CN110562377A - 一种载人式通用变形机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种载人式通用变形机器人，包括一个前轮和两个后轮，所述前轮和后轮的内部均设置有轮毂电机和电磁刹车系统，还包括可伸缩前臂、座臂、扶臂、可伸缩后臂、可伸缩横臂、前轮转向装置、前后臂折叠装置、后臂与横臂连接装置、麦克纳姆轮、麦克纳姆轮与横臂连接装置、座臂与扶臂连接件、电源装置和车控平台。本发明让定位模糊的通用机器人在生活中获得准确的定位。本发明所呈现的通用机器人，机械架构简单实用，体积小巧便携，能在绝大部分场景中使用。大轮子多动力输出使其交通性能优越；同时它具备形态切换的变形功能，通过复合运动可以攀爬台阶楼梯等。这些基础特点使它能成为一种平台级的产品，它的实用化会改变人的日常生活模式。

Description

一种载人式通用变形机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体为一种载人式通用变形机器人。

背景技术

当前通用机器人走入日常生活中最大问题是-技术的实现和大众的期望存在着较大的差距。首先形态上很难定位，大众对机器人的认识大多默认为人形，而技术上人形机器人要做到大众实用化有很大的难度，所以在专业机器人市场一般不会去设计人形机器人，人形机器人更多的是作为一种技术研发用的促进平台，以及把它定位为高级玩具。其次功能上通用机器人也很难定位，当然问题的关键还是技术上存在很多障碍！通用机器人应该怎样去进行功能定位，做家务？提供智力输出？娱乐？研究？这些功能都可以成为机器人的核心功能，但技术上的障碍让这些功能看似很好，且难以精准的实现，因为这些功能的实现都涉及到-人工智能、图像识别、空间定位、复杂运动控制等技术，而目前的科技背景下这些技术都还处于模糊中做不到通用实用化以及价格高昂。那么如何在现有技术条件下开发出一款通用机器人？最重要的一点是要定位一项关键功能，以此关键功能为基础让通用机器人具体化、落地化从而让其它不精准不完善的技术得于附存发展。为此这项关键功能必须要做到实用化、大众化、廉价化，只有这样才能让大众有理由去消费这种机器人。

机器人不管是任何形态最重要的一点就是运动。而机器人的运动功能正好和交通工具的运动功能相重叠，所以从机器人存在的基础来看它有义务成为一种载人交通工具。从大众的要求上来看，交通工具是每个人在生活中都需要的，特别是对交通工具的多元化需求，远程有飞机火车，中程有小汽车客车，近程有电动车自行车以及最近兴起的代步用交通工具，更是着力于解决多元化交通工具之间的衔接切换；另外从技术实现的准确性和大众要求的必须性来看，机器的交通运动功能比较容易精准实现，而人受限于身体条件其交通运动能力是不足的，所以人对交通工具有明确必须的需求。机器人不足的地方在于智力，机器人以智力为基础所开发的功能都存在技术复杂结果不准的问题，而偏偏这些功能都是人所擅长的，比如：倒水、扫地等等。。。这些叫机器来做很麻烦，人来做则很容易实现。所以机器的交通功能对人来说具有不可替代性而机器的智力行为对人来说则是可以替代的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种载人式通用变形机器人，把载人交通功能作为它的基础核心功能，让机器人可以成为一种载人交通工具。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种载人式通用变形机器人，包括一个前轮和两个后轮，所述前轮和后轮的内部均设置有轮毂电机和电磁刹车系统，还包括可伸缩前臂、座臂、扶臂、可伸缩后臂、可伸缩横臂、前轮转向装置、前后臂折叠装置、后臂与横臂连接装置、麦克纳姆轮、麦克纳姆轮与横臂连接装置、座臂与扶臂连接件、电源装置和车控平台，所述前轮与前臂通过前轮转向装置连接，所述前臂与后臂通过座臂连接，所述前臂与后臂之间可通过前后臂折叠装置折叠，改变前臂与后臂的之间的角度，所述后臂与横臂通过后臂与横臂连接装置连接，所述后臂与横臂连接装置可以多轴旋转，所述横臂的两端分别与两个后轮连接，所述麦克纳姆轮与横臂通过麦克纳姆轮与横臂连接装置连接，所述座臂与扶臂通过座臂与扶臂连接件连接，所述扶臂的顶端与车控平台连接，所述电源装置为机器人提供电能。

优选地，所述前臂包括前臂主管和前臂伸缩管，所述前臂伸缩管嵌入设置在前臂主管中，并与前臂主管的内壁间隙配合，所述前臂主管的内部设有伸缩电机和伸缩丝杠，所述伸缩电机与伸缩丝杠传动连接，所述伸缩丝杠贯穿设置在前臂伸缩管内部的法兰盘，并与法兰盘的内壁螺纹连接。

优选地，所述前轮转向装置包括前轮转向齿轮、前轮转向传动齿轮、前轮支架、套环、和前轮转向电机，所述前轮支架嵌套设置在前轮的轮轴两侧，所述前轮支架的顶部固定设有套环，所述套环的内部设有轴承，所述套环的顶部设有前轮转向齿轮，所述轴承和前轮转向齿轮均嵌套设置在前臂上，并与前臂的外壁过盈配合，所述前轮转向齿轮的一侧啮合设置有前轮转向传动齿轮，所述套环的一侧固定设有前轮转向电机，所述前轮转向电机与前轮转向传动齿轮传动连接。

优选地，所述前后臂折叠装置包括折叠电机、同步带、折叠丝杠、折叠法兰盘、折叠升降座、折叠推拉臂、减震器、折叠推拉臂绕后臂旋转轴和后臂绕座臂旋转轴，所述座臂的底部固定设有折叠电机，所述折叠电机的一侧设有折叠丝杠，所述折叠电机与折叠丝杠通过同步带传动连接，所述折叠丝杠的底端设有折叠升降座，所述折叠升降座的一侧为环形部件，所述环形部件嵌套设置在前臂上，所述折叠升降座的顶部固定设有折叠法兰盘，所述折叠丝杠贯穿折叠法兰盘和折叠升降座，并与折叠法兰盘的内壁螺纹连接，所述折叠升降座的一侧铰接有折叠推拉臂，所述折叠推拉臂的中部设有减震器，所述折叠推拉臂的另一端通过折叠推拉臂绕后臂旋转轴与后臂铰接，所述后臂与座臂通过后臂绕座臂旋转轴铰接。

