杆限位轴52***转杆23上的弧形定位孔；齿条导轨38与大腿下端内侧板20固定连接，齿条37与齿条导轨38配合构成移动副；换向齿轮42、换向齿轮轴承47与大腿下端内侧板20上凸起的轴配合构成一个转动副；换向杆43一端与换向杆前端轴承49配合后将换向杆43与换向齿轮42连接在一起，构成一个转动副，换向杆43末端与换向杆末端轴承46配合后通过将换向杆43与转杆23连接在一起，转杆23与换向杆43之间使用换向辅助圆筒36辅助连接。

所述弹力***包括两个弹力***安装座54、弹力***螺母55、两个弹簧安装座56、弹簧57和弹力***螺栓58，两个弹力***安装座54的一端与两个弹簧安装座56分别通过螺纹固定连接形成空腔，为弹簧57压缩时提供弹力***螺栓58移动的空间，弹簧57通过弹力***螺栓58和弹力***螺母55安装在两个弹簧安装座56之间且弹簧57正常状态下通过弹力***螺栓58的头部和弹力***螺母55限位。

所述小腿机构5通过大腿机构4中动力传动齿轮28与小腿动力齿轮68的啮合，带动小腿动力齿轮68的转动，以实现小腿61的抬升和放下；通过小腿61的抬升至使小腿撞块65作用在大腿机构4中齿条37上，从而辅助大腿机构4将足式运动切换到轮式运动。

所述轮式机构6通过大腿机构4中动力传动齿轮28与轮式动力齿轮75的啮合，带动轮式动力齿轮75的转动，以实现轮毂77的转动，实现轮式运动。

一种自主切换动力的轮足式机器人，包括腿部结构，还包括机器人主体结构1，机器人主体结构1用于安装腿部结构。

所述腿部结构在机器人主机结构1上采用对称布置。

本发明的有益效果是：本发明通过两个动力源共同作用，在实现腿部整体转动的同时，还可以实现足式运动和轮式运动之间的切换，通过足式运动使机器人能在泥泞和崎岖的地形中稳定前行、跨越障碍，通过轮式运动能在平坦的路面上快速前进，轮式运动和足式运动相互配合，使机器人可以很好地适应各种复杂的工作环境，提高工作效率；相对于传统的轮足式机器人来讲，本发明机器人的轮式运动和足式运动仅需要一个动力源提供动力，有效地降低了机器人的重量和成本；且动力切换等机构全在大腿内部，所以该机器人结构紧凑、简洁，承载能力强。

