CN114275072B - 一种可以实现机器人轮足两种状态切换的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可以实现机器人轮足两种状态切换的装置，涉及机器人技术领域，包括转动相连的大腿组件、小腿组件；大腿组件、小腿组件的铰接位置处设置有膝部凸轮轴组件，大腿组件包括大腿壳体，大腿壳体内转动设置有转动盘组件，转动盘组件上设置有转动盘，转动盘连接有驱动源，大腿壳体内还设置有的连杆，连杆一端铰接于转动盘的盘面上，连杆另一端连接小腿组件端部；小腿组件包括小腿壳体，小腿壳体上下部一端转动设置有行走轮组件，行走轮组件连接有动力源，小腿壳体上设置有足钩组件；小腿壳体内设置有摆动机构，膝部凸轮轴组件包括膝部转轴，膝部转轴上套装设置有凸轮块，具备机器人轮足切换迅速、灵活的优点。

Description

一种可以实现机器人轮足两种状态切换的装置

技术领域

本发明涉及行走机器人技术领域，尤其涉及一种机器人轮足切换技术。

背景技术

移动机器人目前广泛应用于生产生活中，如科考调查、工厂巡逻、物品配送等等。这些复杂的场景应用也给机器人相关技术提出了很大的挑战。传统轮式机器人具有平坦环境下行驶速度快的优点，但却无法应对较为复杂的环境。而足式机器人虽然能够越过许多复杂的障碍，但其行走速度慢。现有的轮足机器人结合了轮式机器人以及足式机器人的优点，同时由于采用的串联腿式结构，具有电机扭矩要求高，成本高昂等问题。

发明内容

本发明的目的在于解决了现有轮足机器人中存在的问题，提供一种可以实现机器人轮足两种状态切换的装置，具备轮足模式切换迅速、灵活的优点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种可以实现机器人轮足两种状态切换的装置，包括转动相连的大腿组件、小腿组件；所述大腿组件、小腿组件的铰接位置处设置有膝部凸轮轴组件；

所述大腿组件包括大腿壳体，所述大腿壳体内转动设置有转动盘组件，转动盘组件上设置有转动盘，所述转动盘连接有用于驱动转动盘转动的驱动源，所述大腿壳体内还设置有的连杆，所述连杆一端铰接于转动盘的盘面上，所述连杆另一端连接小腿组件端部；

所述小腿组件包括小腿壳体，所述小腿壳体上下部一端转动设置有行走轮组件，所述行走轮组件连接有动力源，所述小腿壳体上对应行走轮组件外侧位置转动设置有足钩组件；所述小腿壳体内设置有用于控制足钩组件摆动的摆动机构，所述摆动机构与膝部凸轮轴组件配合连接；

所述膝部凸轮轴组件包括固定设置在大腿壳体下部位置的的膝部转轴，所述膝部转轴上套装设置有凸轮块，所述大腿壳体与凸轮块固定约束。

为了进一步优化本发明，可优先选用以下技术方案：

优选的，所述大腿壳体包括相互扣合的大腿内侧板、大腿外侧板，所述小腿壳体包括相互扣合的小腿内侧板、小腿外侧板，所述驱动源设置在大腿内侧板上外侧面上靠近顶部位置，所述动力源为蜗杆电机。

优选的，所述凸轮块、大腿内侧板、大腿外侧板上对应膝部转轴位置均开设有方形孔，所述膝部转轴上设置有与方形孔配合的四面块。

优选的，所述摆动机构包括设置在小腿壳体内的滑座组件，所述滑座组件内活动设置有滑动块组件，所述滑动块组件连接有推杆组件，所述推杆组件另一端连接足钩组件。

优选的，所述足钩组件包括设置在小腿壳体上的足钩转轴，所述足钩转轴上套装有足钩件，所述足钩件顶部设置有与推杆组件连接的铰接座，所述足钩件底部设置有防滑层，所述足钩件为半环状包覆于行走轮组件位置处。

优选的，所述滑座组件包括相互扣合的滑座上壳、滑座下壳，滑座上壳、滑座下壳之间形成一滑动腔，所述滑动块组件设置在滑动腔内，所述滑动块组件包括滑动块底座、滑动块上盖，滑动块底座的两端分别设置有顶部接触面、凸轮接触面，所述顶部接触面与推杆组件相配合接触，所述凸轮接触面与凸轮块相配合接触。

