輪足切換式機器人的制作方法
【專利摘要】本實用新型提出一種輪足切換式機器人，在機器人主盤上設置用來輪式行走的四輪移動機構和用來足腳行走的六足步行機構，通過光電傳感器檢測前方障礙物，在檢測到障礙物時會生成障礙信號傳輸給控制器，控制器根據障礙信號控制切換至六足步行機構進行足腳行走，輪式行走可以適用于平面路面上行走，而足腳較為靈活，更容易在障礙路段中行走，從而克服障礙路段難以行進的問題。
【專利說明】
輪足切換式機器人
技術領域
[0001]本實用新型涉及機器人領域，特別涉及的是一種輪足切換式機器人。
【背景技術】
[0002]隨著技術的發展，機器人被應用到生產生活的各個方面。具有移動功能的機器人被廣泛的應用于自動化生產車間的物料搬運、星際探索、海洋開發、服務、醫療護理、建筑、農林業、特種行業(核、污染環境等)、軍事等。
[0003]讓機器人動起來最簡單最直接的方法就是給他裝上輪子，既輪式機構。這種車輪式〃腳〃能高速穩定地運動，結構簡單，操作方便，但是對路面的要求比較高，僅適用于平坦地面移動。當遇到路面凹凸不平、甚至有高低錯層的情況時，則機器人無法通過，現有的方式一般會采用機器人繞道而行，以避過障礙路段，但是很容易使得機器人偏離預設軌道行走、出現差錯，且依然無法解決高低錯層的路況中行走的問題。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種輪足切換式機器人，能夠在足腳行走和輪式行走兩種行走方式中切換，克服障礙路況下行走困難的問題。
[0005]為解決上述問題，本實用新型提出一種輪足切換式機器人，包括:機器人主盤，四輪移動機構，六足步行機構，直流伺服電機，光電傳感器，控制器;所述四輪移動機構具有用以輪式行走的四個行走輪，均安裝在所述機器人主盤上;所述六足步行機構具有用以足腳行走的六只足腳，均安裝在所述機器人主盤上;所述直流伺服電機安裝在所述機器人主盤上，用以驅動所述六足步行機構的足腳行走、及驅動四輪移動機構的輪式行走;所述光電傳感器安裝在所述機器人主盤上，用以探測障礙物而相應生成障礙信號，并將障礙信號傳輸給所述控制器;所述控制器在啟動后未接收到所述障礙信號時控制所述直流伺服電機驅動四個行走輪進行輪式行走，響應于所述障礙信號而控制所述直流伺服電機驅動六只足腳進行足腳行走，從而實現輪式行走和足腳行走的切換。
[0006]根據本實用新型的一個實施例，所述機器人主盤具有上層板和下層板，所述四個行走輪均設置在所述下層板的下方;所述六只足腳均設置在所述上層板的邊沿且間隔分布，所述六只足腳在所述直流伺服電機的驅動下能夠落地行走且在落地行走時將四個行走輪抬離地面。
[0007]根據本實用新型的一個實施例，所述六足步行機構的六只足腳均為三關節足腳，所述六足足腳分為兩只前足、兩只中足和兩只后足。
[0008]根據本實用新型的一個實施例，所述直流伺服電機包括18個用以驅動六只足腳的各關節的關節用數字舵機，及4個用以驅動四個行走輪的行走輪用數字舵機;所述控制器為單片機，所述單片機具有至少4路數字舵機控制接口，第一數字舵機控制接口由4個行走輪用數字舵機占用，第二數字舵機控制接口由兩只前足的關節用數字舵機占用，第三數字舵機控制接口由兩只中足的關節用數字舵機占用，第四數字舵機控制接口由兩只后足的關節用數字舵機占用。
[0009]根據本實用新型的一個實施例，每只足腳的落地部位呈L型，每只足腳的L型的橫部與關節連接，每只足腳的L型的豎部朝橫部彎折且用于落地支撐，每只足腳的L型的直角一側設置為朝向機器人主盤。
[0010]根據本實用新型的一個實施例，所述機器人主盤的上層板呈正六邊形，各足腳分別設置在上層板每條邊的中間位置。
[0011]根據本實用新型的一個實施例，在所述機器人主盤的下層板的中央還設置有可上下伸縮的支撐部，所述支撐部包括用于和地面接觸的圓板及可上下伸縮的支桿，所述支桿的一端連接所述圓板，另一端連接所述下層板，所述支桿伸長時能夠抬升機器人主盤從而將四輪移動機構抬離地面。
[0012]根據本實用新型的一個實施例，所述支桿的伸縮部位連接直流伺服電機，以在所述直流伺服電機的驅動下上下伸縮。
[0013]根據本實用新型的一個實施例，所述六只足腳在初始狀態下抬起且落地部位高于四個行走輪的落地部位。