优选地，所述后臂包括后臂主管和后臂伸缩管，所述后臂伸缩管嵌入设置在后臂主管中，并与后臂主管的内壁间隙配合，所述后臂主管的内部设有伸缩电机和伸缩丝杠，所述伸缩电机与伸缩丝杠传动连接，所述伸缩丝杠贯穿设置在后臂伸缩管内部的法兰盘，并与法兰盘的内壁螺纹连接。

优选地，所述横臂包括横臂主管、横臂左伸缩管和横臂右伸缩管，所述横臂左伸缩管和横臂右伸缩管均嵌入设置在横臂主管中，并与横臂主管的内壁间隙配合，所述横臂主管的内部设有两个伸缩电机和两个伸缩丝杠，一个所述伸缩电机与一个伸缩丝杠传动连接，另一个所述伸缩电机与另一个伸缩丝杠传动连接，一个所述伸缩丝杠贯穿设置在横臂左伸缩管内部的法兰盘，并与法兰盘的内壁螺纹连接，另一个所述伸缩丝杠贯穿设置在横臂右伸缩管内部的法兰盘，并与法兰盘的内壁螺纹连接。

优选地，所述后臂与横臂连接装置包括轴A套管、轴A转动电机、轴A转动齿轮、轴A转动传动齿轮、轴C套管、轴C旋转杆、连接块C、轴B旋转杆、连接块B，所述轴A套管的内部设有轴承，所述轴A套管的一侧设有轴A转动齿轮，所述轴承和轴A转动齿轮均嵌套设置在横臂上，并与横臂的外壁过盈配合，所述轴A转动齿轮的一侧啮合设置有轴A转动传动齿轮，所述轴A套管的一侧固定设有轴A转动电机，所述轴A转动电机与轴A转动传动齿轮传动连接，所述轴A套管的一侧固定设有固定块，所述固定块的侧面固定设有轴C套管，所述轴C套管的底部设有轴C旋转杆，所述轴C旋转杆的底部设有连接块C，所述轴C旋转杆的顶端嵌入设置在轴C套管中，并与轴C套管的内壁间隙配合，底端与连接块C固定连接，所述连接块C的一侧设有轴B旋转杆，所述轴B旋转杆的一端设有连接块B，所述轴B旋转杆的一端嵌入设置在连接块C中，并与连接块C的内壁间隙配合，另一端与连接块B固定连接，所述连接块B的一侧与后臂的底部固定连接。

优选地，所述麦克纳姆轮与横臂连接装置包括摩擦块、弹性固定件、障碍攀爬杆、连接杆，所述障碍攀爬杆的设置个数为四个，四个所述障碍攀爬杆均与横臂固定连接，两个所述障碍攀爬杆之间关于一个后轮的中心呈对称分布，另两个所述障碍攀爬杆之间关于另一个后轮的中心呈对称分布，所述后轮与一侧障碍攀爬杆之间设有麦克纳姆轮，靠近所述麦克纳姆轮一侧的障碍攀爬杆的侧面设有滑槽和弹性固定件，所述麦克纳姆轮的中心位置设有连接杆，所述连接杆呈倾斜设置，所述连接杆的一端贯穿远离麦克纳姆轮一侧的障碍攀爬杆，另一端与靠近麦克纳姆轮一侧的障碍攀爬杆侧面的滑槽滑动连接，并与弹性固定件的缺口抵接，所述麦克纳姆轮的一侧设有摩擦块，所述摩擦块与后轮的位置相对应，所述摩擦块与麦克纳姆轮通过设置在摩擦块中心位置的传动管传动连接，所述传动管的内部设有轴承，所述轴承嵌套设置在连接杆上，并与连接杆的外壁过盈配合。

优选地，所述座臂与扶臂连接件包括两个扶臂套管，两个所述扶臂套管固定设置在座臂的一侧，并称对称分布，所述扶臂贯穿扶臂套管，所述扶臂与扶臂套管通过设置在扶臂套管一侧的限位装置进行限位，所述扶臂的顶部与车控平台固定连接。

优选地，所述座臂嵌套设置在前臂的顶部，并形成座位空间，所述座臂的顶部设有坐垫，所述坐垫呈前厚后薄的形态，所述车控平台包括把手、显示屏和伸缩板，所述显示屏嵌入设置在车控平台的顶部，所述把手的设置个数为两个，且两个所述把手对称固定设置在车控平台的两侧，所述伸缩板的设置个数为三个，且三个所述伸缩板嵌入设置在车控平台的三个侧面中，所述横臂的顶部设有两个呈对称分布的踏板，两个所述后轮的一侧均设有挡泥板，所述挡泥板的两侧均设有固定架，所述固定架均与横臂固定连接，所述电源装置包括蓄电池和蓄电池座，所述蓄电池嵌入设置在蓄电池座中，所述蓄电池座固定设置在后臂上。

优选地，所述机器人还包括线控器，所述线控器固定设置在座臂的一侧。

优选地，所述后臂的一侧固定设有机械臂滑轨，所述机械臂滑轨的一侧设有机械臂，所述机械臂嵌套设置在机械臂滑轨上，并与机械臂滑轨滑动连接，所述机械臂与机械臂滑轨通过设置在机械臂一侧的限位装置进行限位。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过对机器人功能形态的重新定义，让定位模糊的通用机器人在生活中获得准确的定位，从而使机器人有了进入日常生活的基础。本发明所呈现的通用机器人，其机械架构简单实用，体积小巧便携，能在绝大部分场景中使用：室内室外，车内，飞机内，它占用很小的空间。大轮子多动力输出使其交通性能优越；同时它具备形态切换的变形功能，通过复合运动可以攀爬台阶楼梯等。这些基础特点使它能成为一种平台级的产品，它的实用化会改变人的日常生活模式，促进文明的进一步。