优选的，所述推杆组件包括推杆，所述推杆顶部一端设置有滑套，所述滑座组件内设置有与滑套配合的滑槽，所述推杆底部一端设置有与铰接座配合的连接孔。

优选的，所述滑座下壳上开设有滑动槽，所述滑动槽内设置有内挡块，所述滑动块组件内对应滑动槽位置设置有摆动锁销，所述滑座组件上对应摆动锁销位置设置有销孔，所述摆动锁销一端设置有与销孔配合的圆柱体一，所述摆动锁销另一端设置有与滑动槽配合运动的圆柱体二。

优选的，所述内挡块为V型，所述滑动槽为双V型槽结构。

优选的，所述驱动源、转动盘、连杆、小腿组件形成一平行四边形连杆机构，所述转动盘、连杆通过一销轴相连，所述转动盘上设置有多个固定孔

本发明的有益效果是：

1、本装置通过转动相连的大腿组件、小腿组件；大腿组件、小腿组件的铰接位置处安装有膝部凸轮轴组件，小腿组件包括小腿壳体，小腿壳体上下部一端转动安装有行走轮组件，行走轮组件连接有动力源，小腿壳体上对应行走轮组件外侧位置转动安装有足钩组件；小腿壳体内安装有用于控制足钩组件摆动的摆动机构，摆动机构与膝部凸轮轴组件配合连接，可以极大的提高轮足两种状态切换的灵活性。

2、本发明中小腿壳体上下部一端转动安装有行走轮组件，行走轮组件连接有动力源，小腿壳体上对应行走轮组件外侧位置转动安装有足钩组件；小腿壳体内安装有用于控制足钩组件摆动的摆动机构，摆动机构与膝部凸轮轴组件配合连接；由于本装置的轮布置于足端，在轮作为动力源时，身体及腿的姿态是可以调节的，相对于轮布置于身体或者大腿，更加灵活。

3、本装置中结构紧凑，摆动机构、足钩组件均能布置于小腿内部，从而保证机器人具有一个协调的比例。同时本装置的动作的切换依靠现有的电机作为动力，无需额外提供切换动力源及传感器，同时内部结构为纯机械结构，在保证可靠性的同时简化控制***。

附图说明

图1为机器人轮足腿部结构立体图；

图2为机器人轮足腿部结构主视图；

图3为大腿组件内部结构示意图

图4为凸轮块结构示意图；

图5为大腿内侧板结构示意图；

图6为膝部转轴结构示意图；

图7为小腿组件内部结构示意图；

图8为摆动机构结构示意图；

图9为滑动块组件结构示意图；

图10为摆动锁销结构示意图；

图11为滑座组件结构示意图；

图12为机器人轮状态内部结构示意图

图13为机器人轮转换足切换状态内部示意图；

图14为机器人轮状态内部结构示意图；

图15为机器人足转换轮切换状态内部示意图

其中，1-大腿组件，2-小腿组件；11-大腿内侧板，11a-方形孔，12-大腿外侧板，13-电机，14-转动盘组件，15-连杆，16-膝部凸轮轴组件，161-凸轮，161a-方形孔，161b-凸轮接 触面，162-膝部转轴，162a-两侧四面块，162b-中间四面块，162c-圆柱面；

21-小腿外侧板，22-行走轮组件，23-蜗杆电机组件，24-足钩组件，241-足钩通孔，242-足钩转轴，25-滑座组件，251-滑座下壳，251a-销孔，251b-滑槽，252-滑座上壳，26-滑动块组件，261-滑动块底座，261a-内挡块，261b-滑动槽，261c-顶部接触面，261d-底部接触面，262-滑动块上盖，27-推杆组件，271-滑套，28-摆动锁销，28a-大圆柱端，28b-小圆柱端，29-连杆转轴。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