[0014]根據本實用新型的一個實施例，所述四個行走輪呈兩兩前后分布。
[0015]采用上述技術方案后，本實用新型相比現有技術具有以下有益效果:在機器人主盤上設置用來輪式行走的四輪移動機構和用來足腳行走的六足步行機構，通過光電傳感器檢測前方障礙物，在檢測到障礙物時會生成障礙信號傳輸給控制器，控制器根據障礙信號控制切換至六足步行機構進行足腳行走，輪式行走可以適用于平面路面上行走，而足腳較為靈活，更容易在障礙路段中行走，從而克服障礙路段難以行進的問題。
【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型一實施例的輪足切換式機器人的結構示意圖；
[0017]圖2為圖1的輪足切換式機器人輪式行走狀態的結構示意圖；
[0018]圖3為圖1的輪足切換式機器人足腳行走狀態的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0019]為使本實用新型的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0020]在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本實用新型。但是本實用新型能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本實用新型內涵的情況下做類似推廣，因此本實用新型不受下面公開的具體實施的限制。
[0021]參看圖1-3，本實施例的輪足切換式機器人，包括:機器人主盤，四輪移動機構，六足步行機構，直流伺服電機，光電傳感器，控制器。當然，可以根據需要配置電源，用來為機器人供電。
[0022]在一個實施例中，機器人主盤具有上層板11和下層板12，將四輪移動機構的行走輪3安裝在下層板12的下方，而將六足步行機構的六只足腳2安裝在上層板11的邊沿上，上層板11和下層板12之間間隔一定的距離，在輪式行走時，將六只足腳2抬升離開地面，由于六只足腳2設置在上層板11上而行走輪3在下層板12上，因而可以減少六只足腳2抬升的距離，進而降低能耗。
[0023]四輪移動機構設置為具有四個行走輪3，四個行走輪4均為驅動輪，可以增強機器人的行走穩定性，不容易卡死，便于方向控制，也不容易陷入坑中。四個行走輪3安裝在機器人主盤上，具體可以均設置在下層板12的下方。較佳的，四個行走輪4呈兩兩前后分布，行走穩定性和轉向可靠性更高，但不作為限制，四個行走輪4例如也可以并排設置。前后是相對的，前后方向的參照依據可以是機器人的前進方向。
[0024]六足步行機構設置為具有六只足腳2，六只足腳2安裝在機器人主盤上，具體可以均設置在上層板11的邊沿且間隔分布，保證足腳行走過程中機器人的穩定性。特別在不平整的路面上時，機器人的重心會發生偏移，由于采用六只足腳2，在行走過程中，可使得始終非相鄰的三足落地，對地面的支撐點更多，提高移動的穩定性，不容易導致機器人翻倒。
[0025]六只足腳2可以在控制器的控制下由直流伺服電機驅動而進行抬升、下降、前伸、后屈等動作，從而實現足腳行走。六只足腳2能夠落地行走，且在落地行走時將四個行走輪3抬離地面，從而防止四個行走輪3摩擦地面，也使得足腳行走時不受行走輪的影響，也就是說六只足腳2伸長時的長度大于上層板11到地面的距離。
[0026]由于足腳行走的功耗更大，因而在平面路面行走時，優選采用輪式行走。較佳的，六只足腳2在初始狀態下抬起，六只足腳2的落地部位高于四個行走輪3的落地部位，從而在輪式行走時，六只足腳2不會對行走造成任何影響。
[0027]直流伺服電機安裝在機器人主盤上，安裝位置和方式不作限制，直流伺服電機可以驅動六足步行機構的足腳進行相應的動作，從而可以在地面上進行足腳行走，當然也可以驅動足腳進行下降和抬升等動作。直流伺服電機還可以驅動四輪移動機構的行走輪的轉動。直流伺服電機可以理解為直流伺服電機組，包括多個驅動模塊。
[0028]光電傳感器是把光信號(紅外、可見及紫外光輻射)轉變成為電信號的器件，例如可以是紅外光電傳感器，當發射的光路遇到前方障礙物時會發生反射，光信號相應發生變化，從而生成相應電信號形式的障礙信號，光電傳感器生成的障礙信號實時地傳輸給控制器。