附图说明

图1为本发明最小状态的结构示意图；

图2为本发明最大状态的结构示意图；

图3为本发明前后臂折叠装置的局部结构示意图；

图4为本发明后臂与横臂连接装置的局部结构示意图；

图5为本发明踏板的局部结构示意图；

图6为本发明麦克纳姆轮与横臂连接装置的局部结构示意图；

图7为本发明车控平台的局部结构示意图；

图8为本发明扶臂限位装置的局部结构示意图；

图9为本发明后臂与横臂连接装置的三轴旋转示意图；(a)为总旋转示意图；(b)为A轴旋转示意图；(c)为B轴旋转示意图；(d)为C轴旋转示意图；

图10为本发明最小化状态示意图；

图11为本发明最大化状态示意图；

图12为本发明各方向偏移运动状态示意图；

图13为本发明双轮平衡最大机器人状态示意图；

图14为本发明攀爬楼梯状态示意图；

图15为本发明座椅形态示意图；

图16为本发明桌椅形态示意图；

图17为本发明两轮自平衡体感行驶形态示意图；

图18为本发明三轮电动车行驶形态示意图；

图19为本发明三轮脚蹬滑行形态示意图；

图20为本发明线控跟随状态示意图；

图21为本发明拖行状态示意图。

图示说明：1-车控平台；2-后臂；3-机械臂；4-电源装置；5-横臂；6-后轮；7-麦克纳姆轮与横臂连接装置；8-前后臂折叠装置；9-前轮；10-前轮转向装置；11-前臂；12-座臂；13-后臂与横臂连接装置；14-坐垫；15-扶臂；16-线控器；17-座臂与扶臂连接件；18-麦克纳姆轮；19-踏板；20-轴A套管；21-轴A转动电机；22-轴C旋转杆；23-横臂主管；24-横臂左伸缩管；25-横臂右伸缩管；26-轴B旋转杆；27-摩擦块；28-挡泥板；29-弹性固定件；30-障碍攀爬杆；31-连接件；32-连接块C；33-同步带；34-折叠丝杠；35-折叠法兰盘；36-折叠升降座；37-折叠推拉臂；38-减震器；39-折叠电机；40-后臂绕坐臂旋转轴；41-折叠推拉臂绕后臂旋转轴；42-后臂主管；43-后臂伸缩管；44-前轮转向电机；45-显示屏；46-伸缩板；47-把手；48-连接块B；49-机械臂滑轨；50-前轮转向齿轮；51-前臂主管；52-前臂伸缩管；53-前轮支架；54-套环。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步地说明。

如图1-21，一种载人式通用变形机器人，包括一个前轮9和两个后轮6，所述前轮9和后轮6的内部均设置有轮毂电机和电磁刹车系统，前轮9和后轮6分别由其内置的轮毂电机和电磁刹车系统控制工作，还包括可伸缩前臂11、座臂12、扶臂15、可伸缩后臂2、可伸缩横臂5、前轮转向装置10、前后臂折叠装置8、后臂与横臂连接装置13、麦克纳姆轮18、麦克纳姆轮与横臂连接装置7、座臂与扶臂连接件17、电源装置4和车控平台1，所述前轮9与前臂11通过前轮转向装置10连接，所述前臂11与后臂2通过座臂12连接，所述前臂11与后臂2之间可通过前后臂折叠装置8折叠，改变前臂11与后臂2的之间的角度，所述后臂2与横臂5通过后臂与横臂连接装置13连接，所述后臂与横臂连接装置13可以多轴旋转，所述横臂5的两端分别与两个后轮6连接，所述麦克纳姆轮18与横臂5通过麦克纳姆轮与横臂连接装置7连接，所述座臂12与扶臂15通过座臂与扶臂连接件17连接，所述扶臂15的顶端与车控平台1连接，所述电源装置4为机器人提供电能。

在一个优选地实施方式中，所述前臂11包括前臂主管51和前臂伸缩管52，所述前臂伸缩管52嵌入设置在前臂主管51中，并与前臂主管51的内壁间隙配合，所述前臂主管51的内部设有伸缩电机和伸缩丝杠，所述伸缩电机与伸缩丝杠传动连接，所述伸缩丝杠贯穿设置在前臂伸缩管52内部的法兰盘，并与法兰盘的内壁螺纹连接，伸缩电机工作可带动伸缩丝杠转动，从而带动前臂伸缩管52在前臂主管51中运动，实现前臂11的伸缩。

在一个优选地实施方式中，所述前轮转向装置10包括前轮转向齿轮50、前轮转向传动齿轮、前轮支架53、套环54、和前轮转向电机44。

当前轮转向电机44置于前臂11外部时，所述前轮转向齿轮50为外齿轮，所述前轮支架53嵌套设置在前轮9的轮轴两侧，所述前轮支架53的顶部固定设有套环54，所述套环54的内部设有轴承，所述套环54的顶部设有前轮转向齿轮50，所述轴承和前轮转向齿轮50均嵌套设置在前臂11上，并与前臂11的外壁过盈配合，所述前轮转向齿轮50的一侧啮合设置有前轮转向传动齿轮，所述套环54的一侧固定设有前轮转向电机44，所述前轮转向电机44与前轮转向传动齿轮传动连接，前轮转向电机44工作可带动前轮转向传动齿轮转动，使得前轮转向传动齿轮围绕前轮转向齿轮50转动，前轮转向电机44和套环54围绕前臂11转动，从而带动前轮支架53转动，实现前轮9的转向。

