机器人的变形轮及轮履腿复合式机器人

1.本实用新型涉及机器人技术领域，特别涉及一种机器人的变形轮及轮履腿复合式机器人。


背景技术：

2.轮履复合式机器人是一种具有轮式和履式两种运动状态的复合型机器人，其中，机器人在轮式运动时可达到较高地移动速度，在履式运动时能适应多种复杂路面，例如坡地、泥地等，轮履复合式机器人因其能适应多种地形而得到广泛应用。然而在现有的轮履复合式机器人中，机器人在进行履式运动时履带的动力传动结构通常具有较多的零部件，结构较为复杂，不仅装配困难、装配要求高，而且极易与轮式运动的传动结构发生干涉，导致机器人履式运动不平稳、易晃动，即现有的机器人履式运动平稳性较差且履带动力传动不便。


技术实现要素：

3.本实用新型的主要目的是提出一种机器人的变形轮及轮履腿复合式机器人，旨在解决现有的机器人履式运动平稳性较差的问题。
4.为实现上述目的，本实用新型提出一种机器人的变形轮，所述变形轮包括：
5.履带；
6.变形圈，所述履带绕设于所述变形圈外，所述变形圈具有相对设置的第一连接位和第二连接位；
7.伸缩架，所述伸缩架的一端与所述第一连接位连接，所述伸缩架的另一端与所述第二连接位连接；
8.驱动轮，所述驱动轮设置于所述伸缩架内靠近所述变形圈的位置，所述履带绕设于所述驱动轮外并与所述驱动轮配合；
9.履式驱动组件，所述履式驱动组件与所述伸缩架连接并用于驱动所述驱动轮转动，以使所述驱动轮带动所述履带相对所述变形圈转动。
10.可选地，所述履式驱动组件包括第一驱动件、同步带、第一同步轮和第二同步轮，所述同步带绕设于所述第一同步轮和所述第二同步轮之间，所述第一驱动件与所述伸缩架连接，所述第一驱动件用于驱动所述第一同步轮转动，所述第二同步轮与所述驱动轮同轴设置。
11.可选地，所述履式驱动组件还包括滑环，所述滑环与所述伸缩架连接并套设于所述第一同步轮的转轴外，所述滑环与所述第一同步轮的转轴之间形成有走线间隙。
12.可选地，所述履式驱动组件还包括支撑环和轴承，所述支撑环的一侧与所述第一驱动件连接，所述支撑环的另一侧与所述伸缩架连接，所述轴承安装于所述支撑环内并套设于所述滑环外。
13.可选地，所述第一驱动件为电机，所述第一同步轮的转轴上开设有安装孔，所述电
机的输出轴插接于所述安装孔内。
14.可选地，所述变形圈包括两个间隔布置的环形板，两个所述环形板之间通过多个连接杆连接，多个所述连接杆沿所述环形板的周向间隔布置，所述履带绕设于多个所述连接杆的外周。
15.可选地，各所述连接杆外均套设有多个并列布置的导轮，各所述导轮均与所述履带的内周配合。
16.可选地，各所述环形板包括多个依次首尾铰接的弧形板，其中两个相邻的所述弧形板的铰接处形成所述第一连接位，另外两个相邻的所述弧形板的铰接处形成所述第二连接位；所述变形轮还包括变形驱动组件，所述变形驱动组件设置于所述伸缩架内，所述变形驱动组件用于驱动所述伸缩架伸缩以拉伸或收缩所述第一连接位和所述第二连接位之间的距离，并对应使所述变形圈围成跑道式结构或整圆结构。
17.可选地，所述变形轮还包括腿架和轮式驱动组件，所述腿架与所述伸缩架铰接，所述轮式驱动组件包括第二驱动件和转动座，所述转动座与所述伸缩架连接，所述第二驱动件与所述腿架背离所述伸缩架的一侧连接，所述第二驱动件用于驱动所述转动座转动；
18.所述变形轮还包括腿式驱动组件，所述腿式驱动组件包括第三驱动件和安装盒，所述腿架远离所述伸缩架的一端与所述安装盒铰接，所述第三驱动件安装于所述安装盒内，所述第三驱动件用于驱动所述腿架相对所述安装盒转动。
19.本实用新型还提出一种轮履腿复合式机器人，所述轮履腿复合式机器人包括安装架和多个如上所述的机器人的变形轮，多个所述变形轮阵列布置并均与所述安装架连接。
20.本实用新型机器人的变形轮中，变形轮在需要进行履式运动时，变形圈能变形为跑道式结构，履式驱动组件通过驱动轮驱动履带转动，以实现变形轮的履式运动，进而使得变形轮能适应多种复杂地形的移动；变形轮在履式运动时通过驱动轮和履式驱动组件实现履带的动力传动，结构精简、传动快速且不与其他结构发生干涉，使得变形轮在履式运动时具有较高地平稳性，结构稳定可靠。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
22.图1为本实用新型一实施例变形轮的变形圈为跑道式结构时的装配结构示意图；
23.图2为本实用新型一实施例变形圈、驱动轮与履式驱动组件的装配结构示意图；
24.图3为本实用新型一实施例变形圈、驱动轮与履式驱动组件的分解结构示意图；
