CN112519913B - 一种全地形自适应轮步式机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全地形自适应轮步式机器人，包括车架、四个轮足切换总成、电池和电机液压总成，两个轮足切换总成布置于车架的前端，另外两个轮足切换总成布置于车架的后端，电池和电机液压总成固设于车架上，电池和电机液压总成与轮足切换总成连接；车架中部设有两个中间腿总成，两个中间腿总成分别设置于车架两侧。本发明实现爬坡、越障和越壕等各种工作需求，提升机器人在全地形的自适应能力和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种全地形自适应轮步式机器人。
背景技术
全地形移动机器人定义为：在复杂多变环境中移动的机器人称为全地形移动机器人。全地形移动机器人的研究始于20世纪60年代末，其主要目的是对复杂环境下的移动机器人的自主移动、规划和控制进行研究。
随着人类对生活空间的不断探索和对生活质量要求的不断提高，使得全地形移动机器人技术在工业，农业，医疗，服务等行业中得到了广泛的应用，而且在消防现场，地震、煤矿救援现场，火山口探测，核电站维护以及在人类不易涉足的外太空星球和枪林弹雨的战场环境等极度危险有害环境中，对全地形移动机器人技术的需求也越来越迫切。
为了解决这些问题，本专利提出一种全地形自适应轮步式机器人相比于其他结构的全地形机器人，轮步式机器人既具有轮式机器人的速度特性，也具有足式机器人的稳定特性，大大提升了机器人的工作适应能力，非常具有研究意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种全地形自适应轮步式机器人，实现爬坡、越障和越壕等各种工作需求，提升机器人在全地形的自适应能力和稳定性。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种全地形自适应轮步式机器人，包括车架、四个轮足切换总成、电池和电机液压总成，两个轮足切换总成布置于车架的前端，另外两个轮足切换总成布置于车架的后端，电池和电机液压总成固设于车架上，电池和电机液压总成与轮足切换总成连接；车架中部设有两个中间腿总成，两个中间腿总成分别设置于车架两侧。
按照上述技术方案，车架包括前车架和后车架，前车架的后端与后车架的前端之间连接有转向总成，两个前端轮足切换总成布置于前车架上，两个后端轮足切换总成布置于后车架上；中间足总成通过中间足安装支架与后车架的前端或前车架的后端连接。
按照上述技术方案，转向总成包括转向器和转向轴，前车架的后端和后车架的前端均连接有连接件，转向轴穿过后车架的连接件与前车架的连接件连接，转向轴与后车架的连接件之间设有角接触球轴承。
按照上述技术方案，中间腿总成包括旋转执行器、大腿杆、小腿杆和中间足端机构，旋转执行器设置于车体上，旋转执行器与大腿杆上端连接，大腿杆的下端与小腿杆的上端铰接，足与小腿杆的下端连接，旋转执行器与大腿杆之间连接有第一推拉机构，大腿杆与小腿杆之间连接有第二推拉机构。
按照上述技术方案，中间足端机构包括足身外壳、轮步转换机构和足底脚爪，轮步转换机构设置于足身外壳上；
足底脚爪包括脚爪和轮体，轮体通过主销轴设置于足身外壳的下端连接，轮体与脚爪的一端连接，脚爪的另一端与轮步转换机构连接，轮步转换机构带动脚爪及轮体绕主销轴转动；
轮步转换机构包括推拉组件和转动片，推拉组件设置于足身外壳上，推拉组件与转动片铰接，转动片的端部与脚爪铰接；
