轮足双模态机械腿以及机器人的制作方法

1.本技术实施例涉及机器人领域，特别涉及一种轮足双模态机械腿以及机器人。


背景技术：

2.常见的机器人分为轮式机器人和足式机器人两种。轮式机器人是采用车轮运动的机器人，足式机器人是采用两足、四足或六足等足式运动的机器人。
3.相关技术中提供了一种轮足复合式机器人，在机器人的仿生腿另一端安装了行进轮，使得该机器人同时具有轮式和足式两种运动模态。该仿生腿需要两套驱动装置，第一套驱动装置用于驱动仿生腿采用足式运动行进；第二套驱动装置用于驱动行进轮采用车轮运动行进。
4.由于上述仿生腿需要两套驱动装置，结构相对复杂，不利于仿生腿的小型化和轻便化。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供了一种轮足双模态机械腿以及机器人，可以只需要一套驱动装置，即可同时实现轮足双模态的驱动。所述技术方案如下：
6.根据本技术的一个方面，提供了一种轮足双模态机械腿，所述轮足双模态机械腿包括：驱动装置、大腿单元和小腿单元；
7.所述大腿单元的一端与驱动装置连接，所述大腿单元的另一端和所述小腿单元的一端通过转轴铰接，所述转轴上固定有行进轮，所述驱动装置通过传动装置与所述转轴相连；
8.所述小腿单元具有锁定部件；
9.在所述锁定部件处于锁定态时，所述小腿单元通过所述行进轮与所述转轴固定连接；
10.在所述锁定部件处于解锁态时，所述小腿单元和所述转轴转动连接。
11.在本技术的一个可选实施例中，所述行进轮具有销槽，所述锁定部件包括直线电机和平销，所述平销固定在所述直线电机的输出端；
12.在所述平销插入所述销槽时，所述锁定部件处于所述锁定态；
13.在所述平销离开所述销槽时，所述锁定部件处于所述解锁态。
14.在本技术的一个可选实施例中，所述行进轮上沿径向分布有至少两个所述销槽。
15.在本技术的一个可选实施例中，所述小腿单元内具有电机固定座，所述电机固定座将所述直线电机和所述小腿单元的内壁固定。
16.在本技术的一个可选实施例中，所述转轴上还固定连接有驱动轮；
17.所述驱动轮通过所述传动装置与所述驱动装置相连。
18.在本技术的一个可选实施例中，所述传动装置包括：皮带；
19.所述驱动轮通过所述皮带与所述驱动装置相连。
20.在本技术的一个可选实施例中，所述大腿单元内包括皮带压紧装置，所述皮带压紧装置与所述皮带的外表面压紧接触。
21.在本技术的一个可选实施例中，所述行进轮包括：第一行进轮和第二行进轮；
22.所述第一行进轮朝向所述第二行进轮的第一轮面上形成有所述销槽，所述第二行进轮朝向所述第一行进轮的第二轮面上形成有所述销槽；
23.其中，所述第一轮面和所述第二轮面上的所述销槽的数量和开槽位置均相同。
24.在本技术的一个可选实施例中，所述小腿单元上具有第一磁性部件，所述大腿单元上具有第二磁性部件；在所述锁定部件处于所述锁定态时，所述第一磁性部件和所述第二磁性部件吸合；
25.其中，所述第一磁性部件和所述第二磁性部件中的一个为磁铁，所述第一磁性部件和所述第二磁性部件中的另一个为磁铁或铁块。
26.在本技术的一个可选实施例中，所述大腿单元包括可拆连接的第一大腿部和第二大腿部，所述小腿单元包括可拆连接的第一小腿部和第二小腿部；
27.所述第一大腿部和所述第一小腿部位于所述传动装置的第一侧，所述第二大腿部和所述第二小腿部位于所述传动装置的第二侧。
28.在本技术的一个可选实施例中，所述转轴上还安装有第一轴套和第二轴套；
29.所述第一轴套安装在所述第一大腿部和所述第一小腿部之间；
30.所述第二轴套安装在所述第二大腿部和所述第二小腿部之间。
31.在本技术的一个可选实施例中，所述小腿单元的另一端连接有足底部。
32.根据本技术的另一方面，提供了机器人，所述机器人包括如上所述的轮足双模态机械腿。
33.在本技术的一个可选实施例中，该机器人为双足、四足或六足机器人。该机器人包括机械身体和四条机械腿。
