本發(fā)明涉及一種機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，特別涉及一種具有雙足步行與輪式移動(dòng)轉(zhuǎn)換功能的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來，移動(dòng)式機(jī)器人技術(shù)不論在工業(yè)還是在民用領(lǐng)域的應(yīng)用都有飛速的發(fā)展，不論是履帶式機(jī)器人，雙足機(jī)器人，還是輪式機(jī)器人都有著越來越廣泛的應(yīng)用。其中，履帶式機(jī)器人適用于松軟的地形；輪式移動(dòng)機(jī)器人能夠高速運(yùn)動(dòng)，但易受環(huán)境限制；雙足機(jī)器人可以適應(yīng)各種復(fù)雜的地形，但是移動(dòng)速度較慢。

現(xiàn)有的移動(dòng)式機(jī)器人通常具有單一的運(yùn)動(dòng)模式，常常無法滿足工作需求。少數(shù)具有模式切換功能的移動(dòng)式機(jī)器人，則需要額外的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)(如升降式機(jī)構(gòu))，增加了機(jī)器人系統(tǒng)的復(fù)雜性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要實(shí)現(xiàn)的技術(shù)目的為：(1)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人雙足步行；(2)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人輪式移動(dòng)；(3)兩種運(yùn)動(dòng)模式可以相互切換；(4)切換過程不需要額外的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括連接組件、連接在連接組件上的滾動(dòng)組件及連接在連接組件上的步行組件；運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠在第一工作狀態(tài)和第二工作狀態(tài)之間切換；當(dāng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)處于第一工作狀態(tài)時(shí)，滾動(dòng)組件的底部接觸地面，步行組件的底部離開地面；當(dāng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)處于第二工作狀態(tài)時(shí)，步行組件的底部接觸地面，滾動(dòng)組件的底部離開地面。

進(jìn)一步地，滾動(dòng)組件和步行組件分別連接在連接組件的兩側(cè)，滾動(dòng)組件和步行組件均能夠轉(zhuǎn)動(dòng)。

更進(jìn)一步地，連接組件包括連接組件本體和減速電機(jī)，連接組件本體內(nèi)具有減速電機(jī)安裝孔，減速電機(jī)安裝在減速電機(jī)安裝孔內(nèi)并固定。

更進(jìn)一步地，滾動(dòng)組件包括直流電機(jī)和輪胎，直流電機(jī)由內(nèi)轉(zhuǎn)子、外轉(zhuǎn)子、定子、定子底盤、支撐桿組成，定子安裝在定子底盤，內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子通過支撐桿連接形成直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子，輪胎安裝在外轉(zhuǎn)子的外表面。定子采用線圈，內(nèi)轉(zhuǎn)子是直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸，內(nèi)轉(zhuǎn)子位于線圈內(nèi)。

更進(jìn)一步地，步行組件包括腳部支撐件和腳踝連接件，腳踝連接件分別連接在腳部支撐件和減速電機(jī)的轉(zhuǎn)子。腳部支撐件的底面與減速電機(jī)輸出軸保持平行。腳部支撐件具有一個(gè)弧形凹槽，弧形凹槽的半徑大于輪胎外徑。腳部支撐件的后跟設(shè)置成圓弧形。

進(jìn)一步地，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)還包括一連接桿，連接桿的一端固定于連接組件，連接桿的另一端與機(jī)器人的主體連接。

本發(fā)明的有益效果：(1)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人雙足步行；(2)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人輪式移動(dòng)；(3)雙足步行與輪式移動(dòng)可自由切換；(4)運(yùn)動(dòng)模式切換無需額外的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中的輪式機(jī)構(gòu)示意圖：

圖2是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中的腿部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中的腿部結(jié)構(gòu)裝配示意圖；

圖4是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)整體示意圖；

圖5是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)步行模式切換到輪式移動(dòng)模式的實(shí)施流程圖，此流程依次包括(a)初始狀態(tài)；(b)腿部連接桿前傾；(c)腿部連接桿直立；(d)腳部支撐件收起；

圖6是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)輪式移動(dòng)模式切換到步行模式實(shí)施流程圖，此流程依次包括(a)初始狀態(tài)；(b)腳底支撐件下放至地面；(c)身體前傾，同時(shí)腳底支撐件進(jìn)一步下放；(d)腳底接觸地面，切換結(jié)束；

其中：1-輪胎，2-外轉(zhuǎn)子，3-線圈(定子)，4-內(nèi)轉(zhuǎn)子；5-支撐桿；6-轉(zhuǎn)動(dòng)軸承；7-定子底盤；8-連接件；9-減速電機(jī)；10-減速電機(jī)安裝孔；11-減速電機(jī)輸出軸螺紋；12-減速電機(jī)定位孔；13-腿部連接桿；14-腿部連接法蘭；15-腿部連接安裝孔；16-減速電機(jī)定子；17-減速電機(jī)轉(zhuǎn)子；18-減速電機(jī)安裝螺紋；19-連接件安裝螺紋；20-連接件平臺(tái)；21-連接件通孔；22-腳踝連接件；23-腳部支撐件；24-腳踝連接件安裝孔；25-凹槽；26-腳后跟。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說明。需說明的是，本發(fā)明附圖均采用簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。

