轮足式腿结构及轮足式机器人

1.本发明涉及行走机器人技术领域，尤其涉及一种轮足式腿结构及轮足式机器人。


背景技术：

2.目前，在行走机器人技术领域，机器人可以实现足式行走以及轮式行走，采用足式行走的方式可以使机器人具有在复杂路况下的越障能力，采用轮式行走的方式可以使机器人具有高速移动的能力。
3.现有技术中，轮足式机器人通过轮足转换装置可以实现在足式行走以及轮式行走之间切换，以实现在不同应用场景下的较强行走适应能力。目前轮足转换装置大多采用多级驱动、多级传动的方式驱动足式运动机构和轮式运动机构之间的切换，结构复杂，动力传输过程无法有效保证传输精度，进而影响轮足式机器人的足式行走和轮式行走模式切换的连续性、准确性、高效性。


技术实现要素：

4.为了解决背景技术中存在的至少一个方面的技术问题，本发明提供了一种轮足式腿结构，可以简化轮足转换装置的结构，提高轮足转换过程中动力传输的精确度，保证轮足式机器人及时、准确、高效地在足式行走和轮式行走之间切换。具体技术方案如下：
5.本发明实施例提供一种轮足式腿结构，包括：足式组件和轮式组件；驱动组件，所述驱动组件与所述足式组件和所述轮式组件连接；所述驱动组件适于驱动所述足式组件以使所述足式组件沿预设方向往复直线运动，所述驱动组件适于驱动所述轮式组件绕预设旋转轴线旋转；其中，所述预设旋转轴线垂直于行走路面。
6.根据本发明的一个实施例，所述足式组件包括滑槽、滑轨和设置在所述滑轨一端的足端部，所述滑轨可滑动地设置在所述滑槽内；所述驱动组件包括丝杠、丝杠螺母和第一驱动件，所述丝杠螺母设置在所述丝杠上，所述第一驱动件与所述丝杠连接，所述第一驱动件适于驱动所述丝杠旋转，所述丝杠螺母与所述滑轨连接；其中，所述滑轨的滑动方向与所述预设方向平行。
7.根据本发明的一个实施例，所述足式组件还包括滑块，所述滑槽设置在所述滑块上。
8.根据本发明的一个实施例，所述轮式组件包括滚轮、第二驱动件和安装座，所述滚轮与所述第二驱动件连接，所述第二驱动件设置在所述安装座上，所述安装座与所述丝杠连接，所述丝杠适于驱动所述安装座绕所述丝杠的旋转轴线转动。
9.根据本发明的一个实施例，所述轮足式腿结构还包括轮足转换支撑架，所述轮足转换支撑架上设置有第一开孔、第二开孔和第三开孔，所述丝杠穿设于所述第一开孔，所述滑轨穿设于所述第二开孔，所述滑槽安装于所述第三开孔上。
10.根据本发明的一个实施例，所述轮足式腿结构还包括第三驱动件，所述第三驱动件设置在所述轮足转换支撑架上远离所述足端部的一端；所述轮足转换支撑架上设置有法
兰，所述第三驱动件安装在所述法兰上。
11.根据本发明的一个实施例，所述轮足转换支撑架为一体成型结构。
12.本发明实施例提供了一种轮足式机器人，所述轮足式机器人包括如上所述的轮足式腿结构。
13.根据本发明的一个实施例，所述轮足式机器人还包括躯干架体，所述轮足式腿结构与所述躯干架体连接。
14.根据本发明的一个实施例，所述轮足式机器人包括四个所述轮足式腿结构；所述躯干架体为四边形框架结构，所述四个轮足式腿结构分布设置在所述躯干架体的四个边角位置。
15.本发明实施例提供的轮足式腿结构，通过设置驱动组件以驱动足式组件沿预设方向做往复直线运动，可以使足式组件与行走路面接触，或使轮式组件与行走路面接触，从而完成轮足式机器人的足式行走和轮式行走之间的切换。具体地，驱动组件可以与足式组件连接，驱动组件驱动足式组件沿预设方向往复直线运动，当足式组件运动至与行走路面接触时，轮足式机器人通过足式组件实现足式行走；当足式组件运动至脱离行走路面时，轮式组件与行走路面接触，轮足式机器人通过轮式组件实现轮式行走。驱动组件可以驱动轮式组件绕垂直于行走路面的旋转轴线旋转，这样，当轮足式机器人轮式行走时，轮式组件可以实现转向，进而可以实现轮足式机器人轮式行走状态时的偏航与全向移动功能。本发明提供的轮足式腿结构，可以简化轮足转换装置的结构，提高轮足转换过程中动力传输的精确度，保证轮足式机器人及时、准确、高效地在足式行走和轮式行走之间切换。