34.所述机械腿包括大腿单元和小腿单元；所述大腿单元的关节端和所述小腿单元的关节端通过转轴铰接，所述转轴上固定有行进轮；
35.所述小腿单元具有锁定部件；
36.在所述锁定部件处于锁定态时，所述小腿单元通过所述行进轮与所述转轴固定连接；
37.在所述锁定部件处于解锁态时，所述小腿单元和所述转轴转动连接。
38.在机器人处于足式模态下，所述n条机械腿中的所述小腿单元和所述转轴固定连接；
39.在机器人处于轮式模态下，存在至少两条机械腿中的所述小腿单元和所述转轴转动连接。
40.本技术实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
41.通过在小腿单元中设置锁定部件，该锁定部件处于锁定态时，小腿单元和行进轮之间锁定，小腿单元通过行进轮与转轴固定连接，使得驱动装置通过转轴驱动行进轮带动小腿单元采用足式模态行进；该锁定部件处于解锁态时，小腿单元和行进轮之间解锁，小腿单元和转轴转动连接，使得驱动装置通过转轴驱动行进轮采用轮式模态行进，本技术仅需要一套驱动装置即可实现轮足双模态机械腿，简化了机械腿的结构，有利于机械腿的小型
化和轻便化。
附图说明
42.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
43.图1是本技术一个示例性实施例提供的轮足双模态机械腿的立体图；
44.图2是本技术一个示例性实施例提供的轮足双模态机械腿在轮式模态的示意图；
45.图3是本技术一个示例性实施例提供的锁定部件的示意图；
46.图4是本技术一个示例性实施例提供的锁定部件在锁定状态下的示意图；
47.图5是本技术一个示例性实施例提供的轮足双模态机械腿的爆炸立体图；
48.图6是本技术一个示例性实施例提供的轮足双模态机械腿的爆炸俯视图；
49.图7是本技术一个示例性实施例提供的机器人在足式模态下的结构图；
50.图8是本技术一个示例性实施例提供的机器人在轮式模态下的结构图。
51.附图中的各个标号说明如下：
52.1-驱动装置；
53.2-大腿单元、21-第一大腿部、22-第二大腿部、201-大腿单元的一端、202-大腿单元的另一端；
54.3-小腿单元、31-第一小腿部、32-第二小腿部、33-电机固定座、301-小腿单元的一端；
55.4-转轴、41-第一轴套、42-第二轴套；
56.5-行进轮、第一行进轮51、第二行进轮52、驱动轮53；
57.6-传动装置；
58.7-锁定部件、71-直线电机、72-平销、73-销槽；
59.8-足底部；
60.91-第一磁性部件、92-第二磁性部件。
具体实施方式
61.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地详细描述。
62.本技术实施例提供了一种轮足双模态机械腿，该轮足双模态机械腿仅需要一套驱动装置，就可以同时实现轮式模态和足式模态的双模态驱动。
63.图1示出了本技术一个示例性实施例提供的轮足双模态机械腿10的示意图。该机械腿包括：驱动装置1、大腿单元2和小腿单元3；
64.大腿单元2的一端201与驱动装置1连接，大腿单元2的另一端202和小腿单元3的一端301通过转轴4铰接，转轴4上固定有行进轮5，驱动装置1通过传动装置6与行进轮5相连；
65.小腿单元3具有锁定部件(图中未示出)；
66.在锁定部件处于锁定态时，小腿单元3和行进轮5之间锁定，小腿单元3通过行进轮
5与转轴4固定连接，使得驱动装置1通过转轴4带动行进轮5和小腿单元3采用足式运动方式行进。
67.在锁定部件处于解锁态时，小腿单元3和行进轮5之间解锁，小腿单元3和转轴4转动连接，使得驱动装置1通过转轴4带动行进轮5采用轮式运动方式行进，而不带动小腿单元3发生运动。
68.上述轮足双模态机械腿10的工作原理包括：
69.在锁定部件处于锁定态时，小腿单元3通过行进轮5与转轴4固定连接。当驱动装置1通过转轴4带动行进轮5向前转动时，小腿单元3也被带动向前转动；当驱动装置1通过转轴4带动行进轮5向后转动时，小腿单元3也被带动向后转动。重复执行上述过程，即可实现足式运动。
