專利名稱：六輪/腿半球形外殼探測機器人的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于星球探測設備領域，特別涉及一種適用 于星球探測的六輪/腿半球形外殼探測機器人。
背景技術：
隨著星球探測領域研究的不斷興起，對不同運動形式， 能夠更好的適應復雜探測環(huán)境的機器人有著越來越廣泛的 需求。探測機器人必須對復雜地形要有很好的適應性，還要 具有穩(wěn)定高速的行駛能力。當前領域內(nèi)研究有關星球探測機 器人多以輪式探測車為主，如勇氣號火星探測車等，也有部 分以步行運動和履帶式運動的探測機器人，按運動形式區(qū) 分，目前主要有這三種運動形式，這三者皆有其自身的優(yōu)點， 但也存在運動形式單一的缺點，輪式機構(gòu)越障能力差，步行 機構(gòu)運動速度緩慢，控制復雜，履帶式運動磨損快，由于這 些缺陷的存在，大大降低了探測機器人對各種不同復雜環(huán)境 的適應能力。發(fā)明內(nèi)容本實用新型需要解決的技術問題是，針對當前已知技術 中輪式探測車對復雜地貌適應能力差、現(xiàn)有的足式步行探測 機器人運動速度慢、控制較復雜等諸多不足之處，就要提出 改進的方案，本實用新型的目的是提供一種六輪/腿半球形 外殼探測機器人，該探測機器人可根據(jù)實際的地形地貌改變 自身運動方式以適應復雜的特殊環(huán)境，綜合了多足穩(wěn)定性 好、步行適應性強、輪式行駛速度快等多方面優(yōu)點，實現(xiàn)優(yōu) 勢互補。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案如下一種六輪/腿半球形外殼探測機器人，包括本體和連接 在本體上的運動機構(gòu)，其特征在于所述的本體包括上、下 底盤，位于上端的視覺機構(gòu)以及半球形外殼，其中上、下底 盤由平行放置的兩層圓形盤式結(jié)構(gòu)組成，該構(gòu)件夾層內(nèi)設置 有供機器人運動的能源模塊，在上下底盤之間圓周邊緣平均 分布有作為運動機構(gòu)的六支輪/腿結(jié)構(gòu)；位于上底盤中部設 有支撐負載的隔層支撐構(gòu)件，該支撐構(gòu)件固定著可升降的所 述視覺機構(gòu)，該視覺機構(gòu)的周向旋轉(zhuǎn)和俯仰運動的由三個錐 齒輪相互嚙合的組件。通過兩個主動錐齒輪的同向和異向旋 轉(zhuǎn)，帶動第三個齒輪上下俯仰和周向旋轉(zhuǎn)，該組件則與視覺 元件連接實現(xiàn)功能；半球形本體外殼結(jié)構(gòu)可以將機器人驅(qū)動 器、控制器以及部分傳感器密閉于其內(nèi)部，實現(xiàn)保護作用以 抵抗惡劣的外部環(huán)境；半球形本體外殼表面布滿太陽能電 池，不需要轉(zhuǎn)動角度來接收光能，在相同體積下?lián)碛凶畲蟮?接收面積。所述運動機構(gòu)由六支輪/腿狀運動結(jié)構(gòu)共同組成，該結(jié) 構(gòu)為同時具有腿、輪式運動的混合機構(gòu)，各輪、腿相互獨立， 腿部具有在水平和豎直方向扭轉(zhuǎn)的各個關節(jié)，腿部末端輪與 步行的足有共同的旋轉(zhuǎn)軸，可以實現(xiàn)輪式運動及步行運動等 各種運動方式，通過步行的足的旋轉(zhuǎn)收放實現(xiàn)運動形式的改 變。所述視覺機構(gòu)的錐齒輪組，包括兩個同向異向旋轉(zhuǎn)的主 動錐齒輪和俯仰及周向旋轉(zhuǎn)的第三個錐齒輪。六組運動機構(gòu)其運動關節(jié)采用模塊化設計，所述腿部各 關節(jié)，每個關節(jié)都由一個電機帶動一對錐齒輪嚙合，傳遞關 節(jié)在空間中的轉(zhuǎn)動速度和角度，實現(xiàn)運動姿態(tài)的改變。在六條腿中有兩條具有操作臂的功能，可以實現(xiàn)較復雜 的探測操作。如搬運物體，拆裝零部件等。概括而言，運動機構(gòu)由6組結(jié)構(gòu)基本相同且相互獨立的 腿輪式的混合機構(gòu)組成。所述的腿各關節(jié)，每條腿具有4個 轉(zhuǎn)動關節(jié)，自上而下分別為①橫擺關節(jié)，②髖關節(jié)，③膝關節(jié)，④踝關節(jié)。該機器人中的視覺機構(gòu)，在非工作狀態(tài)下該機構(gòu)可以收縮 在機器人本體內(nèi)部，在工作狀態(tài)下可以升出本體；三個錐齒 輪中兩個由電機控制的主動錐齒輪，通過同向和異向轉(zhuǎn)動帶 動第三個錐齒輪精確實現(xiàn)圓周運動和俯仰運動。 當機器人以輪式運動進行前進時，足旋轉(zhuǎn)收起，此時同軸的 輪與地面接觸，六組輪腿結(jié)構(gòu)通過橫擺關節(jié)控制，形成三前 三后的布局，通過對輪的運動控制完成輪式運動。