16.其中，上述预设方向可以是垂直于行走路面的方向，也可以是包括垂直于行走路面方向的某一方向。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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获得其他的附图。
18.图1是本发明实施例提供的轮足式腿结构的结构示意图；
19.图2是本发明实施例提供的足式组件和驱动组件的结构示意图；
20.图3是本发明实施例提供的轮足转换支撑架的结构示意图；
21.图4是本发明实施例提供的轮足式机器人足式行走状态示意图；
22.图5是本发明实施例提供的轮足式机器人轮式行走状态示意图。
23.附图标记：
24.1、轮足式腿结构；
25.10、足式组件；11、滑槽；12、滑轨；13、足端部；
26.20、轮式组件；21、滚轮；22、第二驱动件；23、安装座；
27.30、驱动组件；31、丝杠；32、丝杠螺母；33、第一驱动件；
28.40、轮足转换支撑架；41、第一开孔；42、第二开孔；43、第三开孔；44、第三驱动件；45、法兰；
29.5、轮足式机器人；
30.50、躯干架体。
具体实施方式
31.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
32.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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实施例和简化描述，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实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
33.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
34.在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
35.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
36.相关技术中，轮足式机器人通过轮足转换装置可以实现在足式行走以及轮式行走之间切换，以实现在不同应用场景下的较强行走适应能力。目前轮足转换装置大多采用多级驱动、多级传动的方式驱动足式运动机构和轮式运动机构之间的切换，结构复杂，动力传输过程无法有效保证传输精度，进而影响轮足式机器人的足式行走和轮式行走模式切换的连续性、准确性、高效性。
37.为了解决上述问题，本发明提供了一种轮足式腿结构1，以简化轮足转换装置的结构，提高轮足转换过程中动力传输的精确度，保证轮足式机器人5及时、准确、高效地在足式行走和轮式行走之间切换。
38.如图1至图3所示，本发明实施例提供了一种轮足式腿结构1，轮足式腿结构1包括足式组件10、轮式组件20和驱动组件30。驱动组件30与足式组件10和轮式组件20连接，驱动组件30适于驱动足式组件10以使足式组件10沿预设方向往复直线运动，驱动组件30适于驱动轮式组件20绕预设旋转轴线旋转，预设旋转轴线垂直于行走路面。足式组件10是可以实现轮足式机器人5以足腿方式行走的组件，足式组件10可以包括形似小腿骨架的结构，足式组件10在行走面上呈“迈步”姿态行走，通过足式行走，轮足式机器人5可以跨越行走路面上的障碍物，可以在崎岖的行走路面上行走。轮式组件20是可以实现轮足式机器人5以滚轮21滑动方式行走的组件，轮式组件20可以包括车轮结构，轮式组件20在行走路面上滚动前行，可以提高轮足式机器人5的行动速度，保持行走的稳定姿态。