25.图4为本实用新型一实施例履式驱动组件的剖视结构示意图；
26.图5为本实用新型一实施例变形轮的变形圈为整圆结构时的装配结构示意图；
27.图6为本实用新型一实施例变形圈的结构示意图；
28.图7为本实用新型一实施例伸缩架与变形驱动组件的分解结构示意图；
29.图8为本实用新型一实施例变形圈、腿架、轮式驱动组件与腿式驱动组件的装配结构示意图；
30.图9为本实用新型一实施例腿架与轮式驱动组件的分解结构示意图；
31.图10为本实用新型一实施例变形轮与安装架的装配结构示意图。
32.附图标号说明：
33.标号名称标号名称100变形轮55滑环10履带551走线间隙20变形圈56支撑环21第一连接位57轴承22第二连接位60变形驱动组件23环形板61第四驱动件231弧形板62丝杆232辅助轮63丝杆螺母块24连接杆64转接件241导轮65张紧轮30伸缩架70腿架31安装板71腿板311滑轨80轮式驱动组件32伸缩板81第二驱动件321滑块82转动座40驱动轮821转动板50履式驱动组件822转动套筒51第一驱动件90腿式驱动组件52同步带91第三驱动件53第一同步轮92安装盒531安装孔200安装架54第二同步轮
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34.本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
35.下面将结合本实施例中的附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
36.需要说明，本实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后
……
）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
37.另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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。在本实用新型的描述中，“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。
38.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”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；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实用新型中的具体含义。
39.另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
40.本实用新型中对“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等方位的描述以图1所示的方位为基准，仅用于解释在图1所示姿态下各部件之间的相对位置关系，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
41.本实用新型提出一种机器人的变形轮。
42.本实施例的一种机器人的变形轮100，变形轮100包括履带10、变形圈20、伸缩架30、驱动轮40和履式驱动组件50，履带10绕设于变形圈20外，变形圈20具有相对设置的第一连接位21和第二连接位22；伸缩架30的一端与第一连接位21连接，伸缩架30的另一端与第二连接位22连接；驱动轮40设置于伸缩架30内靠近变形圈20的位置，履带10绕设于驱动轮40外并与驱动轮40配合；履式驱动组件50与伸缩架30连接并用于驱动驱动轮40转动，以使驱动轮40带动履带10相对变形圈20转动。
43.如图1和图5所示，变形圈20外绕设有环形结构的履带10，变形圈20上形成有第一连接位21和第二连接位22，且第一连接位21和第二连接位22相对设置，伸缩架30连接于第一连接位21和第二连接位22之间，驱动轮40设置于伸缩架30内，且驱动轮40与履带10的内周啮合，即履带10绕设于驱动轮40外，履式驱动组件50安装于伸缩架30上，履式驱动组件50用于驱动驱动轮40转动，以使驱动轮40带动与其啮合的履带10相对变形圈20转动。
