阅读说明：本技术 一种新型可变形机器人 (Novel transformable robot ) 是由 柏龙 李兴宇 陈晓红 蒲华燕 罗均 彭艳 于 2020-05-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种新型可变形机器人,包括底盘和设置于所述底盘的多个变形轮腿部；所述变形轮腿部包括变形轮机构和变形控制机构；所述变形轮机构包括外轮辐和内轮辐、围绕所述外轮辐和内轮辐均匀分布的三个轮构件和依次铰接于相邻轮构件之间的三个连接构件；所述变形控制机构包括驱动电机、传动轴、同步离合器和变形离合器；所述传动轴连接于驱动电机输出轴与外轮辐之间；所述同步离合器用于控制驱动电机输出轴与内轮辐接合或分离；所述变形离合器用于控制内轮辐与机器人机架接合或分离；本机器人的变形轮腿可主动变形,且能够保持任意变形状态的变形轮结构,提高移动机器人的越障效率和对于非结构化地形的适应能力。(The invention discloses a novel deformable robot, which comprises a chassis and a plurality of deformation wheel legs arranged on the chassis; the deformation wheel leg part comprises a deformation wheel mechanism and a deformation control mechanism; the deformation wheel mechanism comprises an outer spoke, an inner spoke, three wheel members uniformly distributed around the outer spoke and the inner spoke and three connecting members sequentially hinged between the adjacent wheel members; the deformation control mechanism comprises a driving motor, a transmission shaft, a synchronous clutch and a deformation clutch; the transmission shaft is connected between the output shaft of the driving motor and the outer wheel spoke; the synchronous clutch is used for controlling the connection or disconnection of the output shaft of the driving motor and the inner wheel spoke; the deformation clutch is used for controlling the inner spoke to be jointed with or separated from the robot frame; the deformation wheel leg of the robot can be actively deformed, and the deformation wheel structure in any deformation state can be kept, so that the obstacle crossing efficiency of the mobile robot and the adaptability to unstructured terrains are improved.)

一种新型可变形机器人

技术领域

本发明涉及移动机器人结构设计领域，尤其涉及一种新型可变形机器人。

背景技术

目前的移动机器人采用的变形轮，大都通过固定的机械结构实现轮的变形，因此，其在变形过程中难以实现对非预设变形状态的维持，基本只能实现圆轮状态和全腿状态的切换，且变形时间和程度固定，限制了具备变形轮的移动机器人在越障时的响应速度，对非结构化环境的适应性较弱。公开号为CN105774394A的发明专利公开了一种具有变形轮的移动机器人，该机器人能够适应不同地形并具有较强越障能力，该发明的变形轮的变形驱动机构的结构较为复杂，大大增加了机身重量和系统复杂程度，另外该机器人仅仅能够使变形轮在轮型和腿型之间实现两级切换，并且其在腿型模式下，整体形态不容易保持，且机器人整体机身长度固定，影响机器人在非结构化环境中适应能力。

发明内容

有鉴于此，需要一种新型可变形机器人，其搭载有一款可主动变形，且具备可控变形程度，能够保持任意变形状态的变形轮结构，提高移动机器人的越障效率，提升移动机器人对于非结构化地形的适应能力。

如图1所示，本发明的新型可变形机器人，包括底盘和设置于所述底盘的多个变形轮腿部；

所述变形轮腿部包括变形轮机构和变形控制机构；所述变形轮机构包括正三角形结构且同轴设置的外轮辐和内轮辐、围绕所述外轮辐和内轮辐均匀分布的三个轮构件和依次铰接于相邻轮构件之间的三个连接构件；三个所述轮构件一一对应铰接于所述外轮辐的三个顶点处；三个连接构件中部一一对应铰接于所述内轮辐的三个顶点处；

所述变形控制机构包括驱动电机、传动轴、同步离合器和变形离合器；所述传动轴连接于驱动电机输出轴与外轮辐之间；所述同步离合器用于控制驱动电机输出轴与内轮辐接合或分离；所述变形离合器用于控制内轮辐与机器人机架接合或分离；

进一步，所述同步离合器和变形离合器均为电磁离合器；

进一步，所述内轮辐内端同轴固定有变形传动齿轮；所述同步离合器的从动盘与所述变形传动齿轮固定；所述变形离合器的从动盘通过变形轴固定连接于与所述变形传动齿轮啮合的中间齿轮；

进一步，所述底盘的后端还设有可伸缩尾部；所述可伸缩尾部包括固定于机器人机体的步进电机和导轨，传动连接于所述步进电机输出轴的丝杠，滑动配合于所述导轨内并与所述丝杠螺纹配合的螺母，以及固定于所述螺母碳纤维管。