39.进一步地，在上述实施例中，驱动组件30驱动足式组件10沿预设方向往复直线运动，驱动组件30与足式组件10连接，驱动组件30沿预设方向对足式组件10施加驱动力，以使足式组件10沿预设方向运动，足式组件10沿预设方向往复运动可以使足式组件10在与行走路面接触或脱离行走路面状态之间切换。驱动组件30与轮式组件20连接，驱动组件30驱动轮式组件20绕垂直于行走路面方向的旋转轴线旋转，以使轮式组件实现转向行走。其中，上述预设方向可以是垂直于行走路面的方向，也可以是包括垂直于行走路面方向的某一方向。
40.驱动组件30可以包括采用丝杠螺母32机构、液压推动机构或直线电机等输出驱动力。
41.如图2所示，在本发明的一些实施例中，足式组件10包括滑槽11、滑轨12和设置在滑轨12一端的足端部13，滑轨12可滑动地设置在滑槽11内；驱动组件30包括丝杠31、丝杠螺母32和第一驱动件33，丝杠螺母32设置在丝杠31上，第一驱动件33与丝杠31连接，第一驱动件33适于驱动丝杠31旋转，丝杠螺母32与滑轨12连接；其中，滑轨12的滑动方向与预设方向平行。足端部13可与行走路面接触，滑轨12在滑槽11内沿预设方向滑动，通过设置滑轨12和滑槽11，可以保证足式组件10在预设方向往复直线运动的方向准确性，同时，足端部13设置在滑轨12上，足端部13同滑轨12的运动状态保持一致，既可以简化结构，同时可以有效保证足端部13与行走路面的接触或脱离状态的及时切换，避免中间设置过多传动部件导致足端部13运动的滞后性。
42.丝杠31与丝杠螺母32可以组成丝杠螺母32机构，丝杠螺母32机构可以将旋转运动转化为直线运动，丝杠螺母32机构传动效率高，定位精度和重复定位精度高，刚度高，且具有传动的可逆性。丝杠31与丝杠螺母32通过螺纹匹配，丝杠31转动时，由于螺纹结构的导向作用，丝杠螺母32可以在丝杠31上沿丝杠31旋转轴线方向往复运动，丝杠螺母32与滑轨12连接，丝杠螺母32在运动的同时可以带动滑轨12运动。滑轨12与丝杠螺母32之间可以设置连接件连接，以增强滑轨12与丝杠螺母32之间连接的可靠性，另外，连接件与丝杠螺母32可以一体成型，以简化结构。丝杠31可以采用大导程丝杠，丝杠螺母32在大导程丝杠上移动的速度更快，从而可以带动滑轨12的运动速度更快，进而可以提高足端部13靠近行走路面或远离行走路面的速度，减小轮足式机器人5轮式行走与足式行走切换的时间。其中，上述丝杠螺母32可以是方形，也可以是圆形等，丝杠31的旋转轴线方向与预设方向一致。
43.在本发明的一些实施例中，足式组件10还包括滑块，滑槽11设置在滑块上。可以在滑轨12的两端及中间位置各设置一个滑块，每个滑块上设置滑槽11，也可以设置一个长滑
块，长滑块上设置一个滑槽11，滑轨12在滑槽11内滑动。当需要更换滑槽11的尺寸规格时，将其对应的滑块拆卸即可，这样便于足式组件10的更换和维修。
44.在本发明的一些实施例中，轮式组件20包括滚轮21、第二驱动件22和安装座23，滚轮21与第二驱动件22连接，第二驱动件22设置在安装座23上，安装座23与丝杠31连接，丝杠31适于驱动安装座23绕丝杠31的旋转轴线转动。滚轮21是轮式组件20实现轮式运动的关键部件，第二驱动件22驱动滚轮21转动，第二驱动件22可以是滚轮21电机，也可以是轮毂电机，轮毂电机可以省略部分传动部件，让轮式组件20的结构更简单。第二驱动件22安装在安装座23上，安装座23与丝杠31连接，当丝杆进行旋转运动时，可以带动安装座23旋转运动，这样，当轮足式机器人5采用轮式运动时，滚轮21随安装座23以及第二驱动件22一起旋转，从而可以实现滚轮21的转向，实现轮足式机器人5轮式运动状态的偏航与全向移动功能。通过对第一驱动件33复用，可以减少轮足转换装置的驱动部件的个数，降低重量，减少成本。