转动片与脚爪之间连接有减震器；
脚爪的个数有多个，分为前脚爪和后脚爪，每个脚爪均连接有一个轮体，各轮体通过主销轴与足身外壳连接。
按照上述技术方案，推拉组件包括丝杆电机、电机轨道架、轨道和轨道滑块，轨道沿竖向布置于足身外壳上，轨道滑块设置于轨道上，丝杆电机设置于足身外壳上，丝杆电机通过丝杆与轨道滑块连接，丝杆电机驱动丝杆带动轨道滑块沿轨道上下移动，轨道滑块通过滑块销轴与转动片铰接。
按照上述技术方案，轮足切换总成包括油气悬挂、动力传输轴摇臂、动力传输轴、横向切换机构、纵臂和腿部机构，纵臂、横向切换机构和腿部机构依次套设于动力传输轴，油气悬挂的一端铰链固定于底盘上，油气悬挂的另一端与动力传输轴摇臂的一端铰接，动力传输轴摇臂的另一端与动力传输轴的一端连接，纵臂的下端设有车轮，车轮连接有轮毂电机；油气悬挂伸缩通过动力传输轴摇臂带动动力传输轴转动，横向切换机构切换至不同状态分别与纵臂或腿部机构连接，动力传输轴通过横向切换机构带动纵臂或腿部机构动作。
按照上述技术方案，横向切换机构包括套设于动力传输轴上的两个制动盘和接合齿套，两个制动盘分别与纵臂和腿部机构连接，并分别布置于接合齿套的两侧，接合齿套连接有拨片，接合齿套内圈通过花键与动力传输轴连接，制动盘的内圈布置有内齿花键，接合齿套的外圈布置有外齿花键，接合齿套沿轴向来回移动通过花键与两个制动盘中的一个啮合。
按照上述技术方案，腿部机构包括切换自由度浮动机构、曲柄、曲柄连杆、单自由度电机、双自由度动力杆、连杆机构、脚板连杆和脚板，曲柄连杆的一端通过曲柄与单自由度电机连接，并与切换自由度浮动机构连接，动力传输轴与双自由度动力杆连接，双自由度动力杆通过连杆机构分别与切换自由度浮动机构和脚板连杆的上端连接，脚板连杆的上端与曲柄连杆的另一端铰接，脚板连杆的下端与脚板连接；单自由度电机通过减速电机支架固设于车架上；
切换自由度浮动机构包括双自由度液压缸和上端单自由度液压缸，双自由度液压缸的一端与上端单自由度液压缸的一端铰接，上端单自由度液压缸的另一端与曲柄连杆铰接，双自由度液压缸的另一端与连杆机构连接。
按照上述技术方案，连杆机构包括缸体底座、侧边连杆7-9和下端液压杆连杆，缸体底座的两端分别与双自由度动力杆的一端和侧边连杆的一端铰接，双自由度液压缸的缸体与缸体底座连接固定，双自由度液压缸的液压杆与上端单自由度液压缸的一端铰接，侧边连杆的另一端与下端液压杆连杆的一端铰接，上端单自由度液压缸的另一端与曲柄连杆的一端铰接，下端液压杆连杆的另一端与双自由度动力杆的另一端和脚板连杆铰接。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明在结构上采用6足式结构，通过轮足切换总成、中间足总成、车架以及电机液压总成的配合，对应不同路况可以切换不同的最佳匹配运动姿态；通过轮足协作及中间足的辅助，使机器人实现爬坡、越障和越壕等各种工作需求，提升机器人在全地形的自适应能力和稳定性。
2、在结构上配合转向总成在前后车架连接部位进行转向，大大简化了机器人结构的复杂度，机器人设有轮足切换总成和可伸缩的中间足使得该机器人既具有四足轮式机器人的机动性也具有六足机器人的稳定性。
附图说明
图1是本发明实施例中全地形自适应轮步式机器人的主视图；
图2是俯视图；
图3是本发明实施例中车架的主视图；
图4是图3的俯视图；
图5是本发明实施例中中间足总成的结构示意图；
图6是本发明实施例中轮足切换总成的结构示意图；