如图1-15所示，本发明为一种可以实现机器人轮足两种状态的装置，主要包括大腿组件1、小腿组件2，大腿组件、小腿组件的铰接位置处安装有膝部凸轮轴组件16；其中大腿组件包括大腿壳体：大腿壳体包括相互扣合的大腿内侧板11、大腿外侧板，大腿内侧板11、大腿外侧板12通过多个螺钉进行连接固定，大腿壳体内转动安装有转动盘组件，转动盘组件14包括转动盘，转动盘连接有用于驱动转动盘转动的驱动源，本实施例中驱动源采用电机，通过电机带动转动盘转动，电机13固定安装在大腿内侧板的上方端部内侧壁上，电机的输出端和转动盘组件固定连接，转动盘上均部有多个固定孔；大腿壳体内还安装有连杆15，转动盘上安装有销轴，通过该销轴实现连杆一端铰接于转动盘的盘面上，连杆另一端连接小腿组件端部，其中膝部凸轮轴组件16主要包括凸轮161和膝部转轴162，其中凸轮161中间具有方形孔161a和膝部转轴162上的中间四面块162b贴合固联，162膝部转轴的两侧具有两侧四面块162a，其与大腿内侧板的端部、大腿外侧板的端部上开设的方形孔11a相联，凸轮块16和大腿内侧板11及大腿外侧板12固定约束，小腿组件后端部布置有连杆转轴29，和膝部转轴上的圆柱面162c铰接，进而实现电机带动连杆、小腿组件的摆动，电机13、转动盘、连杆15、小腿组件形成一平行四边形连杆机构。

其中小腿组件包括小腿壳体，小腿壳体包括相互扣合的小腿内侧板、小腿外侧板21，小腿内侧板、小腿外侧板通过多个螺钉进行连接固定，小腿壳体上下部一端转动安装有行走轮组件，行走轮组件连接有动力源，行走轮组件固定在小腿组件的前端部，其中动力源选用蜗杆电机组件23作为行走轮组件动作的动力源，两者之间通过蜗轮蜗杆实现减速传动。小腿壳体上对应行走轮组件外侧位置转动安装有足钩组件24；小腿壳体内安装有用于控制足钩组件摆动的摆动机构，摆动机构与膝部凸轮轴组件配合连接。

摆动机构包括安装在小腿壳体内的滑座组件，滑座组件内活动安装有滑动块组件，滑座组件25包括相互扣合的滑座上壳252、滑座下壳251，滑座上壳、滑座下壳之间形成一滑动腔，滑动块组件安装在滑动腔内；滑动块组件连接有推杆组件，推杆组件另一端连接足钩组件24。足钩组件24包括安装在小腿壳体上的足钩转轴242，足钩转轴上套装有足钩件242，足钩件顶部安装有与推杆组件连接的铰接座243，足钩件上开设有与足钩转轴配合的足钩通孔241，其中足钩通孔241和足钩转轴242铰接，足钩组件24可绕该铰接轴线旋转。足钩件底部安装有防滑层244，足钩件为半环状包覆于行走轮组件位置处。

滑动块组件26包括滑动块底座261、滑动块上盖262，滑动块底座的两端分别安装有顶部接触面261c、凸轮接触面161b，顶部接触面与推杆组件相配合接触，凸轮接触面与凸轮块相配合接触，当大腿组件1和小腿组件2之间的夹角处于适当位置后，顶部接触面261c和凸轮接触面161b，能实现大小腿的转动带动26滑动块组件的直线运动。滑动块底座261的底部为261d底部接触面，会和推杆组件27端部接触，进而使滑动块组件26的直线运动转化为推杆组件27的平面运动，最终产生足钩组件24的摆动。推杆组件包括推杆27，推杆顶部一端安装有滑套271，滑座组件25内安装有与滑套配合的滑槽，保证滑套271仅能沿着滑槽251b直线运动，推杆底部一端安装有与铰接座243配合的连接孔。滑座下壳上开设有滑动槽，滑动槽内安装有内挡块，滑动块组件内对应滑动槽位置安装有摆动锁销28，滑座组件上对应摆动锁销位置安装有销孔251a，摆动锁销一端安装有与销孔配合的圆柱体一（大圆柱端28a），该销孔和摆动锁销28的大圆柱端28a配合，摆动锁销另一端安装有与滑动槽配合运动的圆柱体二（小圆柱端28b），该小圆柱端同时容纳于滑动槽261b中，仅能沿着滑动槽261b内部运动。其中内挡块为V型，滑动槽为双V型槽结构，内挡块261a和滑动槽261b的形状为特殊设计，保证滑动块组件26直线往复运动时，摆动锁销28沿滑动槽261b按固定方向s1-s2-s3-s4-s1运动。其中s1状态为轮，s3状态为足，s1-s2-s3为轮转换成足的过程，s3-s4-s1为足转换为轮的过程，各状态下大小腿及各零组件位置如图12-15所示。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (9)