附图说明

图1是本发明机器人的轴测图；

图2是本发明的动力机构轴测图；

图3是本发明的电机连接器轴测图；

图4是本发明的大腿机构正视图；

图5是本发明的大腿机构内部轴测图一；

图6是本发明的大腿机构内部轴测图二；

图7是本发明的大腿撞块轴测图；

图8是本发明的动力传动轴轴测图；

图9是本发明的转杆轴测图；

图10是本发明的大腿机构内部轴测图三；

图11是本发明的大腿机构内部轴测图四；

图12是本发明的齿条及导轨机构轴测图；

图13是本发明的大腿机构内部轴测图五；

图14是本发明的滑动板的轴测图；

图15是本发明的大腿下端内侧板的轴测图；

图16是本发明弹力***剖视图；

图17是本发明的小腿机构轴测图；

图18是本发明的小腿撞块轴测图；

图19是本发明的小腿机构***图；

图20是本发明的足式状态下大腿机构内部轴测图一；

图21是本发明的足式状态下大腿机构内部轴测图二；

图22是本发明的轮式状态下大腿机构内部轴测图一；

图23是本发明的轮式状态下大腿机构内部轴测图二；

图24是本发明的轮式机构轴测图；

图25是本发明的轮式机构***视图；

图中各标号为：1-机器人主体机构，2-动力切换辅助块，3-动力机构，4-大腿机构，5-小腿机构，6-轮式机构，7-大腿电机，8-大腿电机螺栓，9-电机连接器螺栓，10-电机连接器，11-小腿及轮式电机，12-动力输出轴，13-大腿螺栓，14-大腿上端外壳，15-大腿下端外侧板螺栓，16-大腿下端外侧板，17-转杆上端同步带轮，18-同步带，19-转杆下端同步带轮，20-大腿下端内侧板，21-动力输出轴轴承，22-轴承挡圈，23-转杆，24-大腿撞块，25-大腿撞块螺栓，26-动力传动轴，27-动力传动轴轴承，28-动力传动齿轮，29-转杆定位孔前端，30-转杆定位孔后端，31-大腿下端内侧板螺栓，32-滑动板，33-弹力***固定板，34-弹力***固定板螺栓，35-换向杆螺栓，36-换向辅助圆筒，37-齿条，38-齿条导轨，39-齿条导轨螺栓，40-齿条限位板，41-齿条限位板螺栓，42-换向齿轮，43-换向杆，44-换向齿轮螺栓，45-弹力***挡圈，46-换向杆末端轴承，47-换向齿轮轴承，48-换向齿轮轴承挡圈，49-换向杆前端轴承，50-滑动轴，51-弹力***定位轴，52-转杆限位轴，53-滑动轨道，54-弹力***安装座，55-弹力***螺母，56-弹簧安装座，57-弹簧，58-弹力***螺栓，59-大腿外侧轴承盖螺栓，60-大腿下端外侧轴承盖，61-小腿，62-小腿足端螺栓，63-小腿足端，64-小腿撞块螺栓，65-小腿撞块，66-小腿轴，67-小腿动力齿轮螺栓，68-小腿动力齿轮，69-大腿内侧轴承盖螺栓，70-大腿内侧轴承，71-大腿内侧轴承盖，72-小腿动力齿轮定位键，73-小腿内侧轴承端盖，74-小腿内侧轴承端盖螺栓，75-轮式动力齿轮，76-轮式轴，77-轮毂，78-轮胎，79-小腿内侧轴承，80-轮式动力齿轮定位键，81-小腿外侧轴承，82-轮毂套，83-锁紧螺母，84-内六角锥端紧定螺钉，85-滑动轴螺母，86-大腿外侧轴承，87-小腿限位挡圈。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对发明作进一步的说明，但本发明的内容并不限于所述范围。

实施例1：如图1-25所示，一种自主切换动力的轮足式机器人腿部结构，包括动力切换辅助块2、动力机构3、大腿机构4、小腿机构5、轮式机构6；所述动力机构3包括两个动力源：第一动力源用于带动小腿机构5、轮式机构6随大腿机构4转动，带动大腿机构4与动力切换辅助块2接触，辅助第二动力源实现将大腿机构4带动轮式机构6的转动切换为大腿机构4带动小腿机构5的转动，即将轮式运动切换为足式运动；第二动力源用于驱动大腿机构4带动小腿机构5的转动进行足式运动/驱动大腿机构4带动轮式机构6的转动进行轮式运动；用于驱动大腿机构4带动小腿机构5的转动进行抬升实现将大腿机构4带动小腿机构5的转动切换为大腿机构4带动轮式机构6的转动，即将足式运动切换为轮式运动。

进一步地，可以设置所述动力机构3将大腿电机7作为第一动力源，将小腿及轮式电机11作为第二动力源，大腿电机7的输出端经电机连接器10与小腿及轮式电机11连接，小腿及轮式电机11为动力输出轴12提供动力。

再进一步地，所述动力机构3包括大腿电机7、大腿电机螺栓8、电机连接器螺栓9、电机连接器10、小腿及轮式电机11、动力输出轴12；所述大腿电机7通过大腿电机螺栓8固定在机器人主体机构1上，大腿电机7内转子与电机连接器10一端固定连接；小腿及轮式电机11通过电机连接器螺栓9与电机连接器10另一端固定连接，小腿及轮式电机11内转子与动力输出轴12一端固定连接。大腿电机7、小腿及轮式电机11可以采用关节模组电机。

进一步地，可以设置所述大腿机构4通过动力机构3中小腿及轮式电机11提供动力，驱动转杆上端同步带轮17转动，再通过同步带18将动力传到转杆下端同步带轮19，从而带动动力传动齿轮28转动，动力传动齿轮28用于与小腿机构5中小腿动力齿轮68啮合实现足式运动，用于与轮式机构6中轮式动力齿轮75啮合实现轮式运动；