此外，機器人還可以實現(xiàn)輪腿混合式的運動，腿的運動 同時帶動輪子的運動，如滑旱冰的運動方式。還可在車身上安裝附屬設施，進行特殊環(huán)境下的操作。 本實用新型的有益效果是1、 可通過改變機器人不同的運動方式來適應特殊環(huán)境 在探測車行進過程中，會遇到各種復雜特殊的地形地貌，如遇地勢崎嶇時， 一般輪式探測車則無法通過，類似的在完 成較大范圍的探測任務時，步行機器人由于其運動緩慢，降 低了工作效率，而本實用新型實現(xiàn)了在一個機器人本體上的 運動機構(gòu)具備了同時適合各種不同工作環(huán)境的能力。本實用 新型有著很好的適應性和通過性，本實用新型的機器人本體 的高低也可通過大小腿的俯仰折疊進行調(diào)節(jié)，當腿全部伸展 時，有著很好的通過性和越障性。2、 便于運輸和儲存由于星球探測器發(fā)射和運載問題是 一 個非常關鍵的設 計考慮因素，本實用新型設計本體體積較傳統(tǒng)探測器縮小很 多，且腿可以有很大的收縮空間，便于發(fā)射和運載，為了更 好的適應探測工作，本實用新型機器人還可以以編隊群組進 行探測任務，單個機器人體積很小，但并不影響整體的工作 能力。3、 本實用新型兼有足式步行機構(gòu)和輪式行駛機構(gòu)的優(yōu) 點，實現(xiàn)了優(yōu)勢互補當在比較平坦的地面上行進時，通過腿部關節(jié)調(diào)整至輪 式運動位置，末端切換至輪式結(jié)構(gòu)，使之作為輪式探測車快速行駛，具有穩(wěn)定高速的行駛能力。當輪腿結(jié)構(gòu)調(diào)整為步行 運動時，就成為足式步行探測機器人，具有比較好的機動性， 同時，機器人還可采用輪腿混合的運動方式，以更好的提高 機動性和工作效率，行進過程中，可更好地觀察周圍環(huán)境， 可以適應崎嶇復雜的地形環(huán)境，在行駛過程中，六條腿之間 不會發(fā)生行走交叉干涉，而且當個別腿出現(xiàn)故障時也不會失 去運動能力。4、通過機器人的步態(tài)規(guī)劃，六組輪腿可以實現(xiàn)多種運動 方式，實現(xiàn)零半徑轉(zhuǎn)彎。通過機器人各關節(jié)的協(xié)調(diào)機器人可以實現(xiàn)以下幾種步態(tài) 形式三前三后，各腿錯位前進；小腿和橫擺協(xié)調(diào)前進；大 小腿和橫擺協(xié)調(diào)前進。5 、探測機器人兩條腿可以實現(xiàn)操作臂功能，完成如搬運、 零件拆裝等任務。6、可通過安裝各種附加裝置，如采樣器等，進行特殊環(huán) 境下的靈活可靠的操作。本實用新型作為星球探測的一個終端平臺，可在其上安 裝各種附加裝置，以在特殊的環(huán)境下進行靈活可靠的操作， 完成探測任務。


圖1A、 1B是本實用新型六輪/腿半球形外殼探測機器人 的實體示意圖。圖2A、 2B是本實用新型六輪/腿半球形外殼探測機器人 以輪式前進時的結(jié)構(gòu)狀態(tài)圖。圖3A是本實用新型六輪/腿半球形外殼探測機器人全 部收縮時的變形圖(體積最小)。圖3B是本實用新型六輪/腿半球形外殼探測機器人大腿 小腿全部徑向方向展開時的變形圖。圖4A是本實用新型六輪/腿半球形外殼探測機器人器 人視覺機構(gòu)圖放大圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進 一 步說明。參照圖1A、 1B—圖2A、 2B所示為本實用新型六輪/腿半 球式本體新型探測機器人的 一 種實施例，該探測機器人包括 本體及運動機構(gòu)，圖中l(wèi)為位于機器人上部的視覺系統(tǒng)，本 實用新型在本體中央安裝圖像視覺設備，使之可在復雜 危險的環(huán)境下進行靈活可靠的操作，完成探測任務，它 的下側(cè)為半球外殼3，外殼下為上、下底盤，下底盤為2， 為了承受負載壓力底盤底部設有底盤加固條4，六支輪腿 結(jié)構(gòu)均勻分布在上、下底盤2的周邊，每支腿由各自的 橫擺關于5與底盤相連，通過跨部6連有髖關節(jié)7及大 腿部8，大腿部下端連有膝關節(jié)9和小腿10，最下面為 踝關節(jié)11，關節(jié)之外還設有關節(jié)端蓋12,位于最上面的 視覺系統(tǒng)由支撐部分視覺系統(tǒng)隔層14所支撐，在上底盤 15的上方依次有第1隔層13和第二隔層16,位于最下 邊的是步行運行構(gòu)件17和輪式運動構(gòu)件18，運動機構(gòu)由 6組結(jié)構(gòu)相同且相互獨立的腿輪式的混合機構(gòu)組成，每條腿 各具有4個轉(zhuǎn)動關節(jié)，自上而下分別為橫擺關節(jié)5，實現(xiàn)橫 擺功能；髖關節(jié)7，實現(xiàn)機器人俯仰；膝關節(jié)9，與髖關節(jié) 共同完成蹲起，同時實現(xiàn)一種形式的步態(tài)運動；踝關節(jié)ll， 踝關節(jié)用于輪腿切換的關節(jié)，通過足的放下與抬起完成運動 方式的改變。