图7是本发明实施例中横向切换机构的结构示意图；
图8是本发明实施例中腿部机构的结构示意图；
图中，1-前车架，2-转向器，3-后车架，4-角接触球轴承，5-转向总成，6-轮足切换总成，7-电池，8-中间足总成，9-电机液压总成，12-减速电机支架，13-铰链，14-中间足安装支架，16-腿部机构；
6-1-油气悬挂，6-2-动力传输轴摇臂，6-3-动力传输轴，6-4-拨片，6-5-接合齿套，6-6-制动盘，6-7-制动钳，6-8-制动钳支架，6-9-第一角接触球轴承，6-10-止推轴承，6-11-深沟球轴承，6-12-法兰支座，6-13-第二角接触球轴承，6-14-纵臂，6-16-轮毂电机，6-17-车轮；
7-1-上端单自由度液压杆，7-2-上端单自由度液压杆缸体，7-3-单自由度电机，7-4-曲柄，7-5-曲柄连杆，7-6-双自由度液压杆，7-7-双自由度液压杆缸体，7-9-侧边连杆，7-10-双自由度动力杆，7-11-下端液压杆连杆，7-12-下端液压杆，7-13-下端液压杆缸体，7-14-脚板连杆，7-15-脚板；
8-3-关节电机，8-4-安装法兰，8-5-安装盘，8-6-第一推拉机构，8-7-大腿杆，8-8-第二推拉机构，8-9-小腿杆，8-10-足身外壳，8-11-前脚爪，8-12-后脚爪，8-13-轮体，8-14-转动片，8-15-前脚爪减震器，8-16-后脚爪减震器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
参照图1~图8所示，本发明提供的一个实施例中的全地形自适应轮步式机器人，包括车架、四个轮足切换总成6、电池7和电机液压总成9，两个轮足切换总成6布置于车架的前端，另外两个轮足切换总成6布置于车架的后端，电池7和电机液压总成9固设于车架上，电池7和电机液压总成9与轮足切换总成6连接；电池7为机器人及轮足切换总成6提供动力来源，电机液压总成9为机器人提供液压驱动，本机器人为轮足切换式机器人，根据不同的路况可以通过轮足切换总成6帮助机器人实现轮式和步式模式的姿态切换，帮助机器人实现工作所需对应要求；车架中部设有两个中间腿总成，两个中间腿总成分别设置于车架两侧；
车架包括前车架1和后车架3，前车架1的后端与后车架3的前端之间连接有转向总成5，两个前端轮足切换总成6布置于前车架1上，两个后端轮足切换总成6布置于后车架3上。
进一步地，转向总成5包括转向器2和转向轴，前车架1的后端和后车架3的前端均连接有连接件，转向轴穿过后车架3的连接件与前车架1的连接件连接，转向轴与后车架3的连接件之间设有角接触球轴承。
进一步地，转向总成5主要包括转向器2，角接触球轴承和转向轴。转向器2安装于前、后车架3连接部位的上层，角接触球轴承和转向轴安装于前、后车架3连接部位的配合孔中。当机器人需要转向时，先通过转向总成5带动前车架1进行转动，再通过前车架1带动后车架3转动进而实现机器人的整体转向功能。
进一步地，转向器2为转向电机。
进一步地，中间足总成8通过中间足安装支架14与后车架3的前端或前车架1的后端连接。
进一步地，中间腿总成包括旋转执行器、大腿杆8-7、小腿杆8-9和中间足端机构，旋转执行器设置于车体上，旋转执行器与大腿杆8-7上端连接，大腿杆8-7的下端与小腿杆8-9的上端铰接，足与小腿杆8-9的下端连接，旋转执行器与大腿杆8-7之间连接有第一推拉机构8-6，大腿杆8-7与小腿杆8-9之间连接有第二推拉机构8-8。
