[发明专利]一种两足四轮可变行走机构多功能仿生机器人系统

摘要

目前的多足类机器人存在着功能单一、移动速度慢、越障能力差等缺点，难以满足人们的需求。为了解决上述问题，本发明提供了一种两足四轮可变行走机构多功能仿生机器人系统，它包括车体、车轮、轮毂电机、机械腿支座、机械腿铰链、上部机械腿连杆、中部机械腿关节、中部机械腿连杆、下部机械腿关节、下部机械腿连杆、机械爪关节、机械爪、机械爪后指、机械爪前指、机械爪末端指阄、前超声波传感器、后超声波传感器、前视觉传感器支座、前视觉传感器、后视觉传感器支座、后视觉传感器、货箱、传感器信号处理系统、机器人控制系统和机器人驱动系统，可以在全地形机动，并具有轻量化、智能化和多功能的特点，具有非常广阔的应用前景。

主权项

1.一种两足四轮可变行走机构多功能仿生机器人系统，其特征在于：该系统包括车体、车轮、轮毂电机、机械腿支座、机械腿铰链、上部机械腿连杆、中部机械腿关节、中部机械腿连杆、下部机械腿关节、下部机械腿连杆、机械爪关节、机械爪、机械爪后指、机械爪前指、机械爪末端指阄、前超声波传感器、后超声波传感器、前视觉传感器支座、前视觉传感器、后视觉传感器支座、后视觉传感器、货箱、传感器信号处理系统、机器人控制系统和机器人驱动系统；它们之间的关系是：车体为整个机器人系统的承载体，四个车轮安装在车体的下部，通过车轮内部安装的轮毂电机来驱动车轮运动；两个机械腿支座分别安装在车体的左右两侧，通过机械腿铰链与上部机械腿连杆相连接，并能够满足上部机械腿连杆的旋转运动，可以实现轮‑足的转换；上部机械腿连杆通过中部机械腿关节，与中部机械腿连杆相连接；中部机械腿连杆通过下部机械腿关节，与下部机械腿连杆相连接；下部机械腿连杆通过机械爪关节，与机械爪相连接；每个机械爪由一个机械爪后指和三个机械爪前指组成，采用电驱动；在机械爪后指和机械爪前指的指端设置有机械爪末端指阄；前超声波传感器和后超声波传感器安装于车体的前后端的下部，用于探测障碍物；前视觉传感器支座安装于车体的前端上部，用于安装前视觉传感器；后视觉传感器支座安装于车体的后端上部，用于安装后视觉传感器；货箱置于车体的中间上部；传感器信号处理系统、机器人控制系统和机器人驱动系统安置于车体的内部，它们之间通过导线和数据线相连；传感器信号处理系统通过导线和数据线与前超声波传感器、后超声波传感器、前视觉传感器和后视觉传感器相连；机器人驱动系统通过导线和数据线与各个电机相连；所述车体为整个机器人系统的承载结构，车体形状优选长方体，但不局限于长方体，可以根据需要设计成其他形状，材料和制造工艺采用铝合金材料机械加工后焊接而成，也可以采用T700级碳纤维增强环氧树脂复合材料，使用树脂传递模塑成型(RTM)，然后胶接而成，使其具有轻质高强的特点，有效实现轻量化，同时车体具有防水功能，避免雨水进入内部，损坏电控系统，车体内部放置有锂电池模块，提供动力；所述车轮为为自制件，由轮胎、轮辐、轮辋、螺栓等组成，轮胎为橡胶材料，轮辐和轮辋为T700级碳纤维增强环氧树脂复合材料，车轮直径根据车体的尺寸而定；所述轮毂电机为市购件，用于四个车轮的独立驱动，可以实现原地掉头，型号为Protean Electric公司生产的Protean Drive TM轮毂电机；所述机械腿支座为自制件，用于在车体上安装机械腿，分布于车体的左右两侧的中部；所述机械腿铰链为自制件，用于连接机械腿支座和上部机械腿连杆，使上部机械腿连杆可以绕车体的横轴旋转，以完成行走的运动动作，旋转角度范围为360度，当两个机械腿旋转到车体上部时，车轮与地面接触，这样就实现了轮‑足的切换；所述上部机械腿连杆、中部机械腿连杆和下部机械腿连杆为自制件，用于支撑机械腿，长度可调整，在内部均安装有直线电机，型号为FIRGELLI FA‑B‑110‑12V直线电机，可以驱动机械腿运动，并提供足够的动力；所述中部机械腿关节、下部机械腿关节和机械爪关节为自制件，类似于人体的膝盖，用于控制连杆的转动，内部均安置有数字舵机，型号为智能佳DYNAMIXEL Pro H42‑20‑S300‑R数字舵机，可以实现变换连杆的方向，在机械腿行走的过程中采用折弯向前的方式，即中部机械腿连杆和下部机械腿连杆先折弯，然后中部机械腿关节7旋转向前，以完成单腿的运动，两个机械腿交替运动，完成行走动作；所述机械爪后指和机械爪前指为自制件，使用高强耐磨的高强度钢或钛合金材料制成；所述前超声波传感器和后超声波传感器为市购件，用于探测障碍物，并将信号传输给传感器信号处理系统，帮助进行路径规划，型号为上海禾田电子的HT40C16TR‑2；所述前视觉传感器支座和后视觉传感器支座为自制件，通过螺栓与车体连接，用于安装前视觉传感器和后视觉传感器。