每個獨立的運動機構(gòu)共5個自由度。當探測機器人的6組輪/腿以輪式前進時，如圖2A、 2B 所示，就可在較為平緩的地面以較高速度運動了；當通過步 行方式前進時，步行運動構(gòu)件17向下旋轉(zhuǎn)，成為運動足， 配合每條腿隨著步態(tài)的需求橫擺關節(jié)5、胯關節(jié)7、膝關節(jié)9 的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)步行運動。本實用新型六輪/腿半球形外殼探測機器人通過運動機 構(gòu)各關節(jié)的轉(zhuǎn)動，可以有效地調(diào)整自身體積，保證方便運輸。 如圖3A所示的機器人各腿全部收縮至最小體積，圖3B所 示的機器人各腿全部伸展達到最大機體半徑。根據(jù)需要進行 調(diào)整。
權(quán)利要求1.一種六輪/腿半球形外殼探測機器人，包括本體和連接在本體上的運動機構(gòu)，其特征在于所述的本體包括上、下底盤，位于上端的視覺機構(gòu)以及半球形外殼，其中上、下底盤由平行放置的兩層圓形盤式結(jié)構(gòu)組成，該構(gòu)件夾層內(nèi)設置有供機器人運動的能源模塊，在上下底盤之間圓周邊緣平均分布有作為運動機構(gòu)的六支輪/腿結(jié)構(gòu)；位于上底盤中部設有支撐負載的隔層支撐構(gòu)件，該支撐構(gòu)件固定著可升降的所述視覺機構(gòu)，該視覺機構(gòu)的周向旋轉(zhuǎn)和俯仰運動由三個錐齒輪相互嚙合的組件組成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的六輪/腿半球形外殼探測機器 人，其特征在于所述運動機構(gòu)由六支輪/腿混合運動結(jié)構(gòu) 組成，該結(jié)構(gòu)為同時具有腿、輪式運動的混合機構(gòu)，各輪、 腿相互獨立，腿部具有在水平和豎直方向扭轉(zhuǎn)的各個關節(jié)， 腿部末端輪與步行的足有共同的旋轉(zhuǎn)軸。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的六輪/腿半球形外殼探測機器 人，其特征在于所述視覺機構(gòu)相互嚙合組件，包括兩個可 以同向異向旋轉(zhuǎn)的主動錐齒輪和俯仰及周向旋轉(zhuǎn)的第三個 錐齒輪。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的六輪/腿半球形外殼探測機器 人，其特征在于所述腿部各關節(jié)，每個關節(jié)都由一個電機 帶動一對傳遞關節(jié)在空間轉(zhuǎn)動速度和角度的錐齒輪嚙合組 件。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l或4所述的六輪/腿半球形外殼探測 機器人，其特征在于所述的腿各關節(jié)，每條腿具有4個轉(zhuǎn) 動關節(jié)，自上而下分別為①橫擺關節(jié)，②髖關節(jié)，③膝關節(jié)， ④踝關節(jié)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的六輪/腿半球形外殼探測機器 人，其特征在于半球形本體的外殼表面布滿太陽能電池。
專利摘要一種六輪/腿半球形外殼探測機器人，屬于星球探測設備領域，包括本體和連接在本體上的運動機構(gòu)，所述的本體包括上下底盤，位于上端的視覺機構(gòu)以及半球形外殼，其中上下底盤由平行放置的兩層圓形盤式結(jié)構(gòu)組成，該構(gòu)件夾層內(nèi)設置有能源模塊，在上下底盤之間圓周邊緣平均分布有六支輪/腿結(jié)構(gòu)；位于上底盤中部設有隔層支撐構(gòu)件，該支撐構(gòu)件固定著可升降的所述視覺機構(gòu)，可通過改變機器人不同的運動方式來適應特殊環(huán)境，本實用新型兼有足式步行機構(gòu)和輪式行駛機構(gòu)的優(yōu)點，六組輪腿可以實現(xiàn)多種運動方式，實現(xiàn)零半徑轉(zhuǎn)彎，探測機器人兩條腿可以實現(xiàn)操作臂功能，可通過安裝各種附加裝置，進行特殊環(huán)境下的靈活可靠的操作。
文檔編號B62D57/00GK201120914SQ20072017342
公開日2008年9月24日 申請日期2007年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月28日
發(fā)明者丁希侖, 坤 徐, 王志英, 石旭堯 申請人:北京航空航天大學