[0029]控制器安裝在機器人主盤上且連接光電傳感器和直流伺服電機，在機器人主盤上的安裝位置和方式不作限定。控制器在啟動后未接收到障礙信號時控制直流伺服電機驅動四個行走輪3進行輪式行走，響應于障礙信號而控制直流伺服電機驅動六只足腳2進行足腳行走，從而實現輪式行走和足腳行走的切換。換言之，在機器人行走過程中，在控制器沒有接收到障礙信號時，行走方式為輪式行走，控制器控制直流伺服電機單獨驅動四輪移動機構的四個行走輪3轉動行走，而控制器在接收到障礙信號時，行走方式切換為足腳行走，控制器控制直流伺服電機單獨驅動六足步行機構的六只足腳2行走，而在障礙信號消失后又切換為輪式行走，從而可以實現輪式行走和足腳行走的切換，克服障礙路段難以行進的問題。
[0030]參看圖2，需要進行輪式行走時，控制器控制六只足腳2抬升、四個行走輪3轉動行走。參看圖3，需要進行足腳行走時，控制器控制六只足腳2下降、四個行走輪3被抬升、六只足腳2行走。足腳行走的控制方式可以根據現有的足腳行走機器人的控制方式，或者進行適應性的調整。在足腳和輪式行走可切換使用的情況下，機器人的四個行走輪3可以僅需要直行而無需轉彎，轉彎可以通過足腳的動作來實現，在這種情況中，六只足腳2的動作還可以由設定的轉彎信號來控制驅動。
[0031]較佳的，六足步行機構的六只足腳2均為三關節足腳，六足足腳2分為兩只前足、兩只中足和兩只后足。可以保證足腳的步態幅度較大及靈活度較高。
[0032]進一步的，直流伺服電機包括18個關節用數字舵機和4個行走輪用數字舵機。每個行走輪設置一行走輪用數字舵機來驅動行走，六只足腳2的每個足腳的每個關節設置一關節用數字舵機來驅動動作。
[0033]數字舵機例如可以采用型號為CDS5516數字舵機。數字舵機使用半雙工串行一步總線通訊方式。每個數字舵機上均設有信號接口。信號接口和控制器的數字接口相連，以接收控制信號。而這些電機之間可以簡單的通過通訊線串接連接，在控制時只要給不同數字舵機分配不同的標識號接口對相應的數字舵機進行相應的控制，從而控制機器人運動的步態、速度及方向。
[0034]控制器為單片機，單片機具有至少4路數字舵機控制接口，第一數字舵機控制接口由4個行走輪用數字舵機占用，第二數字舵機控制接口由兩只前足的關節用數字舵機占用，第三數字舵機控制接口由兩只中足的關節用數字舵機占用，第四數字舵機控制接口由兩只后足的關節用數字舵機占用。換言之，將4個行走輪用數字舵機之間通過通訊線相連，串接最后的一個行走輪用數字舵機連接到控制器的第一數字舵機控制接口、以接收控制信號；兩只前足的關節用數字舵機之間通過通訊線相連，串接最后的一個關節用數字舵機連接到控制器的第二數字舵機控制接口、以接收控制信號;兩只中足的關節用數字舵機之間通過通訊線相連，串接最后的一個關節用數字舵機連接到控制器的第三數字舵機控制接口、以接收控制信號;兩只后足的關節用數字舵機之間通過通訊線相連，串接最后的一個關節用數字舵機連接到控制器的第四數字舵機控制接口、以接收控制信號。每個數字舵機具有不同的標記號，每個數字舵機根據控制信號攜帶的標記號而接收作為自身的控制信號。
[0035]較佳的，六只足腳2的每只足腳的落地部位21呈L型，每只足腳的L型落地部位21的橫部與其前端的關節連接，每只足腳的L型落地部位21的豎部部分或全部朝橫部彎折，豎部用于落地支撐，每只足腳的L型落地部位21的直角一側設置為朝向機器人主盤。也就是說，L型落地部位21的豎部朝向機器人主盤彎折，六個足腳2的落地部位21呈相互靠攏的趨勢，支撐地面時更穩固。
[0036]可選的，機器人主盤的上層板11呈正六邊形，各足腳2分別設置在上層板11每條邊的中間位置。上層板11呈正六邊形，可以更方便定位各足腳2的安裝位置，從而設置相應的安裝件，各足腳2例如可以通過螺接件連接在上層板11的各個邊沿上。
