[发明专利]一种具有三段机体的六轮足式移动机器人

说明书

技术领域

本发明涉及一种六轮足复合式移动机器人，属于机器人技术领域。

背景技术

地面移动方式主要有轮式、履带式、足式、蠕动式和震动式等几种。轮式移动具有运动速度快、移动效率高等优势，但其越障能力差，仅能适应相对平坦的地面；履带式移动可通过小型障碍，但崎岖地形的通过性仍然不足，且传动效率低；足式步行的地形适应能力与越障能力强，但行走速度慢、能量效率低。因此，每种移动方式均具有其适用的特定地形条件，而轮足复合移动方式融合了轮式与足式移动的优点，平坦地形采用轮式快速通过，复杂地形采用足式稳定行走，对未知的非结构地形环境具有较强的适应能力。研究者对轮足复合移动机器人进行了诸多研究，代表性案例有德国学者研制的ALDURO、早稻田大学研究的WS-2/WL-16、千叶工业大学研制的Halluc-II、赫尔辛基工业大学开发的WorkPartne以及国内北京航空航天大学设计的NOROS等。

六轮足方式与更多轮足方式相比结构简单、控制方便、运动灵活；与二、四轮足方式相比更容易实现崎岖地形下的稳定运动、且承载能力大、容错能力强，是复杂地形环境下的高效运动方式之一，应用前景广阔。目前成功问世了多款六轮足机器人原理样机，包括美国JPL实验室研制的ATHLETE和北京航空航天大学开发的NOROS等。但从相关研究结果来看，机器人的机体通常采用刚性结构，限制了机器人运动性能的提升。

专利公告号为“CN 103287523A、公告日为2015年09月09日、名称为《一种弹性足与轮式运动机构结合的复合变形移动机器人》的发明专利提出了一种四轮足复合式移动机器人，但其轮式移动机构安装于机体框架底部，不属于腿部的轮足复合机构。公布号为为CN 102649450A、公布日为2012年08月29日、名称为《一种多关节链节式机器人的轮腿式运动足设计》的发明专利申请提出了一种适用于机器人的轮腿式运动足，但车轮直接作为脚掌接触地面，没有轮足切换装置来实现轮和足的切换。因此，需要设计一种机体含有自由度的六轮足复合式移动机器人，未来可广泛应用于星球探测、反恐侦查、山地运输、抢险救灾以及农林作业等领域。

发明内容

本发明的目的在于针对目前移动机器人运动方式单一、移动机构灵活性不足的问题，提供了一种具有三段机体的六轮足式移动机器人。该机器人具有轮式快速行进和足式稳定行走的功能，同时，铰接式机体的运动灵活性高，可适应复杂地形。

实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种具有三段机体的六轮足式移动机器人，包括三段式机体、前机体铰接关节、后机体铰接关节及六条腿，所述的三段式机体分别是前段机体、中段机体和后段机体，所述的六条腿分别是左前腿、左中腿、左后腿、右前腿、右中腿、右后腿；所述的六条腿结构相同，均为轮足复合式腿，所述的前段机体后端中部通过前机体铰接关节与中段机体前端中部转动连接，所述的中段机体后端中部通过后机体铰接关节与后段机体前端中部转动连接，所述的前段机体绕着前机体铰接关节的竖直轴线左右转动，所述的后段机体绕着后机体铰接关节的竖直轴线左右转动；所述的左前腿和右前腿分布在前段机体的左右两侧，左前腿和右前腿均与前段机体转动连接；所述的左中腿和右中腿分布在中段机体的左右两侧，左中腿和右中腿均与中段机体转动连接；所述的左后腿和右后腿分布在后段机体的左右两侧，左后腿和右后腿均与后段机体转动连接。

本发明相对于现有技术的有益效果是：

(1)本发明所采用的三段式机体设计，解决了常规刚性机体只能被动适应地形变化的问题，提高了机器人的运动灵活性、地形适应性和行走稳定性。

(2)本发明的机器人腿部采用了轮足复合式设计，采用平面四杆机构(由连杆四、连杆五、连杆六和轮足转换板组成)实现了足式和轮式运动的切换，该切换方式结构简单、方便可靠。本发明的机器人融合了轮式与足式运动的优点，平坦地形可采用轮式快速通过，复杂地形可采用足式稳定行走。

(3)本发明的机器人采用足式行走时可实现类哺乳动物式和类昆虫式的运动方式。机器人平地高速行走或爬坡时采用类哺乳动物的运动方式，容易实现较高的运动速度和较高的能量效率；机器人处于复杂环境或崎岖地形时采用类昆虫的运动模式，容易实现较大的质心稳定区域和行走稳定性。

(4)本发明的机器人采用轮式行进时可实现差速转向、前轮转向和原地转向三种转向方式，提高了机器人在狭窄、急弯道路等苛刻地形下的通过性。