进一步地，旋转执行器包括安装盘8-5、安装法兰8-4和关节电机8-3，关节电机8-3固设于车体上，关节电机8-3的输出端与安装盘8-5连接，安装法兰8-4与安装盘8-5连接固定，大腿杆8-7的一端与安装法兰8-4铰接，关节电机8-3驱动安装盘8-5及安装法兰8-4带动大腿相对车体旋转；
进一步地，第一推拉机构8-6和第二推拉机构8-8均为伸缩推拉杆，第一推拉机构8-6的一端与安装法兰8-4铰接，另一端与大腿杆8-7铰接；
进一步地，大腿杆8-7包括两个平行的大腿板，两个大腿板的两端通过连杆相互连接，第一推拉机构8-6和第二推拉机构8-8均布置于两个大腿板之间。
进一步地，中间足总成8通过其自身的推杆和转向器2可实现中间足的转向和伸缩；当机器人处于足式姿态时，通过推杆将中间足放下来辅助支撑机器人，帮助机器人实现爬坡、行走等功能。当机器人处于轮式姿态时，可通过液压杆将中间足收起来，以防中间足对机器人的机动性产生影响。
中间足总成8为机器人提供支撑，协助机器人行走越障，提高机器人的通过性和稳定性；所述的中间腿足机构，安装在四足机器人前段和后端的中间位置，包括了四种工作模式，并可根据机器人行进状态主动进行切换，实现了机器人四足—六足的可切换模式，四足模式，即中腿收起模式，降低了控制难度，保证了一定的前行速度；六足模式，即中腿支撑、协助越障、协助行走模式，提高了机器人的负载性以及在复杂地形下行进的通过性和稳定性，提高了机器人适应地形的能力。
进一步地，中间足端机构包括足身外壳8-10、轮步转换机构和足底脚爪，轮步转换机构设置于足身外壳8-10上；
足底脚爪包括脚爪和轮体8-13，轮体8-13通过主销轴设置于足身外壳8-10的下端连接，轮体8-13与脚爪的一端连接，脚爪的另一端与轮步转换机构连接，轮步转换机构带动脚爪及轮体8-13绕主销轴转动。
进一步地，轮步转换机构包括推拉组件和转动片8-14，推拉组件设置于足身外壳8-10上，推拉组件与转动片8-14铰接，转动片8-14的端部与脚爪铰接；
转动片8-14与脚爪之间连接有减震器；
脚爪的个数有多个，分为前脚爪8-11和后脚爪8-12，每个脚爪均连接有一个轮体8-13，各轮体8-13通过主销轴与足身外壳8-10连接。
进一步地，转动片8-14的前端与前脚爪8-11之间连接有前脚爪减震器8-15，前脚爪减震器8-15的一端通过销轴与转动片8-14铰接，前脚爪减震器8-15的另一端通过销轴与前脚爪8-11铰接；
转动片8-14的后端与后脚爪8-12之间连接有后脚爪减震器8-16，后脚爪减震器8-16的一端通过销轴与转动片8-14铰接，后脚爪减震器8-16的另一端通过销轴与后脚爪8-12铰接。
进一步地，前脚爪8-11的个数为两个，后脚爪8-12的个数1个，后脚爪8-12布置于两个前脚爪8-11之间。
进一步地，脚爪与轮体8-13连接成一体。
进一步地，推拉组件包括丝杆电机、电机轨道架、轨道和轨道滑块，轨道沿竖向布置于足身外壳8-10上，轨道滑块设置于轨道上，丝杆电机设置于足身外壳8-10上，丝杆电机通过丝杆与轨道滑块连接，丝杆电机驱动丝杆带动轨道滑块沿轨道上下移动，轨道滑块通过滑块销轴与转动片8-14铰接。
进一步地，主销轴的两端均套设有橡胶轮缘，足身外壳8-10和轮体8-13均布置于两个橡胶轮缘之间。
进一步地，足身外壳8-10与丝杆电机的输出轴之间套设有橡胶衬托。
