[发明专利]一种弹性足与轮式运动机构结合的复合变形移动机器人

权利要求书

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运动机构结合的复合变形移动机器人，其特征在于，复合移动机器人采用弹性小腿代替传统的刚性腿，提高机器人对地面环境适应能力，缓冲地面冲击力，减少机体的振动，机器人小腿结构的弹性装置为弹簧，被动控制单元环节，并且足端底部裹有橡胶，增加足底与地面的摩擦力部分缓冲机器人对地面的冲击力。

5.根据权利要求4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，弹性小腿是由限位套筒，直线移动壳体、螺杆、弹簧、螺母组成，限位套筒与直线移动壳体之间可产生相对直线运动,并且限位套筒表面具有限位槽，采用定位销轴连接直线移动壳体，可限制弹簧的最大变形量，弹簧套于螺栓,而螺栓一端与外壳螺母连接,限定螺栓的运动；另一端处于小腿直线移动壳体内，弹簧的预紧压缩量,即限位套筒与直线移动壳体之间的间距通过螺栓调整，当足端触地时,由于机器人受地面冲击力作用,限位套筒沿直线移动壳体向运动，其间距缩短,挤压弹簧收缩形变,从而对机器人落地瞬间的冲击力起到较好的缓冲作用。

6.根据权利要求1至5任一项权利要求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，所述的控制传感系统单元，主要由GPS、陀螺仪、激光雷达传感器、CAN总线、USB数据线、控制器、编码器、PC机组成。