进一步，所述底盘设有双目摄像头和用于控制所述变形轮腿部和可伸缩尾部动作的控制板。

本发明的有益效果：

本发明创新设计了采用双电磁离合器的变形轮的变形控制机构，可仅通过对电磁离合器的通断电实现变形轮轮的变形，简化了变形机构，并利用双电磁离合器的组合使用，实现对任意变形状态的自锁保持，是变形轮具备无级变形能力。另一方面，本发明创新设计了采用丝杠连杆机构的可伸缩尾部，实现机身长度的可控调整，以更好适应不同的运动需求。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的机器人的整体结构示意图；

图2为本发明的变形轮腿部的结构示意图；

图3为本发明的变形轮腿部呈轮式形态时的示意图；

图4为本发明的变形轮变形控制机构的示意图；

图5为本发明的可伸缩尾部结构的示意图。

具体实施方式

本实施例公开了一种新型可变形机器人，如图1所示，本发明的新型可变形机器人，包括底盘3和分别设置于所述底盘3两侧的两个变形轮腿部5；

所述变形轮腿部5包括变形轮机构和变形控制机构；如图2所示，所述变形轮机构包括正三角形结构且同轴设置的外轮辐9和内轮辐8、围绕所述外轮辐9和内轮辐8均匀分布的三个轮构件6和依次铰接于相邻轮构件6之间的三个连接构件7；三个所述轮构件6一一对应铰接于所述外轮辐9的三个顶点处；三个连接构件7中部一一对应铰接于所述内轮辐8的三个顶点处；如图所示，连接构件7为呈120°夹角的对称构件，而轮构件6的内侧形成有与连接构件7相同的连接部，因此，三个轮构件6的连接部与连接构件7间隔铰接后形成正六角星形结构；正三角形结构的外轮辐9的三个顶点与轮构件6连接部的中点铰接，内轮辐8的三个顶点与连接构件7的中点铰接；当内轮辐8和外轮辐9相对转动至重合时，如图3所示，连接构件7与轮构件6连接部部分重合后形成正六边形结构。各个轮构件6的外沿为120°圆弧，因此当内轮辐8和外轮辐9相对转动至重合时，整个变形轮腿部5形成轮状结构。

所述变形控制机构包括驱动电机10、传动轴12、同步离合器11和变形离合器16；所述同步离合器11和变形离合器16均为电磁离合器；电磁离合器由电磁力产生主动摩擦盘与从动摩擦片的压紧力实现离合器的接合或断开，其能实现远距离操纵，且控制能量小；

如图4所示，所述传动轴12一端连接于驱动电机10输出轴，另一端穿过内轮辐8的中心孔与外轮辐9固定；所述同步离合器11用于控制驱动电机10输出轴与内轮辐8接合或分离；同步离合器11的主动盘固定于驱动电机10输出轴，同步离合器11的从动盘于与内轮辐8内端同轴固定的变形传动齿轮13；所述变形离合器16的主动盘固定安装于机器人机架上的支座，从动盘固定连接于变形轴15，且变形轴15上固定安装有与所述变形传动齿轮13啮合的中间齿轮14；

当变形轮腿部5变形为轮状结构时，同步离合器11断电，驱动电机10输出轴的动力传递到传动轴12上，传动轴12和外轮辐9连接，从而驱动变形轮整体旋转。

当需要控制变形轮变形时，固定在底盘3上的变形电磁离合器通电接合，限制变形轴15使其不能转动，令中间齿轮14和啮合的变形传动齿轮13保持静止状态，变形传动齿轮13固接在内轮辐8上，因此内轮辐8也无法转动。此时同步离合器11断电，外轮辐9在传动轴12驱动下旋转，和内轮辐8产生相对转动，实现变形轮的主动变形功能。

当锁定变形轮的变形程度时，驱动电机10正常工作；变形离合器16断电，使中间齿轮14、传动齿轮13和内轮辐8可自由转动；同步离合器11通电，使传动轴12的动力在传递到外轮辐9的同时通过外摩擦片驱动内轮辐8转动，使内轮辐8保持和外轮辐9同步旋转，令内外轮辐9的相对相位不会改变，保证变形的轮变形程度不会受外力改变。

进一步，所述底盘3的后端还设有可伸缩尾部4；如图5所示，所述可伸缩尾部4包括固定于机器人机体的步进电机和导轨，传动连接于所述步进电机输出轴的丝杠，滑动配合于所述导轨内并与所述丝杠螺纹配合的螺母，以及固定于所述螺母碳纤维管；当需要改变机身长度时，步进电机带动丝杠转动，使丝杠上的螺母可以沿尾部轨道前后运动，碳纤维管固定在螺母上随其一起运动，由尾部轨道端盖限制其运动范围，以实现机器人尾部的伸缩运动。

进一步，所述底盘3设有双目摄像头1和用于控制所述变形轮腿部5和可伸缩尾部4动作的控制板2；通过摄像头1实现外部感知，控制板2根据地形结构控制所述变形轮腿部5变形为适合的形态，同时控制可伸缩尾部4实现机身长度的可控调整，以更好适应不同的运动需求。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化；凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。