所述的中间足端机构通过轮步转换机构带动脚爪翘起或落下，使脚爪的爪部与轮体8-13之间切换与大地接触，实现全地形路况的轮步式机器人在复杂地形稳定行进，当脚爪落下后，脚爪的爪部直接与大地接触，能够具备较大抓地力，当脚爪翘起后，脚爪的爪部离开大地，轮体8-13与大地接触，减小抓地力和阻力，使机器人具备快速行进的速度，通过将轮体8-13与脚爪整合到一起，在快速行进过程通过将轮体8-13与地面相接触；能够较好的适应各类工作环境，同时通过切换轮爪式结构从而达到具备较大抓地力的爪形足底结构以及具备较快行进速度的圆形足底结构切换的效果，结构简单，可靠性较好。脚爪与足身外壳8-10机构利用橡胶轮缘进行连接，由于橡胶轮缘的存在，可以提供轮步式机器人在倾斜地形行进时在满足横向的自由度的前提下同时具备侧向自由度；通过对减震器的位置调控，在控制脚爪姿态变化的同时调节减震能力，从而提高全地形轮步机器人行进的稳定性；通过丝杆电机控制轨道滑块调节脚爪的位置同时利用滑块销轴以及转动片8-14调节脚爪位置，从而获得全地形的行进能力以及较强的抗侧向力，同时该结构设计能够有效减缓由于地势改变而对轮步机器人造成的冲击力。
进一步地，轮足切换总成6包括油气悬挂6-1、动力传输轴摇臂6-2、动力传输轴6-3、横向切换机构、纵臂6-14和腿部机构16，纵臂6-14、横向切换机构和腿部机构16依次套设于动力传输轴6-3，油气悬挂6-1的一端铰链固定于底盘上，油气悬挂6-1的另一端与动力传输轴摇臂6-2的一端铰接，动力传输轴摇臂6-2的另一端与动力传输轴6-3的一端连接，纵臂6-14的下端设有车轮6-17，车轮6-17连接有轮毂电机6-16；油气悬挂6-1伸缩通过动力传输轴摇臂6-2带动动力传输轴6-3转动，横向切换机构切换至不同状态与纵臂6-14或腿部机构16连接，动力传输轴6-3通过横向切换机构带动纵臂6-14或腿部机构16动作。
进一步地，横向切换机构包括套设于动力传输轴6-3上的两个制动盘6-6和接合齿套6-5，两个制动盘6-6分别与纵臂6-14和腿部机构16连接，并分别布置于接合齿套6-5的两侧，接合齿套6-5连接有拨片6-4，接合齿套6-5内圈通过花键与动力传输轴6-3连接，制动盘6-6的内圈布置有内齿花键，接合齿套6-5的外圈布置有外齿花键，接合齿套6-5沿轴向来回移动通过花键与两个制动盘6-6中的一个啮合。
进一步地，制动盘6-6上有制动钳6-7，制动钳6-7通过制动钳支架6-8固设于底盘上。
进一步地，制动盘6-6的外侧布置有深沟球轴承，制动盘6-6与深沟球轴承之间设有止推轴承。
进一步地，制动盘支架固定于底盘上，制动盘6-6与制动盘支架连接。
进一步地，纵臂6-14和腿部机构16均通过角接触球轴承与动力传输轴6-3套接。
进一步地，法兰支座6-12固定于底盘上，动力传输轴6-3通过深沟球轴承与法兰支座6-12连接。
进一步地，底盘上布置有高度传感器，高度传感器安装在纵臂6-14和腿部机构16固定端一侧平齐位置。
所述的轮足切换总成6通过横向切换机构实现轮足之间动力切换，使机器人拥有腿式机器人的高越障能力和对复杂环境的高适应能力，同时兼备轮式机器人的高速灵活性能，保证在轮足切换状态下机身的稳定性，结构简单，布置紧凑，提高了空间利用率，集成度高、效率高、操作简单。在传输轴与制动盘6-6有一对角接触球轴承固定，也可承载一定的侧倾力，并根据制动盘6-6上法兰支座6-12和制动钳支架6-8在底盘上的固定，实现系统结构的稳定性；法兰支座6-12配合的深沟球轴承与制动盘6-6之间安装止推轴承，大大降低接触是转动摩擦力；以及通过嵌套在纵臂6-14及小腿上的角接触轴承与传输轴实现固定但不直接由传输轴驱动纵臂6-14和小腿转动；制动钳6-7可以锁止制动盘6-6，实现车身切换时的稳定性。整个轮足传动机构以传输轴和制动盘6-6为核心，将油气簧、支架、轴承等主要结构进行一体化布置。大大节约了结构空间，空间利用率较高。
