一种弹性足与轮式运动机构结合的复合变形移动机器人.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103287523A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103287523103287523A(43)申请公布日2013.09.11(21)申请号201310163677.2(22)申请日2013.05.06(71)申请人中国科学技术大学地址230026安徽省合肥市包河区金寨路96号(72)发明人董二宝杨杰陆冬平刘春山王支荣许旻(74)专利代理机构北京科迪生专利代理有限责任公司11251代理人杨学明顾炜(51)Int.Cl.B62D57/028(2006.01)B25J5/00(2006.01)权权利要求书2页利要求书2页说明书7页说明书7页附图5页附图5页(54)发明名称一种弹性足与轮式运动机构结合的复合变形移动机器人(57)摘要本发明提供一种弹性足与轮式运动机构结合的复合变形移动机器人，包括足-轮复合移动变形机器人的空间机体框架单元、主动轮驱动单元、从动轮随动单元、四条模块化腿单元、控制传感系统单元、密封壳体以及电源。该机器人用弹性足代替传统的刚性足，增加机器人的运动稳定性，减少机器人的震动性与冲击力，并与轮式移动方式复合，既能保证在平地上有轮式行进的快速移动性与高效率，又兼顾复杂山地环境、城市地型等复杂地形下，足式行进、匍匐爬行以及攀爬移动的优良机动性与强大越障功能，足轮复合变形移动机器人采用模块化设计，彼此之间互不干扰，便于维护和更换，运动模式灵活变化，足式与轮式运动的相互转化和协调结合，提高了机器人的运动能力。CN103287523ACN1032875ACN103287523A权利要求书1/2页1.一种弹性足与轮式运动机构结合的复合变形移动机器人，其特征在于，包括足-轮复合移动变形机器人的空间机体框架单元、主动轮驱动单元、从动轮随动单元、四条模块化腿单元、控制传感系统单元、密封壳体以及电源；其中：所述的空间机体框架单元为一个空间结构的框架组织，具有很强的抗弯、抗扭和负载能力，空间机体框架单元内部主要载有控制系统单元、电源、PC机、传感器单元、密封壳体、负载，外部主要悬挂着主动轮驱动单元，从动轮随动单元和四条模块化腿单元，主动轮驱动单元和从动轮随动单元分别安装于空间机体框架单元左右两侧以及前后两侧，并且轮式驱动系统呈菱形结构固定安装于空间机体框架单元底部，四条模块化腿单元安装于机体空间框架单元两端向上翘起的四个固定支架上；所述的主动轮驱动单元，机器人左右主动轮驱动单元均采用配有编码器的伺服直流电机驱动，由一级正齿轮级、齿轮主轴和车轮安装盘将力矩传递给主动轮，产生旋转运动，主动轮采用普通轮胎模型，轮式驱动系统通过驱动块底部与机体空间框架单元螺栓联接；所述的从动轮随动单元，由机器人前后两对万向轮组件组成，无驱动电机，安装于空间机体框架单元底部下，与主动轮驱动系统构成菱形配置形状；所述的四条模块化腿单元为四条统一的仿哺乳动物的腿结构，四条腿的布置方式采用对称或者同向配置，每条机器人腿均由滚珠丝杆驱动装置，关节旋转轴，髋关节支架，髋关节正交链接架，大腿支架，弹性小腿，橡胶足底组成，不包括滚珠丝杆驱动装置在内，则机器人腿的主框架结构联接顺序自上而下为髋关节支架一端与机体固定联接，髋关节支架另一端通过旋转关节轴与髋关节正交链接架联接，髋关节正交链接支架另一端通过旋转关节轴与大腿支架联接，大腿支架另一端通过旋转关节轴与弹性小腿联接，弹性小腿另一端与足底直接联接，每条腿部结构含有三个自由度，可以实现机器人三维运动，使机器人具有很强的复杂地形适应能力和越障能力，机器人腿部结构中各个自由度分别对应一个旋转关节，每一个旋转关节的驱动由一个独立的滚珠丝杆驱动装置输出直线运动，通过关节旋转轴转化成关节处的旋转运动完成的，由于机器人腿部模块化设计，因此，仅仅通过调整髋关节支架与髋关节正交链接架的安装方向，尽可实现四条腿的四种配置模式。2.根据权利要求1所述的一种弹性足与轮式运动机构结合的复合变形移动机器人，其特征在于，采用伺服电机驱动的滚珠丝杆装置作为复合变形移动机器人的驱动方式；滚珠丝杆驱动装置的工作原理为滚珠丝杆驱动装置通过伺服电机组件输出旋转运动到一级齿轮减速器，一级齿轮减速器中大齿轮两端均采用单列角接触球轴承定位支撑，并采用圆柱销轴与滚珠丝杆固定联接，一级齿轮减速器传递旋转运动和旋转力矩到滚珠丝杆，滚珠丝杆副将电机输出传递的旋转运动转为丝杆螺母的直线运动，进而驱动关节自由度的旋转运动。3.根据权利要求2所述的一种弹性足与轮式运动机构结合的复合变形移动机器人，其特征在于，每条腿旋转关节处的滚珠丝杆驱动装置，电机组件的参数选型，滚珠丝杆副的参数选择以及减速箱尺寸设计方面采用模块化的设计方案，仅仅在一级齿轮减速器中正齿轮减速比不相同。4.根据权利要求1所述的一种弹性足与轮式