当前轮转向电机44置于前臂11内部时，所述前轮转向齿轮50为内齿轮，所述套环54替换为套轴，所述前轮支架53嵌套设置在前轮9的轮轴两侧，所述前轮支架53的顶部固定设有套轴，所述套轴的侧面嵌套设置有轴承，所述轴承的顶部设有前轮转向齿轮50，所述轴承和前轮转向齿轮50均嵌入设置在前臂11中，并与前臂11的内壁过盈配合，所述前轮转向齿轮50的内侧啮合设置有前轮转向传动齿轮，所述套轴的一侧固定设有前轮转向电机44，所述前轮转向电机44与前轮转向传动齿轮传动连接，前轮转向电机44工作可带动前轮转向传动齿轮转动，使得前轮转向传动齿轮围绕前轮转向齿轮50转动，前轮转向电机44和套轴在前臂11内转动，从而带动前轮支架53转动，实现前轮9的转向。

在一个优选地实施方式中，所述前后臂折叠装置8包括折叠电机39、同步带33、折叠丝杠34、折叠法兰盘35、折叠升降座36、折叠推拉臂37、减震器38、折叠推拉臂绕后臂旋转轴41和后臂绕座臂旋转轴40，所述座臂12的底部固定设有折叠电机39，所述折叠电机39与座臂12通过设置在座臂12底部的折叠电机座固定连接，所述折叠电机39的一侧设有折叠丝杠34，所述折叠丝杠34的顶部嵌套设置有丝杠轴承，所述丝杠轴承与座臂12通过设置在座臂12底部的丝杠轴承座固定连接，所述折叠电机39与折叠丝杠34通过同步带33传动连接，所述折叠丝杠34的底端设有折叠升降座36，所述折叠升降座36的一侧为环形部件，所述环形部件嵌套设置在前臂11上，所述折叠升降座36的顶部固定设有折叠法兰盘35，所述折叠丝杠34贯穿折叠法兰盘35和折叠升降座36，并与折叠法兰盘35的内壁螺纹连接，所述折叠升降座36的一侧铰接有折叠推拉臂37，所述折叠推拉臂37的中部设有减震器38，所述折叠推拉臂37的另一端通过折叠推拉臂绕后臂旋转轴41与后臂2铰接，所述后臂2与座臂12通过后臂绕座臂旋转轴40铰接。

在对前臂11与后臂2进行展开时，折叠电机39工作通过同步带33带动折叠丝杠34转动，折叠丝杠34转动可带动折叠法兰盘35和折叠升降座36上升，上升过程中，折叠推拉臂37的一端跟随折叠升降座36上升并在折叠升降座36的一侧转动，另一端对后臂2施加推力的同时绕折叠推拉臂绕后臂旋转轴41在后臂2上转动，推动后臂2绕后臂绕座臂旋转轴40在座臂12的底部转动，从而增大前臂11与后臂2之间的角度，实现前臂11与后臂2之间的展开。

在对前臂11与后臂2进行折叠时，折叠电机39工作通过同步带33带动折叠丝杠34转动，折叠丝杠34转动可带动折叠法兰盘35和折叠升降座36下降，下降过程中，折叠推拉臂37的一端跟随折叠升降座36下降并在折叠升降座36的一侧转动，另一端对后臂2施加拉力的同时绕折叠推拉臂绕后臂旋转轴41在后臂2上转动，拉动后臂2绕后臂绕座臂旋转轴40在座臂12的底部转动，从而减小前臂11与后臂2之间的角度，实现前臂11与后臂2之间的折叠。

在一个优选地实施方式中，所述后臂2包括后臂主管42和后臂伸缩管43，所述后臂伸缩管43嵌入设置在后臂主管42中，并与后臂主管42的内壁间隙配合，所述后臂主管42的内部设有伸缩电机和伸缩丝杠，所述伸缩电机与伸缩丝杠传动连接，所述伸缩丝杠贯穿设置在后臂伸缩管43内部的法兰盘，并与法兰盘的内壁螺纹连接，伸缩电机工作可带动伸缩丝杠转动，从而带动后臂伸缩管43在后臂主管42中运动，实现后臂2的伸缩。

在一个优选地实施方式中，所述横臂5包括横臂主管23、横臂左伸缩管24和横臂右伸缩管25，所述横臂左伸缩管24和横臂右伸缩管25均嵌入设置在横臂主管23中，并与横臂主管23的内壁间隙配合，所述横臂主管23的内部设有两个伸缩电机和两个伸缩丝杠，一个所述伸缩电机与一个伸缩丝杠传动连接，另一个所述伸缩电机与另一个伸缩丝杠传动连接，一个所述伸缩丝杠贯穿设置在横臂左伸缩管24内部的法兰盘，并与法兰盘的内壁螺纹连接，另一个所述伸缩丝杠贯穿设置在横臂右伸缩管25内部的法兰盘，并与法兰盘的内壁螺纹连接，两个伸缩电机可同时工作分别带动两个伸缩丝杠转动，一个伸缩丝杠转动带动横臂左伸缩管24在横臂主管23中运动，另一个伸缩丝杠转动带动横臂右伸缩管25在横臂主管23中运动，实现横臂5的伸缩。

在一个优选地实施方式中，所述后臂与横臂连接装置13包括轴A套管20、轴A转动电机21、轴A转动齿轮、轴A转动传动齿轮、轴C套管、轴C旋转杆22、连接块C32、轴B旋转杆26、连接块B48，所述轴A套管20的内部设有轴承，所述轴A套管20的一侧设有轴A转动齿轮，所述轴承和轴A转动齿轮均嵌套设置在横臂5上，并与横臂5的外壁过盈配合，所述轴A转动齿轮的一侧啮合设置有轴A转动传动齿轮，所述轴A套管20的一侧固定设有轴A转动电机21，所述轴A转动电机21与轴A转动传动齿轮传动连接，所述轴A套管20的一侧固定设有固定块，所述固定块的侧面固定设有轴C套管，所述轴C套管的内部设有阻尼器，所述轴C套管的底部设有轴C旋转杆22，所述轴C旋转杆22的底部设有连接块C32，所述轴C旋转杆22的顶端嵌入设置在轴C套管中，并与轴C套管的内壁间隙配合，底端与连接块C32固定连接，所述轴C套管内部的阻尼器对轴C旋转杆22的旋转产生阻尼作用，所述连接块C32的内部设有阻尼器，所述连接块C32的一侧设有轴B旋转杆26，所述轴B旋转杆26的一端设有连接块B48，所述连接块B48和连接块C32的形状均为L形，所述轴B旋转杆26的一端嵌入设置在连接块C32中，并与连接块C32的内壁间隙配合，另一端与连接块B48固定连接，所述连接块C32内部的阻尼器对轴B旋转杆26的旋转产生阻尼作用，所述连接块B48的一侧与后臂2的底部固定连接。