通过动力机构3中大腿电机7提供动力，使大腿机构4沿B方向转动，进而大腿撞块24与动力切换辅助块2的接触，该接触力使转杆23沿A方向转动，实现动力传动齿轮28与小腿动力齿轮68啮合，为足式运动提供动力，以用于完成机器人自主将轮式运动切换到足式运动，且通过转杆23沿A方向转动，换向杆43将力传递到换向齿轮42使换向齿轮42沿B方向转动，进而带动齿条37向腿部机构前进方向一端运动(以图所示，向上的方向)；当齿条37的伸出端受到来自小腿机构5中小腿撞块65的推力时，齿条37运动带动换向齿轮42沿A方向转动，换向杆43将力传递到转杆23使转杆23沿B方向转动，从而使动力传动齿轮28与轮式动力齿轮75啮合，为轮式运动提供动力，以用于完成机器人自主将足式运动切换到轮式运动；其中A方向为顺时针，则B方向为逆时针；或者A方向为逆时针，B方向为顺时针；

大腿机构4中的弹力***在动力切换过程中先被压缩再恢复至原始状态，滑动板32一侧的滑动轴50先沿着滑动轨道53向下滑动再向上滑动，滑动板32另一侧的转杆限位轴52先与转杆定位孔后端30配合再与转杆定位孔前端29配合，实现动力传动齿轮28与小腿动力齿轮68啮合，或者滑动板32另一侧的转杆限位轴52先与转杆定位孔前端29配合再与转杆定位孔后端30配合，实现动力传动齿轮28与轮式动力齿轮75啮合；其中转杆定位孔后端30指向转杆定位孔前端29的方向为B方向。