44.本实施例的变形轮100在需要进行履式运动时，变形圈20能变形为如图1所示的跑道式结构，履式驱动组件50通过驱动轮40驱动履带10转动，以实现变形轮100的履式运动，进而使得变形轮100能适应多种复杂地形的移动；变形轮100在履式运动时通过驱动轮40和履式驱动组件50实现履带10的动力传动，结构精简、传动快速且不与其他结构发生干涉，使得变形轮100在履式运动时具有较高地平稳性，结构稳定可靠。
45.本实施例中，履式驱动组件50包括第一驱动件51、同步带52、第一同步轮53和第二同步轮54，同步带52绕设于第一同步轮53和第二同步轮54之间，第一驱动件51与伸缩架30连接，第一驱动件51用于驱动第一同步轮53转动，第二同步轮54与驱动轮40同轴设置。如图1至图3所示，第一驱动件51与伸缩架30背离第一同步轮53的一侧连接，驱动轮40套设于第二同步轮54的转轴上，当变形圈20变形为跑道式结构时，第一驱动件51驱动第一同步轮53转动，第一同步轮53通过同步带52带动第二同步轮54转动，第二同步轮54带动与其同轴设置的驱动轮40转动，以使驱动轮40带动履带10相对变形圈20转动，进而实现了变形轮100的履式运动。
46.进一步地，履式驱动组件50还包括滑环55，滑环55与伸缩架30连接并套设于第一
同步轮53的转轴外，滑环55与第一同步轮53的转轴之间形成有走线间隙551。履式驱动组件50还包括支撑环56和轴承57，支撑环56的一侧与第一驱动件51连接，支撑环56的另一侧与伸缩架30连接，轴承57安装于支撑环56内并套设于滑环55外。如图1至图4所示，伸缩架30上开设有供第一同步轮53的转轴穿过的通孔，支撑环56安装于伸缩架30背离第一同步轮53的一侧，第一驱动件51连接于支撑环56背离伸缩架30的一侧，轴承57安装于支撑环56内，滑环55套设于第一同步轮53的转轴外并安装于轴承57内，即轴承57外圈与支撑环56抵接，轴承57内圈与滑环55抵接。并且，第一驱动件51为电机，第一同步轮53的转轴上开设有安装孔531，电机的输出轴插接于安装孔531内；第一驱动件51可采用现有技术中的电机，电机的输出轴伸入安装孔531内并与安装孔531的孔壁连接。
47.在变形轮100进行履式运动时，第一驱动件51的输出轴与第一同步轮53的转轴端部开设的安装孔531插接，第一驱动件51通过转轴驱动第一同步轮53转动，第一同步轮53通过同步带52、第二同步轮54及驱动轮40带动履带10转动，支撑环56起到支撑轴承57和滑环55的作用，使得轴承57和滑环55在履式运动时相对伸缩架30静止不动，起到避免干涉的作用，并且滑环55和第一同步轮53的转轴之间形成有供连接线穿过的走线间隙551，便于连接线伸入伸缩架30内与其他结构连接，结构设计合理。
48.本实施例中，变形圈20包括两个间隔布置的环形板23，两个环形板23之间通过多个连接杆24连接，多个连接杆24沿环形板23的周向间隔布置，履带10绕设于多个连接杆24的外周。各连接杆24外均套设有多个并列布置的导轮241，各导轮241均与履带10的内周配合。如图1、图6和图8所示，两个环形结构的环形板23之间通过多个连接杆24连接，环形结构的履带10绕设于多个连接杆24的外周，各连接杆24外均套设有多个并列布置的导轮241，各导轮241均与履带10的内周配合，即各导轮241均与履带10的内周啮合，导轮241用于在履带10相对变形圈20转动时起到导向履带10的作用，使得履带10的转动顺畅，进一步提高了履式运动的稳定性。
49.在优选的实施例中，如图1、图6和图8所示，各环形板23上均连接有多个沿环形板23的延伸方向间隔设置的辅助轮232，辅助轮232用于与履带10的内侧抵接，以进一步起到导向履带10的作用，便于履带10的转动；并且，驱动轮40的数量为多个，多个驱动轮40并列套设于第二同步轮54的转轴外，多个驱动轮40均起到驱动履带10转动的作用，履带10动力传动方便快捷。
50.进一步地，各环形板23包括多个依次首尾铰接的弧形板231，其中两个相邻的弧形板231的铰接处形成第一连接位21，另外两个相邻的弧形板231的铰接处形成第二连接位22；变形轮100还包括变形驱动组件60，变形驱动组件60设置于伸缩架30内，变形驱动组件60用于驱动伸缩架30伸缩以拉伸或收缩第一连接位21和第二连接位22之间的距离，并对应使变形圈20围成跑道式结构或整圆结构。