如图9(a)所示，后臂与横臂连接装置13可以三轴旋转。如图9(b)所示，轴A转动电机21工作可带动轴A转动传动齿轮转动，从而带动轴A转动齿轮转动，从而带动横臂5整体转动，实现横臂5在轴A套管20中的旋转。如图9(d)所示，两个后轮6之间的速度差(与双轮平衡车的原理相同)，使得轴C旋转杆22在轴C套管中旋转，横臂5可通过轴C旋转杆22进行旋转，实现后轮6的转向。如图9(c)所示，在机器人运行过程中，轴B旋转杆26可在连接块C32中旋转，实现后臂2的悬挂侧倾，在后轮6翻过障碍物时，横臂5可通过轴B旋转杆26进行旋转。

在一个优选地实施方式中，所述麦克纳姆轮与横臂连接装置7包括摩擦块27、弹性固定件29、障碍攀爬杆30、连接杆31，所述障碍攀爬杆30的设置个数为四个，四个所述障碍攀爬杆30均与横臂5固定连接，两个所述障碍攀爬杆30之间关于一个后轮6的中心呈对称分布，另两个所述障碍攀爬杆30之间关于另一个后轮6的中心呈对称分布，所述障碍攀爬杆30的长度大于后轮6的半径，所述后轮6与一侧障碍攀爬杆30之间设有麦克纳姆轮18，靠近所述麦克纳姆轮18一侧的障碍攀爬杆30的侧面设有滑槽和弹性固定件29，所述麦克纳姆轮18的中心位置设有连接杆31，所述连接杆31呈倾斜设置，所述连接杆31的一端贯穿远离麦克纳姆轮18一侧的障碍攀爬杆30，另一端与靠近麦克纳姆轮18一侧的障碍攀爬杆30侧面的滑槽滑动连接，并与弹性固定件29的缺口抵接，所述麦克纳姆轮18的一侧设有摩擦块27，所述摩擦块27与后轮6的位置相对应，所述摩擦块27与麦克纳姆轮18通过设置在摩擦块27中心位置的传动管传动连接，所述传动管的内部设有轴承，所述轴承嵌套设置在连接杆31上，并与连接杆31的外壁过盈配合。

当横臂5绕轴A旋转使麦克纳姆轮18位于后轮6与地面中间时，轴A转动电机21可锁定在当前状态，麦克纳姆轮18的位置被固定在当前状态，此时机器人的重量作用在麦克纳姆轮18上，连接杆31靠近麦克纳姆轮18的一端受压在滑槽中滑动并对弹性固定件29施加压力，连接杆31由倾斜状态变为水平状态，摩擦块27与后轮6抵接，后轮6转动可带动摩擦块27转动，摩擦块27通过其中心位置的传动管带动麦克纳姆轮18在连接杆31上转动，麦克纳姆轮18与前轮9的配合，可实现任意方向的移动。

当麦克纳姆轮18位于其他位置时，弹性固定件29由于自身弹性对连接杆31靠近麦克纳姆轮18的一端施加压力使其在滑槽中滑动，连接杆31由水平状态变为倾斜状态，摩擦块27与后轮6存在间隙，摩擦块27不影响后轮9转动。

在一个优选地实施方式中，所述座臂与扶臂连接件17包括两个扶臂套管，两个所述扶臂套管固定设置在座臂12的一侧，并称对称分布，所述扶臂15贯穿扶臂套管，所述扶臂15与扶臂套管通过设置在扶臂套管一侧的限位装置进行限位，所述限位装置可以采用手动限位装置和电动限位装置，所述扶臂15的顶部与车控平台1固定连接。

当限位装置采用手动限位装置时，所述扶臂15与扶臂套管通过设置在扶臂套管一侧的卡扣进行限位，所述卡扣与自行车座升降卡扣原理相同，调节方式为，拨开卡扣对扶臂15的高度进行调节，完成后，锁紧卡扣即可限位固定。

当限位装置采用电动限位装置时，所述扶臂15的一侧设有齿条，所述扶臂套管的一侧设有齿轮，所述齿轮与齿条啮合，所述扶臂套管的一侧固定设有限位电机，所述限位电机与齿轮传动连接，调节方式为：限位电机工作可带动齿轮转动，齿轮转动可带动齿条升降，对扶臂15的高度进行调节，完成后，限位电机停止工作即可限位固定。

在一个优选地实施方式中，所述座臂12嵌套设置在前臂11的顶部，并形成座位空间，所述座臂12的顶部设有坐垫14，所述坐垫14呈前厚后薄的形态，坐垫14便于使用者坐在上面。

所述车控平台1包括把手47、显示屏45和伸缩板46，所述显示屏45嵌入设置在车控平台1的顶部，所述把手47的设置个数为两个，且两个所述把手47对称固定设置在车控平台1的两侧，所述伸缩板46的设置个数为三个，且三个所述伸缩板46嵌入设置在车控平台1的三个侧面中，把手47为使用者提供施力支撑和控制机器人的使用，伸缩板46平时收缩在车控平台1内，使用时可以把伸缩板46抽出来，从而形成一个有实用面积的台面。