再进一步地，可以设置所述大腿机构4包括大腿螺栓13、大腿上端外壳14、大腿下端外侧板螺栓15、大腿下端外侧板16、转杆上端同步带轮17、同步带18、转杆下端同步带轮19、大腿下端内侧板20、动力输出轴轴承21、轴承挡圈22、转杆23、大腿撞块24、大腿撞块螺栓25、动力传动轴26、动力传动轴轴承27、动力传动齿轮28、大腿下端内侧板螺栓31、滑动板32、弹力***固定板33、弹力***固定板螺栓34、换向杆螺栓35、换向辅助圆筒36、齿条37、齿条导轨38、齿条导轨螺栓39、齿条限位板40、齿条限位板螺栓41、换向齿轮42、换向杆43、换向齿轮螺栓44、弹力***挡圈45、换向杆末端轴承46、换向齿轮轴承47、换向齿轮轴承挡圈48、换向杆前端轴承49、滑动轴50、弹力***定位轴51、转杆限位轴52、滑动轨道53、弹力***安装座54、弹力***螺母55、弹簧安装座56、弹簧57、弹力***螺栓58、内六角锥端紧定螺钉84、滑动轴螺母85；所述大腿上端外壳14一端通过大腿螺栓13与动力机构3中小腿及轮式电机11固定连接，大腿下端外侧板16通过大腿下端外侧板螺栓15、大腿下端内侧板20通过大腿下端内侧板螺栓31共同与大腿上端外壳14另一端固定连接；转杆23与动力输出轴轴承21组成转动副，动力输出轴轴承21一端通过动力机构3中动力输出轴12的轴肩定位，动力输出轴轴承21另一端通过轴承挡圈22定位，动力输出轴轴承21内圈与动力输出轴12过盈配合，转杆23一端通过动力输出轴12的轴肩定位且与动力输出轴轴承21外圈过盈配合；转杆上端同步带轮17通过内六角锥端紧定螺钉84与动力输出轴12另一端固定连接，转杆上端同步带轮17通过同步带18将动力传递到转杆下端同步带轮19，从而带动动力传动轴26的转动；安装在动力传动轴26一端的动力传动齿轮28通过动力传动轴26轴肩和挡圈实现轴向定位，通过键实现径向定位，动力传动轴轴承27的轴向定位同样依靠动力传动轴26轴肩和轴承挡圈22，动力传动轴轴承27内圈与动力传动轴26、动力传动轴轴承27外圈与转杆23另一端过盈配合，转杆下端同步带轮19通过内六角锥端紧定螺钉84与动力传动轴26固定连接，实现同步带18将动力经动力传动轴26传递到动力传动齿轮28，带动动力传动齿轮28的转动；大腿撞块24一端通过大腿撞块螺栓25与转杆23固定连接，大腿撞块24设有凸起且凸起一侧面与转杆23侧面紧贴，大腿撞块24另一端从大腿上端外壳14伸出，通过大腿撞块24与动力切换辅助块2的接触力使转杆23沿A方向转动，从而使动力传动齿轮28与小腿机构5中小腿动力齿轮68啮合，完成机器人自主将轮式运动切换到足式运动，且使转杆23沿A方向转动，换向杆43将力传递到换向齿轮42使换向齿轮42沿B方向运动，进而带动齿条37运动；两个弹力***安装座54、弹力***螺母55、两个弹簧安装座56、弹簧57和弹力***螺栓58共同组成弹力***，两个弹力***安装座54的一端与两个弹簧安装座56分别通过螺纹固定连接形成空腔，为弹簧57压缩时提供弹力***螺栓58移动的空间，弹簧57通过弹力***螺栓58和弹力***螺母55安装在两个弹簧安装座56之间且弹簧57正常状态下通过弹力***螺栓58的头部和弹力***螺母55限位；弹力***固定板33通过弹力***固定板螺栓34与大腿下端内侧板20固定连接，弹力***中一个弹力***安装座54的另一端与弹力***固定板33上的轴配合，用弹力***挡圈45实现限位；滑动板32一侧的滑动轴50***大腿下端内侧板20上的滑动轨道53且滑动轴50的末端用滑动轴螺母85实现限位，滑动轴螺母85并未将滑动板32与大腿下端内侧板20锁紧至不能相对移动，只是让滑动板32的一侧面稳贴大腿下端内侧板20的内侧面，便于滑动板32沿滑动轨道53上下滑动而不发生翻转，滑动板32另一侧的弹力***定位轴51与弹力***中另一个弹力***安装座54的另一端配合，并用弹力***挡圈45实现限位，滑动板32另一侧的转杆限位轴52***转杆23上的弧形定位孔，通过滑动板32上的转杆限位轴52与弧形定位孔的配合实现对转杆23的限位；齿条导轨38通过齿条导轨螺栓39与大腿下端内侧板20固定连接且安装在大腿下端内侧板20靠近小腿机构5一端，齿条37与齿条导轨38配合构成移动副，齿条37的末端尺寸比齿条导轨38的尺寸大(末端即与小腿撞块65配合的一端)，前端通过齿条限位板螺栓41与齿条限位板40固定连接，以保证齿条不会从齿条导轨38上滑落；换向齿轮42、换向齿轮轴承47与大腿下端内侧板20上凸起的轴配合构成一个转动副，换向齿轮轴承47的限位采用轴肩和换向齿轮轴承挡圈48；换向杆43一端与换向杆前端轴承49配合后通过换向齿轮螺栓44将换向杆43与换向齿轮42连接在一起，构成一个转动副，换向杆43末端与换向杆末端轴承46配合后通过换向杆螺栓35将换向杆43与转杆23连接在一起，转杆23与换向杆43之间使用换向辅助圆筒36辅助连接，保证转杆23的轴向定位，换向杆43的上表面与转杆23的下表面不共面，中间用换向辅助圆筒36使两个面之间没有间隙；当齿条37受到来自小腿机构5中小腿撞块65向左的推力时，齿条37向左运动带动换向齿轮42沿A方向转动，换向杆43将力传递到转杆23使转杆23沿B方向转动，从而使动力传动齿轮28与轮式机构6中轮式动力齿轮75啮合，完成机器人自主将足式运动切换到轮式运动；其中A方向为顺时针，则B方向为逆时针；或者A方向为逆时针，B方向为顺时针。

进一步地，可以设置所述弹力***包括两个弹力***安装座54、弹力***螺母55、两个弹簧安装座56、弹簧57和弹力***螺栓58，两个弹力***安装座54的一端与两个弹簧安装座56分别通过螺纹固定连接形成空腔，为弹簧57压缩时提供弹力***螺栓58移动的空间，弹簧57通过弹力***螺栓58和弹力***螺母55安装在两个弹簧安装座56之间且弹簧57正常状态下通过弹力***螺栓58的头部和弹力***螺母55限位。