內(nèi)容包括：本發(fā)明需在輪式機(jī)構(gòu)的軸向布置驅(qū)動(dòng)步行的減速電機(jī)，運(yùn)動(dòng)模式的切換由該減速電機(jī)完成，機(jī)器人單腿結(jié)構(gòu)具體如下。

如圖1所示，輪式機(jī)構(gòu)由一個(gè)直流電機(jī)和輪胎1組成。直流電機(jī)的線圈3作為定子固定不動(dòng)，通電時(shí)帶動(dòng)直流電機(jī)的外轉(zhuǎn)子2進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，外轉(zhuǎn)子2由支撐桿5加以固定。直流電機(jī)的內(nèi)轉(zhuǎn)子4作為旋轉(zhuǎn)軸通過支撐桿5與外轉(zhuǎn)子2相連，保證在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中定子與轉(zhuǎn)子的同軸度。輪胎1直接包裹在外轉(zhuǎn)子2上，當(dāng)線圈3通電時(shí)帶動(dòng)外轉(zhuǎn)子2旋轉(zhuǎn)進(jìn)而帶動(dòng)輪胎1轉(zhuǎn)動(dòng)。

如圖2所示，在輪式機(jī)構(gòu)的另一側(cè)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸承6與直流電機(jī)外轉(zhuǎn)子2固定連接，定子底盤7與直流電機(jī)定子(線圈3)固定連接，轉(zhuǎn)動(dòng)軸承6與輪胎1為同步轉(zhuǎn)動(dòng)。定子底盤7上有凸臺(tái)，連接件8與腿部連接桿13和減速電機(jī)9相連。減速電機(jī)9外部定子上有安裝輸出軸螺紋11，還帶有減速電機(jī)定位孔12。螺絲通過減速電機(jī)安裝孔10并固定在減速電機(jī)安裝螺紋18，進(jìn)而將減速電機(jī)9與連接件8固定，減速電機(jī)定子16自然就與連接件8保持固定了。

如圖3所示，連接件8上側(cè)有平臺(tái)20，平臺(tái)20上有安裝螺紋19，螺絲通過腿部連接法蘭14上的腿部連接安裝孔15將腿部連接桿13與連接件8固定。連接件8側(cè)部有通孔21，減速電機(jī)轉(zhuǎn)子17通過該通孔21與外部連接。減速電機(jī)9應(yīng)與輪式機(jī)構(gòu)保持同軸。

如圖4所示，螺絲通過腳踝連接件安裝孔24將腳踝連接件22與減速電機(jī)轉(zhuǎn)子17固定，腳踝連接件22與腳部支撐件23以任意方式固定連接。腳底平面應(yīng)與減速電機(jī)9輸出軸保持平行。腳后跟26為圓弧形，保證運(yùn)動(dòng)模式切換過程的穩(wěn)定性。腳部支撐件23靠近輪胎1的一側(cè)有凹槽25，略大于輪胎1外徑，在輪式移動(dòng)模式下對輪式機(jī)構(gòu)起一定的保護(hù)作用。腳底平面與減速電機(jī)輸出軸的距離應(yīng)大于輪胎1外徑，保證在步行模式下輪胎與地面不接觸。

從步行模式切換到輪式移動(dòng)實(shí)施過程如下：

1、腳部支撐件保持固定，減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)腿部連接桿前傾；

2、腳踝減速電機(jī)鎖死，由機(jī)器人腿部以上電機(jī)帶動(dòng)腿部連接桿直立；

3、腳踝減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，收起腳部支撐件。

從輪式移動(dòng)切換到步行模式實(shí)施過程如下：

1、腳踝減速電機(jī)帶動(dòng)腳部支撐件轉(zhuǎn)動(dòng)，直至腳后跟接觸地面；

2、腳踝減速電機(jī)進(jìn)一步轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)機(jī)器人上身調(diào)整重心略微前傾；

3、腳踝減速電機(jī)保持轉(zhuǎn)動(dòng)，重心保持前傾直至腳底平面接觸地面。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種具有雙足步行與輪式移動(dòng)轉(zhuǎn)換功能的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括連接組件、連接在連接組件上的滾動(dòng)組件及連接在連接組件上的步行組件；運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠在第一工作狀態(tài)和第二工作狀態(tài)之間切換；當(dāng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)處于第一工作狀態(tài)時(shí)，滾動(dòng)組件的底部接觸地面，步行組件的底部離開地面；當(dāng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)處于第二工作狀態(tài)時(shí)，步行組件的底部接觸地面，滾動(dòng)組件的底部離開地面。本發(fā)明的有益效果：(1)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人雙足步行；(2)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人輪式移動(dòng)；(3)雙足步行與輪式移動(dòng)可自由切換；(4)運(yùn)動(dòng)模式切換無需額外的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

技術(shù)研發(fā)人員：曹俊亮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海嶺先機(jī)器人科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.11
技術(shù)公布日：2017.08.01