1.一种可以实现机器人轮足两种状态切换的装置，包括转动相连的大腿组件(1)、小腿组件(2)；所述大腿组件(1)、小腿组件(2)的铰接位置处设置有膝部凸轮轴组件(16)，其特征在于：

所述大腿组件(1)包括大腿壳体，所述大腿壳体内转动设置有转动盘组件，转动盘组件上设置有转动盘，所述转动盘连接有用于驱动转动盘转动的驱动源，所述大腿壳体内还设置有的连杆，所述连杆一端铰接于转动盘的盘面上，所述连杆另一端连接小腿组件(2)端部；

所述小腿组件(2)包括小腿壳体，所述小腿壳体上下部一端转动设置有行走轮组件，所述行走轮组件连接有动力源，所述小腿壳体上对应行走轮组件外侧位置转动设置有足钩组件(24)；所述小腿壳体内设置有用于控制足钩组件摆动的摆动机构，所述摆动机构与膝部凸轮轴组件配合连接；

所述膝部凸轮轴组件包括固定设置在大腿壳体下部位置的的膝部转轴，所述膝部转轴上套装设置有凸轮块，所述大腿壳体与凸轮块固定约束；

所述摆动机构包括设置在小腿壳体内的滑座组件，所述滑座组件内活动设置有滑动块组件，所述滑动块组件连接有推杆组件，所述推杆组件另一端连接足钩组件(24)。

2.根据权利要求1所述的一种可以实现机器人轮足两种状态切换的装置，其特征在于：所述大腿壳体包括相互扣合的大腿内侧板、大腿外侧板，所述小腿壳体包括相互扣合的小腿内侧板、小腿外侧板，所述驱动源设置在大腿内侧板上外侧面上靠近顶部位置，所述动力源为蜗杆电机。

3.根据权利要求2所述的一种可以实现机器人轮足两种状态切换的装置，其特征在于：所述凸轮块、大腿内侧板、大腿外侧板上对应膝部转轴位置均开设有方形孔，所述膝部转轴上设置有与方形孔配合的四面块。

4.根据权利要求1所述的一种可以实现机器人轮足两种状态切换的装置，其特征在于：所述足钩组件(24)包括设置在小腿壳体上的足钩转轴(241)，所述足钩转轴上套装有足钩件(242)，所述足钩件顶部设置有与推杆组件连接的铰接座(243)，所述足钩件底部设置有防滑层(244)，所述足钩件为半环状包覆于行走轮组件位置处。

5.根据权利要求1所述的一种可以实现机器人轮足两种状态切换的装置，其特征在于：所述滑座组件包括相互扣合的滑座上壳、滑座下壳，滑座上壳、滑座下壳之间形成一滑动腔，所述滑动块组件设置在滑动腔内，所述滑动块组件包括滑动块底座、滑动块上盖，滑动块底座的两端分别设置有顶部接触面、凸轮接触面，所述顶部接触面与推杆组件相配合接触，所述凸轮接触面与凸轮块相配合接触。

6.根据权利要求1所述的一种可以实现机器人轮足两种状态切换的装置，其特征在于：所述推杆组件包括推杆，所述推杆顶部一端设置有滑套，所述滑座组件内设置有与滑套配合的滑槽，所述推杆底部一端设置有与铰接座(243)配合的连接孔。

7.根据权利要求5所述的一种可以实现机器人轮足两种状态切换的装置，其特征在于：所述滑座下壳上开设有滑动槽，所述滑动槽内设置有内挡块，所述滑动块组件内对应滑动槽位置设置有摆动锁销，所述滑座组件上对应摆动锁销位置设置有销孔，所述摆动锁销一端设置有与销孔配合的圆柱体一，所述摆动锁销另一端设置有与滑动槽配合运动的圆柱体二。

8.根据权利要求7所述的一种可以实现机器人轮足两种状态切换的装置，其特征在于：所述内挡块为V型，所述滑动槽为双V型槽结构。

9.根据权利要求1所述的一种可以实现机器人轮足两种状态切换的装置，其特征在于：所述驱动源、转动盘、连杆、小腿组件(2)形成一平行四边形连杆机构，所述转动盘、连杆通过一销轴相连，所述转动盘上设置有多个固定孔。

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