进一步地，可以设置所述小腿机构5通过大腿机构4中动力传动齿轮28与小腿动力齿轮68的啮合，带动小腿动力齿轮68的转动，以实现小腿61的抬升和放下；通过小腿61的抬升至使小腿撞块65作用在大腿机构4中齿条37上，从而辅助大腿机构4将足式运动切换到轮式运动。

再进一步地，可以设置所述小腿机构5包括大腿外侧轴承盖螺栓59、大腿下端外侧轴承盖60、小腿61、小腿足端螺栓62、小腿足端63、小腿撞块螺栓64、小腿撞块65、小腿轴66、小腿动力齿轮螺栓67、小腿动力齿轮68、大腿内侧轴承盖螺栓69、大腿内侧轴承70、大腿内侧轴承盖71、小腿动力齿轮定位键72、大腿外侧轴承86、小腿限位挡圈87；所述小腿轴66两端分别与大腿外侧轴承86、大腿内侧轴承70配合后与大腿机构4中大腿下端外侧板16、大腿下端内侧板20配合，大腿下端外侧轴承盖60通过大腿外侧轴承盖螺栓59与大腿下端外侧板16固定连接，大腿内侧轴承盖71通过大腿内侧轴承盖螺栓69与大腿下端内侧板20固定连接，实现对小腿轴66的轴向定位；小腿61一端呈U形，小腿61的U形端一侧通过小腿轴66轴肩定位，小腿61的U形端另一侧通过小腿限位挡圈87实现定位，小腿动力齿轮68通过小腿动力齿轮定位键72实现径向定位，再使用小腿动力齿轮螺栓67将其与小腿61固定连接，大腿机构4中动力传动齿轮28与小腿动力齿轮68啮合时，动力传动齿轮28转动带动小腿动力齿轮68的转动，以实现小腿61的抬升和放下；小腿足端63与小腿61另一端通过小腿足端螺栓62固定连接，小腿撞块65通过小腿撞块螺栓64与小腿61固定连接，小腿撞块65前端具有一定斜度，以保证小腿撞块65推动齿条37时竖直方向上的分力足够小，不足以产生自锁的情况。

进一步地，可以设置所述轮式机构6通过大腿机构4中动力传动齿轮28与轮式动力齿轮75的啮合，带动轮式动力齿轮75的转动，以实现轮毂77的转动，实现轮式运动。

再进一步地，可以设置所述轮式机构6包括小腿内侧轴承端盖73、小腿内侧轴承端盖螺栓74、轮式动力齿轮75、轮式轴76、轮毂77、轮胎78、小腿内侧轴承79、轮式动力齿轮定位键80、小腿外侧轴承81、轮毂套82、锁紧螺母83；其中轮式轴76一端与小腿轴承79配合后与小腿机构5中小腿61U形端一侧配合(轮式轴76与小腿轴承79内圈过盈，小腿轴承79外圈与小腿61过盈)，小腿内侧轴承端盖73通过小腿内侧轴承端盖螺栓74与小腿61固定连接，实现对轮式轴76的定位，轮式轴76另一端采用轴肩定位后从小腿61U形端另一侧伸出用于安装轮毂77；轮式动力齿轮75通过轴肩和轮式动力齿轮定位键80实现定位，轮毂77的外圈有轮毂套82，轮毂套82的外圈有轮胎78，与轮毂77配合的轮式轴76部分为六棱柱状，六棱柱部分***轮毂77，轮式轴76的末端与锁紧螺母83连接。

一种自主切换动力的轮足式机器人，包括腿部结构，还包括机器人主体结构1，机器人主体结构1用于安装腿部结构。

进一步地，可以设置所述腿部结构和机器人主体结构1采用螺栓连接，便于拆装；腿部结构的数量为4，所述4个腿部结构在机器人主机结构1上采用对称布置。所述动力切换辅助块2采用螺栓将其固定在机器人主体结构1上。