51.如图1、图5和图6所示，各环形板23中，其中两个相邻的弧形板231的铰接处形成第一连接位21，另外两个相邻的弧形板231的铰接处形成第二连接位22，且第一连接位21和第二连接位22相对设置，即在变形圈20变形为如图5所示的整圆结构时，第一连接位21和第二连接位22分别位于变形圈20直径方向的两端，伸缩架30的两端分别与第一连接位21和第二连接位22连接，伸缩架30内设置有变形驱动组件60；当变形驱动组件60驱动伸缩架30伸长时，伸缩架30拉伸变形圈20，以使第一连接位21和第二连接位22之间的距离增大，并使变形
圈20围成跑道式结构，履带10围设于跑道式的变形圈20外并能相对变形圈20转动，进而实现了变形轮100的履式运动，如图1所示，图1中省略履带10；当变形驱动组件60驱动伸缩架30缩短时，伸缩架30带动变形圈20收缩，以使第一连接位21和第二连接位22之间的距离减小，并使变形圈20围成整圆结构，履带10围设于整圆状的变形圈20外并与变形圈20同步转动，进而实现了变形轮100的轮式运动，如图5所示。
52.本实施例的变形轮100通过将伸缩架30可伸缩地安装在变形圈20内，并通过安装于伸缩架30内的变形驱动组件60驱动伸缩架30伸缩，以使伸缩架30通过调节第一连接位21与第二连接位22之间的距离使得变形圈20变形为适用于履式运动的跑道式结构或变形为适用于轮式运动的整圆状结构；变形圈20在变形为跑道式结构或整圆结构时周长始终保持不变，则履带10的长度在履式运动状态和轮式运动状态之间切换时也无需改变，变形圈20与履带10之间的适应性好，且变形圈20具有变形快速便捷的优点，本实施例的变形轮100既能在轮式运动时达到较高地移动速度，又能在履式运动时适应多种复杂地形，结构稳定可靠，通用性高。
53.在一实施例中，各环形板23包括四个弧形板231，即各环形板23由四个首尾依次铰接的弧形板231围成，四个弧形板231中，其中两个相邻的弧形板231的铰接处形成第一连接位21，另外两个相邻的弧形板231的铰接处形成第二连接位22；在其他实施例中，环形板23也可由六个、八个或其他数量的弧形板231依次铰接围成，弧形板231的数量可根据实际使用需求灵活设置，本实用新型变形轮100对弧形板231的数量不作限制。
54.本实施例中，伸缩架30包括安装板31和可伸缩地设置在安装板31上的伸缩板32，伸缩板32远离安装板31的一端连接于第一连接位21，安装板31远离伸缩板32的一端连接于第二连接位22，变形驱动组件60用于驱动伸缩板32相对安装板31伸缩以拉伸或收缩第一连接位21和第二连接位22之间的距离，并对应使变形圈20围成跑道式结构或整圆结构。
55.如图5至图7所示，伸缩架30包括安装板31和伸缩板32，伸缩板32自第一连接位21向安装板31的方向延伸，安装板31安装于第二连接位22，变形驱动组件60用于驱动伸缩板32相对安装板31伸缩，以实现伸缩板32可伸缩地设置在安装板31上，伸缩板32相对安装板31伸出时第一连接位21与第二连接位22之间的距离拉长，变形圈20变形为跑道式结构，伸缩板32相对安装板31缩回时第一连接位21于第二连接位22之间的距离缩短，变形圈20变形为整圆结构，变形圈20能较好地与履带10的内周匹配，且变形圈20能在行走过程中实现变形，变形快速便捷，结构灵活性好。
56.如图5至图7所示，变形驱动组件60包括第四驱动件61、丝杆62和套设于丝杆62外的丝杆螺母块63，第四驱动件61与安装板31连接，丝杆螺母块63与伸缩板32连接，丝杆62与伸缩板32的延伸方向一致，第四驱动件61驱动丝杆62转动，以通过丝杆螺母块63带动伸缩板32沿丝杆62相对安装板31伸缩。
57.在一实施例中，安装板31的数量为两个，两个安装板31间隔设置，伸缩板32的数量与安装板31的数量一致且一一对应设置，即各环形板23上均对应连接有一个安装板31和一个伸缩板32，以使两个安装板31和两个伸缩板32围成伸缩架30，第四驱动件61连接于两个安装板31之间，丝杆螺母块63和驱动轮40均连接于两个伸缩板32之间并套设于丝杆62外，第四驱动件61用于驱动丝杆62转动，以使丝杆螺母块63沿丝杆62往复滑动，通过丝杆螺母块63带动伸缩板32相对安装板31伸缩，进而使得变形圈20能在跑道式结构和整圆结构之间
切换，变形圈20变形灵活可靠。并且，第四驱动件61可采用现有技术中的电机，电机的输出轴与丝杆62连接以驱动丝杆62转动。
58.进一步地，安装板31背离第四驱动件61的一侧设置有滑轨311，滑轨311与丝杆62的延伸方向一致，伸缩板32背离丝杆螺母块63的一侧设置有滑块321，滑块321与滑轨311滑动接触配合。如图5至图7所示，滑轨311与丝杆62的延伸方向一致并连接于安装板31上，伸缩板32上设置有与滑轨311滑动接触配合的滑块321，丝杆螺母块63带动伸缩板32相对安装板31伸缩时，滑块321沿滑轨311的延伸方向在滑轨311上往复滑动，滑轨311和滑块321起到导向滑动的作用，进一步提高了变形的稳定性。另外，第四驱动件61的上下两侧均设置有转接件64，各转接件64远离第四驱动件61的一端均安装有张紧轮65，张紧轮65用于在变形圈20变形为跑道式结构时与履带10的内周抵接，以起到张紧履带10的作用。