45.如图3所示，在本发明的一些实施例中，轮足式腿结构1还包括轮足转换支撑架40，轮足转换支撑架40上设置有第一开孔41、第二开孔42和第三开孔43，丝杠31穿设于第一开孔41，滑轨12穿设于第二开孔42，滑槽11安装于第三开孔43上。第二开孔42可以对滑轨12产生一定的限位作用，避免滑轨12在滑动时产生晃动。足式组件10和驱动组件30均安装在轮足转换支撑架40上，可以保证足式组件10和驱动组件30整体架构的稳定性，轮足转换支撑架40具有一定的刚度，可以增强轮足式腿结构1的结构强度。
46.如图4和图5所示，在本发明的一些实施例中，轮足式腿结构1还包括第三驱动件44，第三驱动件44设置在轮足转换支撑架40上远离足端部13的一端；轮足转换支撑架40上设置有法兰45，第三驱动件44安装在法兰45上。轮足式腿结构1可以通过第三驱动件44与其它结构配合，例如，可以将轮足式腿结构1与轮足式机器人5的髋关节结构通过第三驱动件44连接，第三驱动件44用于驱动轮足式腿结构1绕髋关节轴旋转。第三驱动件44通过法兰45安装在轮足转换支撑架40上，可以使第三驱动件44安装牢靠，同时，便于第三驱动件44的拆卸安装维修。
47.在本发明的一些实施例中，轮足转换支撑架40为一体成型结构。轮足转换支撑架40一体成型，可以在减少连接件的基础上，进一步提高轮足式腿结构1的刚度和强度。
48.本发明提供了一种轮足式机器人5，包括上述中的轮足式腿结构1。
49.如图4和图5所示，在本发明的一些实施例中，轮足式机器人5还包括躯干架体50，轮足式腿结构1与躯干架体50连接。轮足式腿结构1作为轮足式机器人5的行走机构，可以通过第三驱动件44与躯干架体50连接，第三驱动件44可以驱动轮足式腿结构1进行角度调整，以实现轮足式机器人5行走过程中的姿态调整。
50.在本发明的一些实施例中，轮足式机器人5包括四个轮足式腿结构1；躯干架体50为四边形框架结构，四个轮足式腿结构1分布设置在躯干架体50的四个边角位置。在轮足式机器人5的躯干架体50的四个边角位置设置轮足式腿结构1，可以保持轮足式机器人5行走过程的稳定性。
51.综上所述，本发明提供的轮足式腿结构1，通过设置驱动组件30以驱动足式组件10沿预设方向做往复直线运动，以使足式组件10与行走路面接触，或使轮式组件20与行走路面接触，从而完成轮足式机器人5的足式行走和轮式行走之间的切换。具体地，驱动组件30可以与足式组件10连接，驱动组件30驱动足式组件10沿预设方向往复直线运动，当足式组
件10运动至与行走路面接触时，轮足式机器人5通过足式组件10实现足式行走；当足式组件10运动至脱离行走路面时，轮式组件20与行走路面接触，轮足式机器人5通过轮式组件20实现轮式行走。驱动组件30可以驱动轮式组件20绕垂直于行走路面的旋转轴线旋转，这样，当轮足式机器人5轮式行走时，轮式组件20可以实现转向，进而可以实现轮足式机器人5轮式行走状态时的偏航与全向移动功能。本发明提供的轮足式腿结构1，可以简化轮足转换装置的结构，提高轮足转换过程中动力传输的精确度，保证轮足式机器人5及时、准确、高效地在足式行走和轮式行走之间切换。
52.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。