本发明的工作原理是：将本发明的腿部结构用于轮足一体化机器人，可以使得机器人用于不同的情况，以A方向为顺时针，则B方向为逆时针进行描述：

机器人在地面上工作时，通过传感器感知周边环境，并将感知的信息传递至微控制器进行分析后，如果微控制器判断周围没有障碍物且路面平坦，则微控制器分别向四条腿的大腿电机7和小腿及轮式电机11发送使能信号，使转杆23上的动力传动齿轮28与轮式动力齿轮75啮合、机器人的运动方式为轮式运动，小腿及轮式电机11提供动力，带动动力输出轴12转动，从而带动转杆上端同步带轮17的转动，再通过同步带18将动力传递到转杆下端同步带轮19，带动动力传动齿轮28的转动，进而带动轮式动力齿轮75的转动，最后通过轮式轴76将动力传递给轮毂77以实现轮式运动，并且使大腿机构4和小腿机构5的姿态保持不变，根据设定的轨迹路线实现在平坦路面上高效、快速、稳定的轮式运动。

机器人在地面上工作时，如果微控制器判断周围有障碍物或是崎岖不平的路面，微控制器根据设定的轨迹路线，分别向四条腿的大腿电机7和小腿及轮式电机11发送使能信号，使转杆23上的动力传动齿轮28与小腿动力齿轮68啮合、机器人的运动方式为足式运动，通过小腿及轮式电机11提供动力，带动动力输出轴12转动，从而带动转杆上端同步带轮17的转动，再通过同步带18将动力传递到转杆下端同步带轮19，带动动力传动齿轮28的转动，进而带动小腿动力齿轮68的转动，小腿动力齿轮68通过小腿动力齿轮螺栓将动力传递给小腿61，以实现小腿61的抬升和放下，以完成不同步态下各腿部结构相应的姿态，实现跨越障碍物或在崎岖不平地面上的行走。

机器人以轮式运动在地面上工作时，如果微控制器判断周围有障碍物或是崎岖不平的路面，微控制器分别向四条腿的大腿电机7和小腿及轮式电机11发送使能信号，使机器人的运动方式由轮式运动切换为足式运动；此时大腿电机7内转子转动带动电机连接器10转动，再通过电机连接器螺栓9将动力传递给小腿及轮式电机11，接着大腿螺栓13将小腿及轮式电机11的转动传递给大腿机构4，使大腿机构4逆时针向上转动，通过大腿撞块24与动力切换辅助块2的接触力使转杆23顺时针转动，从而使动力传动齿轮28与小腿动力齿轮68啮合，为足式运动提供动力；在从轮式运动切换到足式运动过程中，弹力***弹簧57先被压缩再恢复，滑动轴50先沿着滑动轨道53向下滑动再向上滑动，实现转杆定位孔后端30与转杆限位轴52配合移动至转杆定位孔前端29与转杆限位轴52配合，以限制转杆23的继续转动，动力切换完成，弹力***弹簧恢复原始状态，转杆限位轴52与转杆定位孔前端29配合时，动力传动齿轮28恰好与小腿动力齿轮68啮合；同时，在切换过程中，转杆23顺时针转动，换向杆43将力传递到换向齿轮42使换向齿轮42逆时针运动，进而带动齿条37向右运动，动力切换完成后，齿条37保持不动；动力切换过程中，换向齿轮42的转动角度不到180°，所以这一过程中，换向杆43没有达到左右极限位置，没有出现死点。若机器人以足式运动在地面上工作时，微控制器判断周围没有障碍物且路面平坦，微控制器分别向四条腿的大腿电机7和小腿及轮式电机11发送使能信号，使机器人的运动方式由足式运动切换为轮式运动，此时小腿61抬升使小腿撞块65作用在齿条37上，齿条37受到向左的力向左运动带动换向齿轮42顺时针转动，换向杆43将力传递到转杆23使转杆23逆时针转动，从而使动力传动齿轮28与轮式动力齿轮75啮合，为机器人轮式运动提供动力；在从足式运动切换到轮式运动过程中，弹力***弹簧57先被压缩再恢复，滑动轴50先沿着滑动轨道53向下滑动再向上滑动，实现转杆定位孔前端29与转杆限位轴52配合沿着中间轨道移动到转杆定位孔后端30与转杆限位轴52配合，以限制转杆23的继续转动，动力切换完成，弹力***弹簧恢复原始状态，转杆限位轴52与转杆定位孔后端30配合时，动力传动齿轮28恰好与轮式动力齿轮75啮合。

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (8)