59.本实施例中，变形轮100还包括腿架70和轮式驱动组件80，腿架70与伸缩架30铰接，轮式驱动组件80包括第二驱动件81和转动座82，转动座82与伸缩架30连接，第二驱动件81与腿架70背离伸缩架30的一侧连接，第二驱动件81用于驱动转动座82转动。如图5、图8和图9所示，腿架70包括两个间隔设置的腿板71，两个腿板71分别设置于变形圈20的两侧，且各腿板71分别和与其对应设置的伸缩板32铰接。转动座82包括转动板821和连接于转动板821上的转动套筒822，转动板821连接于远离支撑环56的一个伸缩板32上，且转动板821位于两个伸缩板32之间，转动套筒822穿过与其对应设置的伸缩板32和腿板71，第二驱动件81连接于该腿板71背离伸缩板32的一侧。并且，第二驱动件81可采用现有技术中的电机，电机的输出轴插接于转动套筒822内，当变形圈20变形为整圆结构时，电机通过转动套筒822驱动转动板821转动，以使转动板821通过伸缩架30带动变形圈20及绕设于变形圈20外的履带10同步转动，进而实现了变形轮100的轮式运动，使得变形轮100能高速移动。
60.可以理解地，在变形轮100进行轮式运动时，变形圈20通过伸缩板32带动支撑环56及轴承57外圈转动，轴承57内圈、滑环55及第一同步轮53的转轴相对伸缩板32静止不动，滑环55及轴承57起到避免干涉的作用，走线间隙551起到避让连接线的作用，履式运动和轮式运动之间相互不干涉，结构设计巧妙，进一步提高了变形轮100的通用性。
61.本实施例中，变形轮100还包括腿式驱动组件90，腿式驱动组件90包括第三驱动件91和安装盒92，腿架70远离伸缩架30的一端与安装盒92铰接，第三驱动件91安装于安装盒92内，第三驱动件91用于驱动腿架70相对安装盒92转动。如图8至图10所示，腿板71的下端与伸缩板32铰接，腿板71的上端与安装盒92的外侧铰接，第三驱动件91安装于安装盒92内，第三驱动件91可采用现有技术中的电机，电机用于驱动任意一个腿板71相对安装盒92转动。通过将至少两个变形轮100安装在外部结构上，第三驱动件91驱动腿板71转动，以使腿板71通过伸缩板32带动变形圈20摆动，至少两个变形轮100的变形圈20交替摆动，进而实现了变形轮100的腿式运动。
62.本实用新型还提出一种轮履腿复合式机器人，轮履腿复合式机器人包括安装架200和多个如上所述的机器人的变形轮100，多个变形轮100阵列布置并均与安装架200连接。在一实施例中，如图10所示，多个阵列布置的变形轮100通过安装盒92连接于安装架200的下端；
63.在腿式运动时，多个变形圈20均变形为跑道式结构并倾斜设置，即变形圈20的伸缩板32与地面之间的距离呈渐扩设置，通过第三驱动件91驱动与其连接的腿架70相对安装
架200转动，以使腿架70带动与其对应设置的变形圈20摆动，多个变形轮100交替摆动，进而实现了轮履腿复合式机器人的腿式运动，使得轮履腿复合式机器人能翻越障碍物，适合复杂地形的移动；
64.在履式运动时，多个变形圈20均变形为跑道式结构并水平抵接于地面上，通过第一驱动件51驱动驱动轮40转动，以使履带10相对变形圈20转动，进而实现了轮履腿复合式机器人的履式运动，使得轮履腿复合式机器人能适应多种地形的移动；
65.在轮式运动时，多个变形圈20均变形为整圆结构，通过第二驱动件81驱动变形圈20及履带10同步转动，进而实现了轮履腿复合式机器人的轮式运动，使得轮履腿复合式机器人能高速移动。
66.并且，各变形轮100可在行走过程中进行履式运动状态与轮式运动状态之间的切换，即各变形轮100的变形圈20通过第四驱动件61驱动伸缩架30伸缩以实现变形圈20在跑道式结构和整圆结构之间的切换，使得轮履腿复合式机器人具有适应性强、通用性高的优点。
67.另外，该变形轮100的具体结构参照上述实施例，由于轮履腿复合式机器人采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
68.以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。