所述横臂5的顶部设有两个呈对称分布的踏板19，为使用者提供放脚位置。所述踏板19的内部还可以设置蓄电池，为设备提供电能。

两个所述后轮6的一侧均设有挡泥板28，所述挡泥板28的两侧均设有固定架，所述固定架均与横臂5固定连接，挡泥板28可对污泥进行遮挡。

所述电源装置4包括蓄电池和蓄电池座，所述蓄电池嵌入设置在蓄电池座中，所述蓄电池座固定设置在后臂2上，电源装置4为机器人整体提供电能。

在一个优选地实施方式中，所述机器人还包括线控器16，所述线控器16固定设置在座臂12的一侧，所述线控器16为现有技术，在此不做赘述。

在一个优选地实施方式中，所述后臂2的一侧固定设有机械臂滑轨49，所述机械臂滑轨49的一侧设有机械臂3，所述机械臂3嵌套设置在机械臂滑轨49上，并与机械臂滑轨49滑动连接，所述机械臂3与机械臂滑轨49通过设置在机械臂3一侧的限位装置进行限位，所述限位装置可以采用手动限位装置和电动限位装置。

当限位装置采用手动限位装置时，机械臂3与机械臂滑轨49通过设置在机械臂3一侧的卡扣进行限位，调节方式为，拨开卡扣将机械臂3在机械臂滑轨49上滑动，对机械臂3的高度进行调节，完成后，锁紧卡扣即可限位固定。

当限位装置采用电动限位装置时，可在机械臂滑轨49顶部固定设置升降电机，升降电机的底部设置升降丝杠，升降丝杠与升降电机传动连接，升降丝杠贯穿机械臂3的一侧，并与机械臂3的内壁螺纹连接，升降电机工作可带动升降丝杠转动，升降丝杠转动可带动机械臂3升降，对机械臂3的高度进行调节，完成后，升降电机停止工作即可限位固定。

本发明能进行前后折叠和左右伸缩，在折叠伸缩过程中设备能呈现不同的形态，从而实现不同的功能。本发明具有多种状态：最小折叠状态、最大三轮电动车行驶形态、三轮脚蹬滑行形态、两轮自平衡体感行驶形态、牵引跟随状态、座椅形态。本发明具有多种功能：前后轮双转向功能、前后双向驾驶功能、各方向偏移运动功能、攀爬障碍功能、物理桌椅功能、扩展机械臂。

本发明的形态：

(1)最小折叠状态

如图10所示，本发明可通过前臂伸缩管52在前臂主管51中缩进，后臂伸缩管43在后臂主管42中缩进，横臂左伸缩管24和横臂右伸缩管25在横臂主管23中缩进，通过前后臂折叠装置8将前臂11与后臂2进行折叠，通过座臂与扶臂连接件17将扶臂15调节至最低高度，通过前轮转向装置10将前轮9转动至与后轮6垂直时，即可调节至最小折叠状态，此状态下设备体积可以控制在长310mm*高675mm*厚450mm，设备重心底，落地比较稳，不容易发生翻倒。

(2)最大三轮电动车行驶形态

如图11所示，本发明通过前轮转向装置10将前轮9转动至与后轮6平行，通过前臂伸缩管52在前臂主管51中伸展，后臂伸缩管43在后臂主管42中伸展，横臂左伸缩管24和横臂右伸缩管25在横臂主管23中伸展，通过前后臂折叠装置8将前臂11与后臂2进行展开，通过座臂与扶臂连接件17将扶臂15调节至最高高度，即可调节至最大三轮电动车形态，此形态由蓄电池提供动力，能为使用者提供安全高速的行驶功能。如图18所示，此时为高速行驶状态。

(3)三轮脚蹬滑行形态

如图19所示，在最大三轮电动车形态时，在蓄电池没电的情况下，此时设备可以看成一个滑板车，使用者可以用双脚提供动力进行行驶。

(4)两轮自平衡体感行驶形态

如图17所示，本发明在最小折叠状态时，通过后臂伸缩管43在后臂主管42中伸展，使前轮9离开地面，使用者站在横臂5的踏板19上由两个后轮6提供动力，此时设备变为两轮自平衡体感行驶形态，与双轮平衡车的原理相同。如图13所示，为双轮平衡最大机器人状态，机械臂3最高操作高度可达97cm，最低能贴住地面，此高度范围能适用于生活中的大多数场景。前轮9可以根据机械臂3的运动进行重心调整。

(5)牵引跟随状态

如图20所示，本发明在任一形态下，通过前轮转向装置10将前轮9转动至与后轮6平行，使用者可通过线控器16控制设备运行，属于现有技术，在此不做赘述。

(6)桌椅形态

如图15所示，本发明变形至适当的状态下，静态稳定的三轮结构和合适的高度，让设备的坐垫14具备了一把座椅的功能。如图16所示，将车控平台1的伸缩板46拉出形成一个小桌面，在扶臂15的支撑调节下和坐垫14形成合适的距离，此时设备变为桌椅形态。

本发明的功能：

(1)前后轮双转向功能

本发明前轮9通过前轮转向装置10实现转向，后轮6通过两个轮子之间的速度差实现转向。

(2)前后双向驾驶功能

本发明具备前后两个方向的驾驶功能，驾驶者可以正坐也可以反坐，都能对设备进行操控。

(3)各方向偏移运动功能

一般的轮子只能在一个方向上进行运动，因此不能做出偏移运动，如横移。如图12所示，本发明在两个后轮6上均设置了麦克纳姆轮18，通过设置的轴A转动电机21可带动横臂5在轴A套管20中的旋转，设置在横臂5上的障碍攀爬杆30通过连接杆31带动麦克纳姆轮18绕后轮6转动，将麦克纳姆轮18转动至后轮6和地面的中间，轴A转动电机21可锁定在当前状态，麦克纳姆轮18的位置被固定在当前状态，此状态下设备的重量压在麦克纳姆轮18上，连接杆31靠近麦克纳姆轮18的一端受压在滑槽中滑动并对弹性固定件29施加压力，连接杆31由倾斜状态变为水平状态，摩擦块27与后轮6的胎面抵接，后轮6转动可带动摩擦块27转动，摩擦块27通过其中心位置的传动管带动麦克纳姆轮18在连接杆31上转动，把后轮6的动力转换为麦克纳姆轮18的动力，两个麦克纳姆轮18和前轮9及前轮转向装置10的配合，可实现各方向的偏移运动，从而让设备的的运动具有无比的灵活性。麦克纳姆轮18的设置还解决了清洁问题，麦克纳姆轮18可以隔离两个后轮6同地面的直接接触，从而能保持一定的洁净。