进一步地，腿部机构16包括切换自由度浮动机构、曲柄7-4、曲柄连杆7-5、单自由度电机7-3、双自由度动力杆7-10、连杆机构、脚板连杆7-14和脚板7-15，曲柄连杆7-5的一端通过曲柄7-4与单自由度电机7-3连接，并与切换自由度浮动机构连接，动力传输轴6-3与双自由度动力杆7-10连接，双自由度动力杆7-10通过连杆机构分别与切换自由度浮动机构和脚板连杆7-14的上端连接，脚板连杆7-14的上端与曲柄连杆7-5的另一端铰接，脚板连杆7-14的下端与脚板7-15连接；单自由度电机7-3通过减速电机支架12固设于车架上；
切换自由度浮动机构包括双自由度液压缸和上端单自由度液压缸，双自由度液压缸的一端与上端单自由度液压缸的一端铰接，上端单自由度液压缸的另一端与曲柄连杆7-5铰接，双自由度液压缸的另一端与连杆机构连接。
连杆机构包括缸体底座、侧边连杆7-9和下端液压杆连杆7-11，缸体底座的两端分别与双自由度动力杆的一端和侧边连杆的一端铰接，双自由度液压缸的缸体与缸体底座连接固定，双自由度液压缸的液压杆与上端单自由度液压缸的一端铰接，侧边连杆的另一端与下端液压杆连杆的一端铰接，上端单自由度液压缸的另一端与曲柄连杆的一端铰接，下端液压杆连杆7-11的另一端与双自由度动力杆的另一端和脚板连杆7-14铰接。
进一步地，下端液压杆连杆7-11与脚板连杆7-14之间连接有下端液压杆缸；下端液压杆缸包括下端液压杆7-12和下端液压杆缸体7-13。
进一步地，上端单自由度液压缸包括相互套设的上端单自由度液压杆7-1和上端单自由度液压杆缸体7-2；双自由度液压缸包括相互套设的双自由度液压杆7-6和双自由度液压杆缸体7-7。
进一步地，脚板7-15与脚板连杆7-14连接有角接触球轴承。
进一步地，下端液压缸的两端通过止推轴承分别与下端液压杆连杆7-11和脚板连杆7-14连接。
进一步地，单自由度电机7-3通过角接触球轴承与曲柄连接，双自由度电机通过角接触球轴承与双自由度动力杆连接。
进一步地，所述的腿部机构16具有两种自由度切换模式，分别为单自由度模式和双自由度模式，单自由度模式时，上端单自由度液压缸和双自由度液压缸均保持锁定状态，不进行伸缩变化，单自由度电机7-3转动，双自由度电机不转动；双自由度模式时，上端单自由度液压缸和双自由度液压缸均处于随动状态，单自由度电机7-3和双自由度共同配合转动。
本发明通过切换自由度浮动机构具有单自由度模式和双自由度模式两种不同的腿部机构16运动模式，根据不同的路况可对腿部机构16的自由度进行主动切换，当机器人需要快速行进时，则采用单自由度模式；当机器人需要经过工况复杂，障碍物较多的路面时，则采用双自由度模式，提高机器人的通过性，能适应多种不同的路况，提高行进速度和通过性；采用多连杆式结构，既增强机器人步态运动时的步态平顺性，又大大降低的控制的难度。
此外连杆采用双片式结构配合连接加强结构，既增强了腿部的结构强度，也提高了腿部机构16的集成度。
进一步地，电池7为机器人提供动力来源，布置在前车架1的中部的支撑板上，并通过支撑板与车架固定连接。电机液压总成9固定在后车架3中部的支撑板上，通过支撑板与车架固定连接，为机器人提供液压驱动。