1.一种自主切换动力的轮足式机器人腿部结构，其特征在于：包括动力切换辅助块（2）、动力机构（3）、大腿机构（4）、小腿机构（5）、轮式机构（6）；

所述动力机构（3）包括两个动力源：

第一动力源用于带动小腿机构（5）、轮式机构（6）随大腿机构（4）转动，带动大腿机构（4）与动力切换辅助块（2）接触，辅助第二动力源实现将大腿机构（4）带动轮式机构（6）的转动切换为大腿机构（4）带动小腿机构（5）的转动；

第二动力源用于驱动大腿机构（4）带动小腿机构（5）的转动进行足式运动/驱动大腿机构（4）带动轮式机构（6）的转动进行轮式运动；用于驱动大腿机构（4）带动小腿机构（5）的转动进行抬升实现将大腿机构（4）带动小腿机构（5）的转动切换为大腿机构（4）带动轮式机构（6）的转动；

所述大腿机构（4）通过动力机构（3）中小腿及轮式电机（11）提供动力，驱动转杆上端同步带轮（17）转动，再通过同步带（18）将动力传到转杆下端同步带轮（19），从而带动动力传动齿轮（28）转动，动力传动齿轮（28）用于与小腿机构（5）中小腿动力齿轮（68）啮合实现足式运动，用于与轮式机构（6）中轮式动力齿轮（75）啮合实现轮式运动；

通过动力机构（3）中大腿电机（7）提供动力，使大腿机构（4）沿B方向转动，进而大腿撞块（24）与动力切换辅助块（2）的接触，该接触力使转杆（23）沿A方向转动，实现动力传动齿轮（28）与小腿动力齿轮（68）啮合，为足式运动提供动力，且通过转杆（23）沿A方向转动，换向杆（43）将力传递到换向齿轮（42）使换向齿轮（42）沿B方向转动，进而带动齿条（37）运动；当齿条（37）的伸出端受到来自小腿机构（5）中小腿撞块（65）的推力时，齿条（37）运动带动换向齿轮（42）沿A方向转动，换向杆（43）将力传递到转杆（23）使转杆（23）沿B方向转动，从而使动力传动齿轮（28）与轮式动力齿轮（75）啮合，为轮式运动提供动力；其中A方向为顺时针，则B方向为逆时针；或者A方向为逆时针，B方向为顺时针；

大腿机构（4）中的弹力***在动力切换过程中先被压缩再恢复至原始状态，滑动板（32）一侧的滑动轴（50）先沿着滑动轨道（53）向下滑动再向上滑动，滑动板（32）另一侧的转杆限位轴（52）先与转杆定位孔后端（30）配合再与转杆定位孔前端（29）配合，实现动力传动齿轮（28）与小腿动力齿轮（68）啮合，或者滑动板（32）另一侧的转杆限位轴（52）先与转杆定位孔前端（29）配合再与转杆定位孔后端（30）配合，实现动力传动齿轮（28）与轮式动力齿轮（75）啮合；其中转杆定位孔后端（30）指向转杆定位孔前端（29）的方向为B方向。

2.根据权利要求1所述的自主切换动力的轮足式机器人腿部结构，其特征在于：所述动力机构（3）将大腿电机（7）作为第一动力源，将小腿及轮式电机（11）作为第二动力源，大腿电机（7）的输出端经电机连接器（10）与小腿及轮式电机（11）连接，小腿及轮式电机（11）为动力输出轴（12）提供动力。