[0037]在一個實施例中，在機器人主盤的下層板12的中央還設置有可上下伸縮的支撐部(圖中未示出)，支撐部包括用于和地面接觸的圓板及可上下伸縮的支桿，支桿的一端連接圓板，另一端連接下層板12，支桿伸長時能夠抬升機器人主盤從而將四輪移動機構抬離地面。在機器人停工時，機器人無需進行行走，而如果將行走輪一直接觸地面，長久之后很容易造成行走輪的損壞，因而在機器人不需要行走時，通過支撐部支撐起來，使得四個行走輪3離開地面，六只足腳2在初始狀態下抬起，因而在不需要行走時同樣離開地面，可以延長機器人的行走機構的使用壽命。支撐部設置在下層板12的中央(當然是在下層板下方延伸)，可以保證支撐的穩定性。
[0038]可選的，支桿的伸縮部位連接直流伺服電機，以在直流伺服電機的驅動下上下伸縮。當然，支桿的伸縮也可以通過人工直接進行調整。
[0039]本實用新型雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定權利要求，任何本領域技術人員在不脫離本實用新型的精神和范圍內，都可以做出可能的變動和修改，因此本實用新型的保護范圍應當以本實用新型權利要求所界定的范圍為準。
【主權項】
1.一種輪足切換式機器人，其特征在于，包括:機器人主盤，四輪移動機構，六足步行機構，直流伺服電機，光電傳感器，控制器;所述四輪移動機構具有用以輪式行走的四個行走輪，均安裝在所述機器人主盤上;所述六足步行機構具有用以足腳行走的六只足腳，均安裝在所述機器人主盤上;所述直流伺服電機安裝在所述機器人主盤上，用以驅動所述六足步行機構的足腳行走、及驅動四輪移動機構的輪式行走;所述光電傳感器安裝在所述機器人主盤上，用以探測障礙物而相應生成障礙信號，并將障礙信號傳輸給所述控制器;所述控制器在啟動后未接收到所述障礙信號時控制所述直流伺服電機驅動四個行走輪進行輪式行走，響應于所述障礙信號而控制所述直流伺服電機驅動六只足腳進行足腳行走，從而實現輪式行走和足腳行走的切換。2.如權利要求1所述的輪足切換式機器人，其特征在于，所述機器人主盤具有上層板和下層板，所述四個行走輪均設置在所述下層板的下方;所述六只足腳均設置在所述上層板的邊沿且間隔分布，所述六只足腳在所述直流伺服電機的驅動下能夠落地行走且在落地行走時將四個行走輪抬離地面。3.如權利要求1所述的輪足切換式機器人，其特征在于，所述六足步行機構的六只足腳均為三關節足腳，所述六足足腳分為兩只前足、兩只中足和兩只后足。4.如權利要求3所述的輪足切換式機器人，其特征在于，所述直流伺服電機包括18個用以驅動六只足腳的各關節的關節用數字舵機，及4個用以驅動四個行走輪的行走輪用數字舵機;所述控制器為單片機，所述單片機具有至少4路數字舵機控制接口，第一數字舵機控制接口由4個行走輪用數字舵機占用，第二數字舵機控制接口由兩只前足的關節用數字舵機占用，第三數字舵機控制接口由兩只中足的關節用數字舵機占用，第四數字舵機控制接口由兩只后足的關節用數字舵機占用。5.如權利要求1-4中任意一項所述的輪足切換式機器人，其特征在于，每只足腳的落地部位呈L型，每只足腳的L型的橫部與關節連接，每只足腳的L型的豎部朝橫部彎折且用于落地支撐，每只足腳的L型的直角一側設置為朝向機器人主盤。6.如權利要求1-4中任意一項所述的輪足切換式機器人，其特征在于，所述機器人主盤的上層板呈正六邊形，各足腳分別設置在上層板每條邊的中間位置。7.如權利要求1-4中任意一項所述的輪足切換式機器人，其特征在于，在所述機器人主盤的下層板的中央還設置有可上下伸縮的支撐部，所述支撐部包括用于和地面接觸的圓板及可上下伸縮的支桿，所述支桿的一端連接所述圓板，另一端連接所述下層板，所述支桿伸長時能夠抬升機器人主盤從而將四輪移動機構抬離地面。8.如權利要求7所述的輪足切換式機器人，其特征在于，所述支桿的伸縮部位連接直流伺服電機，以在所述直流伺服電機的驅動下上下伸縮。9.如權利要求1-4中任意一項所述的輪足切換式機器人，其特征在于，所述六只足腳在初始狀態下抬起且落地部位高于四個行走輪的落地部位。10.如權利要求1-4中任意一項所述的輪足切換式機器人，其特征在于，所述四個行走輪呈兩兩前后分布。
【文檔編號】B62D57/02GK205615605SQ201620417127
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年5月10日
【發明人】朱勤
【申請人】蘇州工業職業技術學院