(4)攀爬障碍功能

本发明在两个后轮6的两侧均设置有障碍攀爬杆30，通过设置的轴A转动电机21可带动横臂5整体在轴A套管20中的旋转，障碍攀爬杆30的长度大于后轮6的半径，因此遇到障碍物时，转动的障碍攀爬杆30能压在障碍物上，在横臂5转动力量的驱使下整个横臂5就会被障碍攀爬杆30抬升起来，并超过障碍物的高度，落在障碍物上面，从而设备的后半部分就能实现攀爬的功能。设备的前半部分能在前轮9的转动和后轮6转动给与的压力下实现攀爬功能，这样设备就能实现整体攀爬的功能。如图14所示，本设备可以攀爬台阶楼梯等障碍。

(5)物理桌椅功能

本发明在桌椅形态下，可以实现一套桌椅的功能，可以坐在设备上使用电脑、写字、喝茶、吃饭等等。

(6)扩展机械臂

本发明设置的机械臂3用来扩展机器的功能，让它有硬件来完成需要手来做的事情。机械臂3安置于设备的后臂2上，他能在后臂2上下滑动。

以上所述仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种载人式通用变形机器人，包括一个前轮(9)和两个后轮(6)，所述前轮(9)和后轮(6)的内部均设置有轮毂电机和电磁刹车系统，其特征在于：还包括可伸缩前臂(11)、座臂(12)、扶臂(15)、可伸缩后臂(2)、可伸缩横臂(5)、前轮转向装置(10)、前后臂折叠装置(8)、后臂与横臂连接装置(13)、麦克纳姆轮(18)、麦克纳姆轮与横臂连接装置(7)、座臂与扶臂连接件(17)、电源装置(4)和车控平台(1)，所述前轮(9)与前臂(11)通过前轮转向装置(10)连接，所述前臂(11)与后臂(2)通过座臂(12)连接，所述前臂(11)与后臂(2)之间可通过前后臂折叠装置(8)折叠，改变前臂(11)与后臂(2)之间的角度，所述后臂(2)与横臂(5)通过后臂与横臂连接装置(13)连接，所述后臂与横臂连接装置(13)可以多轴旋转，所述横臂(5)的两端分别与两个后轮(6)连接，所述麦克纳姆轮(18)与横臂(5)通过麦克纳姆轮与横臂连接装置(7)连接，所述座臂(12)与扶臂(15)通过座臂与扶臂连接件(17)连接，所述扶臂(15)的顶端与车控平台(1)连接，所述电源装置(4)为机器人提供电能。

2.根据权利要求1所述的一种载人式通用变形机器人，其特征在于：所述前臂(11)包括前臂主管(51)和前臂伸缩管(52)，所述前臂伸缩管(52)嵌入设置在前臂主管(51)中，并与前臂主管(51)的内壁间隙配合，所述前臂主管(51)的内部设有伸缩电机和伸缩丝杠，所述伸缩电机与伸缩丝杠传动连接，所述伸缩丝杠贯穿设置在前臂伸缩管(52)内部的法兰盘，并与法兰盘的内壁螺纹连接。

3.根据权利要求1所述的一种载人式通用变形机器人，其特征在于：所述前轮转向装置(10)包括前轮转向齿轮(50)、前轮转向传动齿轮、前轮支架(53)、套环(54)、和前轮转向电机(44)，所述前轮支架(53)嵌套设置在前轮(9)的轮轴两侧，所述前轮支架(53)的顶部固定设有套环(54)，所述套环(54)的内部设有轴承，所述套环(54)的顶部设有前轮转向齿轮(50)，所述轴承和前轮转向齿轮(50)均嵌套设置在前臂(11)上，并与前臂(11)的外壁过盈配合，所述前轮转向齿轮(50)的一侧啮合设置有前轮转向传动齿轮，所述套环(54)的一侧固定设有前轮转向电机(44)，所述前轮转向电机(44)与前轮转向传动齿轮传动连接。

4.根据权利要求1所述的一种载人式通用变形机器人，其特征在于：所述前后臂折叠装置(8)包括折叠电机(39)、同步带(33)、折叠丝杠(34)、折叠法兰盘(35)、折叠升降座(36)、折叠推拉臂(37)、减震器(38)、折叠推拉臂绕后臂旋转轴(41)和后臂绕座臂旋转轴(40)，所述座臂(12)的底部固定设有折叠电机(39)，所述折叠电机(39)的一侧设有折叠丝杠(34)，所述折叠电机(39)与折叠丝杠(34)通过同步带(33)传动连接，所述折叠丝杠(34)的底端设有折叠升降座(36)，所述折叠升降座(36)的一侧为环形部件，所述环形部件嵌套设置在前臂(11)上，所述折叠升降座(36)的顶部固定设有折叠法兰盘(35)，所述折叠丝杠(34)贯穿折叠法兰盘(35)和折叠升降座(36)，并与折叠法兰盘(35)的内壁螺纹连接，所述折叠升降座(36)的一侧铰接有折叠推拉臂(37)，所述折叠推拉臂(37)的中部设有减震器(38)，所述折叠推拉臂(37)的另一端通过折叠推拉臂绕后臂旋转轴(41)与后臂(2)铰接，所述后臂(2)与座臂(12)通过后臂绕座臂旋转轴(40)铰接。

5.根据权利要求1所述的一种载人式通用变形机器人，其特征在于：所述后臂(2)包括后臂主管(42)和后臂伸缩管(43)，所述后臂伸缩管(43)嵌入设置在后臂主管(42)中，并与后臂主管(42)的内壁间隙配合，所述后臂主管(42)的内部设有伸缩电机和伸缩丝杠，所述伸缩电机与伸缩丝杠传动连接，所述伸缩丝杠贯穿设置在后臂伸缩管(43)内部的法兰盘，并与法兰盘的内壁螺纹连接。