3.根据权利要求1所述的自主切换动力的轮足式机器人腿部结构，其特征在于：所述大腿机构（4）包括大腿上端外壳（14）、大腿下端外侧板（16）、转杆上端同步带轮（17）、同步带（18）、转杆下端同步带轮（19）、大腿下端内侧板（20）、动力输出轴轴承（21）、转杆（23）、大腿撞块（24）、动力传动轴（26）、动力传动轴轴承（27）、动力传动齿轮（28）、滑动板（32）、弹力***固定板（33）、换向辅助圆筒（36）、齿条（37）、齿条导轨（38）、换向齿轮（42）、换向杆（43）、换向杆末端轴承（46）、换向齿轮轴承（47）、换向杆前端轴承（49）、滑动轴（50）、弹力***定位轴（51）、转杆限位轴（52）、滑动轨道（53）、弹力***、滑动轴螺母（85）；所述大腿上端外壳（14）一端与动力机构（3）中小腿及轮式电机（11）固定连接，大腿下端外侧板（16）、大腿下端内侧板（20）共同与大腿上端外壳（14）另一端固定连接；转杆（23）与动力输出轴轴承（21）组成转动副，动力输出轴轴承（21）内圈与动力输出轴（12）配合，转杆（23）一端通过动力输出轴（12）的轴肩定位且与动力输出轴轴承（21）外圈配合；转杆上端同步带轮（17）与动力输出轴（12）另一端固定连接，转杆上端同步带轮（17）通过同步带（18）将动力传递到转杆下端同步带轮（19），从而带动动力传动轴（26）的转动；动力传动齿轮（28）安装在动力传动轴（26）一端，动力传动轴轴承（27）内圈与动力传动轴（26）、动力传动轴轴承（27）外圈与转杆（23）另一端配合，转杆下端同步带轮（19）与动力传动轴（26）固定连接，实现同步带（18）将动力经动力传动轴（26）传递到动力传动齿轮（28），带动动力传动齿轮（28）的转动；大腿撞块（24）一端与转杆（23）固定连接，大腿撞块（24）另一端从大腿上端外壳（14）伸出，通过大腿撞块（24）与动力切换辅助块（2）的接触力使转杆（23）沿A方向转动；弹力***固定板（33）与大腿下端内侧板（20）固定连接，弹力***中一个弹力***安装座（54）的另一端与弹力***固定板（33）上的轴配合，用弹力***挡圈（45）实现限位；滑动板（32）一侧的滑动轴（50）***大腿下端内侧板（20）上的滑动轨道（53）且滑动轴（50）的末端用滑动轴螺母（85）实现限位，滑动板（32）另一侧的弹力***定位轴（51）与弹力***中另一个弹力***安装座（54）的另一端配合，滑动板（32）另一侧的转杆限位轴（52）***转杆（23）上的弧形定位孔；齿条导轨（38）与大腿下端内侧板（20）固定连接，齿条（37）与齿条导轨（38）配合构成移动副；换向齿轮（42）、换向齿轮轴承（47）与大腿下端内侧板（20）上凸起的轴配合构成一个转动副；换向杆（43）一端与换向杆前端轴承（49）配合后将换向杆（43）与换向齿轮（42）连接在一起，构成一个转动副，换向杆（43）末端与换向杆末端轴承（46）配合后通过将换向杆（43）与转杆（23）连接在一起，转杆（23）与换向杆（43）之间使用换向辅助圆筒（36）辅助连接。

4.根据权利要求1所述的自主切换动力的轮足式机器人腿部结构，其特征在于：所述弹力***包括两个弹力***安装座（54）、弹力***螺母（55）、两个弹簧安装座（56）、弹簧（57）和弹力***螺栓（58），两个弹力***安装座（54）的一端与两个弹簧安装座（56）分别通过螺纹固定连接形成空腔，为弹簧（57）压缩时提供弹力***螺栓（58）移动的空间，弹簧（57）通过弹力***螺栓（58）和弹力***螺母（55）安装在两个弹簧安装座（56）之间且弹簧（57）正常状态下通过弹力***螺栓（58）的头部和弹力***螺母（55）限位。

5.根据权利要求1所述的自主切换动力的轮足式机器人腿部结构，其特征在于：所述小腿机构（5）通过大腿机构（4）中动力传动齿轮（28）与小腿动力齿轮（68）的啮合，带动小腿动力齿轮（68）的转动，以实现小腿（61）的抬升和放下；通过小腿（61）的抬升至使小腿撞块（65）作用在大腿机构（4）中齿条（37）上，从而辅助大腿机构（4）将足式运动切换到轮式运动。

6.根据权利要求1所述的自主切换动力的轮足式机器人腿部结构，其特征在于：所述轮式机构（6）通过大腿机构（4）中动力传动齿轮（28）与轮式动力齿轮（75）的啮合，带动轮式动力齿轮（75）的转动，以实现轮毂（77）的转动，实现轮式运动。

7.一种自主切换动力的轮足式机器人，其特征在于：包括权利要求1-6所述的腿部结构，还包括机器人主体结构（1），机器人主体结构（1）用于安装腿部结构。

8.根据权利要求7所述的自主切换动力的轮足式机器人，其特征在于：所述腿部结构在机器人主体结构（1）上采用对称布置。

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