本发明的工作原理：本发明是提供的一个实施例中的一种全地形自适应轮步式机器人，其结构上主要包括车架、轮足切换总成6、中间足总成8、转向总成5、电池7和电机液压总成9。本机器人为轮足切换式机器人，根据不同的路况可以通过轮足切换总成6帮助机器人实现轮式和步式模式的姿态切换，帮助机器人实现工作所需对应要求。
进一步地，机器人的车架主要由两部分组成——前车架1和后车架3；前车架1和后车架3的连接部位包括上下两个部分，两者之间通过转向总成5连接。
进一步地，转向总成5主要包括转向转向器2，角接触球轴承4和转向轴。转向器2安装于前车架1和后车架3连接部位的上层，角接触球轴承4和转向轴安装于前车架1和后车架3连接部位的配合孔中。当机器人需要转向时，先通过转向总成带动前车架1进行转动，再通过前车架1带动后车架3转动进而实现机器人的整体转向功能。
进一步地，电池7为机器人提供动力来源，布置在前车架1的中部的支撑板上，并通过支撑板与车架固定连接。电机液压总成9固定在后车架3中部的支撑板上，通过支撑板与车架固定连接，为机器人提供液压驱动。
进一步地，该机器人为6足式机器人，主要包括4个轮足切换总成6和2个中间足总成8。在结构上，前车架1左右各设有一个轮足切换总成6。后车架3前部分左右各连接一个中间足总成8，后部分左右各连接一个轮足切换总成6。
进一步地，轮足切换总成6主要包括油气悬挂6-1、纵臂6-14、腿部机构16、减速电机。轮足切换总成6的模式切换主要靠油气悬挂6-1驱动，根据机器人工作需求，通过离合器可将油气悬挂6-1的驱动力传递给纵臂6-14或者腿部机构16帮助机器人实现轮式和足式的切换。此外减速电机通过电机轴与轮足切换总成6的腿部机构连接，通过减速电机也可单独驱动实现机器人足部的步态运动。
进一步地，轮足切换总成6的油气悬挂6-1通过铰链13与车架固定连接，轮足切换总成6的减速电机通过电机支架与车架固定连接。通过铰链与电机支架，最终实现轮足切换总成6与机器人车架的固定。
进一步地，当机器人需要高速运行时则采用轮式运动姿态，当机器人面对复杂地形时则采用足式运动姿态。该机器人通过轮足切换总成6、中间足总成8、转向总成5、车架以及电机液压总成9的配合，对应不同路况可以对应更换出最佳匹配的运动姿态，通过轮足协作及中间足的辅助，帮助机器人实现在各种路况上工作，提升机器人在全地形的自适应能力。
以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种全地形自适应轮步式机器人，其特征在于，包括车架、四个轮足切换总成、电池和电机液压总成，两个轮足切换总成布置于车架的前端，另外两个轮足切换总成布置于车架的后端，电池和电机液压总成固设于车架上，电池和电机液压总成与轮足切换总成连接；车架中部设有两个中间腿总成，两个中间腿总成分别设置于车架两侧；
轮足切换总成包括油气悬挂、动力传输轴摇臂、动力传输轴、横向切换机构、纵臂和腿部机构，纵臂、横向切换机构和腿部机构依次套设于动力传输轴，油气悬挂的一端铰链固定于底盘上，油气悬挂的另一端与动力传输轴摇臂的一端铰接，动力传输轴摇臂的另一端与动力传输轴的一端连接，纵臂的下端设有车轮，车轮连接有轮毂电机；油气悬挂伸缩通过动力传输轴摇臂带动动力传输轴转动，横向切换机构切换至不同状态分别与纵臂或腿部机构连接，动力传输轴通过横向切换机构带动纵臂或腿部机构动作；