6.根据权利要求1所述的一种载人式通用变形机器人，其特征在于：所述横臂(5)包括横臂主管(23)、横臂左伸缩管(24)和横臂右伸缩管(25)，所述横臂左伸缩管(24)和横臂右伸缩管(25)均嵌入设置在横臂主管(23)中，并与横臂主管(23)的内壁间隙配合，所述横臂主管(23)的内部设有两个伸缩电机和两个伸缩丝杠，一个所述伸缩电机与一个伸缩丝杠传动连接，另一个所述伸缩电机与另一个伸缩丝杠传动连接，一个所述伸缩丝杠贯穿设置在横臂左伸缩管(24)内部的法兰盘，并与法兰盘的内壁螺纹连接，另一个所述伸缩丝杠贯穿设置在横臂右伸缩管(25)内部的法兰盘，并与法兰盘的内壁螺纹连接。

7.根据权利要求1所述的一种载人式通用变形机器人，其特征在于：所述后臂与横臂连接装置(13)包括轴A套管(20)、轴A转动电机(21)、轴A转动齿轮、轴A转动传动齿轮、轴C套管、轴C旋转杆(22)、连接块C(32)、轴B旋转杆(26)、连接块B(48)，所述轴A套管(20)的内部设有轴承，所述轴A套管(20)的一侧设有轴A转动齿轮，所述轴承和轴A转动齿轮均嵌套设置在横臂(5)上，并与横臂(5)的外壁过盈配合，所述轴A转动齿轮的一侧啮合设置有轴A转动传动齿轮，所述轴A套管(20)的一侧固定设有轴A转动电机(21)，所述轴A转动电机(21)与轴A转动传动齿轮传动连接，所述轴A套管(20)的一侧固定设有固定块，所述固定块的侧面固定设有轴C套管，所述轴C套管的底部设有轴C旋转杆(22)，所述轴C旋转杆(22)的底部设有连接块C(32)，所述轴C旋转杆(22)的顶端嵌入设置在轴C套管中，并与轴C套管的内壁间隙配合，底端与连接块C(32)固定连接，所述连接块C(32)的一侧设有轴B旋转杆(26)，所述轴B旋转杆(26)的一端设有连接块B(48)，所述轴B旋转杆(26)的一端嵌入设置在连接块C(32)中，并与连接块C(32)的内壁间隙配合，另一端与连接块B(48)固定连接，所述连接块B(48)的一侧与后臂(2)的底部固定连接。

8.根据权利要求1所述的一种载人式通用变形机器人，其特征在于：所述麦克纳姆轮与横臂连接装置(7)包括摩擦块(27)、弹性固定件(29)、障碍攀爬杆(30)、连接杆(31)，所述障碍攀爬杆(30)的设置个数为四个，四个所述障碍攀爬杆(30)均与横臂(5)固定连接，两个所述障碍攀爬杆(30)之间关于一个后轮(6)的中心呈对称分布，另两个所述障碍攀爬杆(30)之间关于另一个后轮(6)的中心呈对称分布，所述后轮(6)与一侧障碍攀爬杆(30)之间设有麦克纳姆轮(18)，靠近所述麦克纳姆轮(18)一侧的障碍攀爬杆(30)的侧面设有滑槽和弹性固定件(29)，所述麦克纳姆轮(18)的中心位置设有连接杆(31)，所述连接杆(31)呈倾斜设置，所述连接杆(31)的一端贯穿远离麦克纳姆轮(18)一侧的障碍攀爬杆(30)，另一端与靠近麦克纳姆轮(18)一侧的障碍攀爬杆(30)侧面的滑槽滑动连接，并与弹性固定件(29)的缺口抵接，所述麦克纳姆轮(18)的一侧设有摩擦块(27)，所述摩擦块(27)与后轮(6)的位置相对应，所述摩擦块(27)与麦克纳姆轮(18)通过设置在摩擦块(27)中心位置的传动管传动连接，所述传动管的内部设有轴承，所述轴承嵌套设置在连接杆(31)上，并与连接杆(31)的外壁过盈配合。

9.根据权利要求1所述的一种载人式通用变形机器人，其特征在于：所述座臂与扶臂连接件(17)包括两个扶臂套管，两个所述扶臂套管固定设置在座臂(12)的一侧，并称对称分布，所述扶臂(15)贯穿扶臂套管，所述扶臂(15)与扶臂套管通过设置在扶臂套管一侧的限位装置进行限位，所述扶臂(15)的顶部与车控平台(1)固定连接。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的一种载人式通用变形机器人，其特征在于：所述座臂(12)嵌套设置在前臂(11)的顶部，并形成座位空间，所述座臂(12)的顶部设有坐垫(14)，所述坐垫(14)呈前厚后薄的形态，所述车控平台(1)包括把手(47)、显示屏(45)和伸缩板(46)，所述显示屏(45)嵌入设置在车控平台(1)的顶部，所述把手(47)的设置个数为两个，且两个所述把手(47)对称固定设置在车控平台(1)的两侧，所述伸缩板(46)的设置个数为三个，且三个所述伸缩板(46)嵌入设置在车控平台(1)的三个侧面中，所述横臂(5)的顶部设有两个呈对称分布的踏板(19)，两个所述后轮(6)的一侧均设有挡泥板(28)，所述挡泥板(28)的两侧均设有固定架，所述固定架均与横臂(5)固定连接，所述电源装置(4)包括蓄电池和蓄电池座，所述蓄电池嵌入设置在蓄电池座中，所述蓄电池座固定设置在后臂(2)上。

11.根据权利要求1-9中任一项所述的一种载人式通用变形机器人，其特征在于：所述机器人还包括线控器(16)，所述线控器(16)固定设置在座臂(12)的一侧。

12.根据权利要求1-9中任一项所述的一种载人式通用变形机器人，其特征在于：所述后臂(2)的一侧固定设有机械臂滑轨(49)，所述机械臂滑轨(49)的一侧设有机械臂(3)，所述机械臂(3)嵌套设置在机械臂滑轨(49)上，并与机械臂滑轨(49)滑动连接，所述机械臂(3)与机械臂滑轨(49)通过设置在机械臂(3)一侧的限位装置进行限位。