腿部机构包括切换自由度浮动机构、曲柄、曲柄连杆、单自由度电机、双自由度动力杆、连杆机构、脚板连杆和脚板，曲柄连杆的一端通过曲柄与单自由度电机连接，并与切换自由度浮动机构连接，动力传输轴与双自由度动力杆连接，双自由度动力杆通过连杆机构分别与切换自由度浮动机构和脚板连杆的上端连接，脚板连杆的上端与曲柄连杆的另一端铰接，脚板连杆的下端与脚板连接；单自由度电机通过减速电机支架固设于车架上；
切换自由度浮动机构包括双自由度液压缸和上端单自由度液压缸，双自由度液压缸的一端与上端单自由度液压缸的一端铰接，上端单自由度液压缸的另一端与曲柄连杆铰接，双自由度液压缸的另一端与连杆机构连接。
2.根据权利要求1所述的全地形自适应轮步式机器人，其特征在于，车架包括前车架和后车架，前车架的后端与后车架的前端之间连接有转向总成，两个前端轮足切换总成布置于前车架上，两个后端轮足切换总成布置于后车架上；中间足总成通过中间足安装支架与后车架的前端或前车架的后端连接。
3.根据权利要求2所述的全地形自适应轮步式机器人，其特征在于，转向总成包括转向器和转向轴，前车架的后端和后车架的前端均连接有连接件，转向轴穿过后车架的连接件与前车架的连接件连接，转向轴与后车架的连接件之间设有角接触球轴承。
4.根据权利要求1~3中任意一项所述的全地形自适应轮步式机器人，其特征在于，中间腿总成包括旋转执行器、大腿杆、小腿杆和中间足端机构，旋转执行器设置于车体上，旋转执行器与大腿杆上端连接，大腿杆的下端与小腿杆的上端铰接，足与小腿杆的下端连接，旋转执行器与大腿杆之间连接有第一推拉机构，大腿杆与小腿杆之间连接有第二推拉机构。
5.根据权利要求4所述的全地形自适应轮步式机器人，其特征在于，中间足端机构包括足身外壳、轮步转换机构和足底脚爪，轮步转换机构设置于足身外壳上；
足底脚爪包括脚爪和轮体，轮体通过主销轴设置于足身外壳的下端连接， 轮体与脚爪的一端连接，脚爪的另一端与轮步转换机构连接，轮步转换机构带动脚爪及轮体绕主销轴转动；
轮步转换机构包括推拉组件和转动片，推拉组件设置于足身外壳上，推拉组件与转动片铰接，转动片的端部与脚爪铰接；
转动片与脚爪之间连接有减震器；
脚爪的个数有多个，分为前脚爪和后脚爪，每个脚爪均连接有一个轮体，各轮体通过主销轴与足身外壳连接。
6.根据权利要求5所述的全地形自适应轮步式机器人，其特征在于，推拉组件包括丝杆电机、电机轨道架、轨道和轨道滑块，轨道沿竖向布置于足身外壳上，轨道滑块设置于轨道上，丝杆电机设置于足身外壳上，丝杆电机通过丝杆与轨道滑块连接，丝杆电机驱动丝杆带动轨道滑块沿轨道上下移动，轨道滑块通过滑块销轴与转动片铰接。
7.根据权利要求1所述的全地形自适应轮步式机器人，其特征在于，横向切换机构包括套设于动力传输轴上的两个制动盘和接合齿套，两个制动盘分别与纵臂和腿部机构连接，并分别布置于接合齿套的两侧，接合齿套连接有拨片，接合齿套内圈通过花键与动力传输轴连接，制动盘的内圈布置有内齿花键，接合齿套的外圈布置有外齿花键，接合齿套沿轴向来回移动通过花键与两个制动盘中的一个啮合。
8.根据权利要求1所述的全地形自适应轮步式机器人，其特征在于，连杆机构包括缸体底座、侧边连杆和下端液压杆连杆，缸体底座的两端分别与双自由度动力杆的一端和侧边连杆的一端铰接，双自由度液压缸的缸体与缸体底座连接固定，双自由度液压缸的液压杆与上端单自由度液压缸的一端铰接，侧边连杆的另一端与下端液压杆连杆的一端铰接，上端单自由度液压缸的另一端与曲柄连杆的一端铰接，下端液压杆连杆的另一端与双自由度动力杆的另一端和脚板连杆铰接。
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