70.在锁定部件处于解锁态时，小腿单元3和转轴4转动连接，也即转轴4和行进轮5可相对小腿单元3进行自由转动。驱动装置1通过转轴4驱动行进轮5向前转动，从而实现轮式运动，如图2所示。
71.综上所述，本实施例提供的轮足双模态机械腿，通过在小腿单元中设置锁定部件，该锁定部件处于锁定态时，小腿单元和行进轮之间锁定，小腿单元通过行进轮与转轴固定连接，使得驱动装置通过转轴驱动行进轮带动小腿单元采用足式模态行进；该锁定部件处于解锁态时，小腿单元和行进轮之间解锁，小腿单元和转轴转动连接，使得驱动装置通过转轴驱动行进轮采用轮式模态行进，本技术仅需要一套驱动装置即可实现轮足双模态机械腿，简化了机械腿的结构，有利于机械腿的小型化和轻便化。
72.图3示出了本技术一个示意性实施例提供的锁定部件7的结构图。锁定部件7用于将小腿单元3和行进轮5之间进行锁定或解锁。该锁定部件7包括：直线电机71和平销72。
73.直线电机71是一种将电能转换成直线运动机械能的传动装置。可选地，小腿单元3内具有电机固定座33，电机固定座33将直线电机71和小腿单元3的内壁固定。
74.平销72固定在直线电机71的输出端。行进轮5上具有至少一个销槽73。直线电机71驱动平销72插入销槽73或拔出销槽73。
75.在平销72插入销槽73时，锁定部件7处于锁定态。小腿单元3和行进轮5之间锁定，小腿单元3通过行进轮5与转轴4固定连接，如图4所示。当转轴4带动行进轮5转动时，小腿单元3也跟随行进轮5转动。
76.在平销72拔出销槽73时，锁定部件7处于解锁态。小腿单元3和行进轮5之间解锁，小腿单元3和转轴4转动连接。当转轴4带动行进轮5转动时，小腿单元3不跟随行进轮5转动。
77.在一些实施例中，销槽73为至少两个，每个销槽73均沿行进轮5的径向分布。也即，该行进轮5上沿径向分布有至少两个销槽73，至少两个销槽73可均匀分布或非均匀分布。
78.在一些实施例中，行进轮5包括至少一个行进轮。图5以行进轮包括第一行进轮51和第二行进轮52来示例。第一行进轮51和第二行进轮52相对固定。第一行进轮51朝向第二行进轮52的第一轮面上形成有销槽73，第二行进轮52朝向第一行进轮51的第二轮面上形成有销槽73。第一轮面和第二轮面上的销槽73的数量和开槽位置均相同。
79.综上所述，本实施例提供的锁定部件，通过直线电机71驱动平销72插入行进轮5的销槽73来锁定，直线电机71驱动平销72拔出行进轮5的销槽来解锁，由于直线电机71隐藏在小腿单元3的内部，因此结构较为简洁，能够较好地保证小腿单元3的小型化和轻便化。
80.结合图1，图5和图6分别示出了本技术另一个示意性实施例提供的轮足双模态机械腿10在两个视角下的爆炸图。该轮足双模态机械腿包括：驱动装置1、大腿单元2、小腿单元3、转轴4、行进轮5、传动装置6、锁定部件7和足底部8。
81.驱动装置1包括旋转电机11和传动轮12。旋转电机11和传动轮12固定连接。该旋转电机11用于提供旋转驱动力。传动轮12与传动装置6相连。传动装置6为皮带或链条，本实施例采用皮带来举例说明。
82.大腿单元2的一端201与驱动装置1固定。大腿单元2的另一端202与小腿单元3的一端301通过转轴4铰接。可选地，大腿单元2包括：可拆连接的第一大腿部21和第二大腿部22。第一大腿部21和第二大腿部22插接或螺钉连接或螺帽连接。第一大腿部21和第二大腿部22围合形成大腿单元2的外壳部分，且形成大腿单元2的内部容置腔。可选地，第一大腿部21位于传动装置6的第一侧，第二大腿部22位于传动装置6的第二侧。可选地，大腿单元2内还包括皮带压紧装置23，皮带压紧装置23与皮带的外表面压紧接触。
83.小腿单元3包括：可拆连接的第一小腿部31和第二小腿部32。第一小腿部31和第二小腿部32插接或螺钉连接或螺帽连接。第一小腿部31和第二小腿部32围合形成小腿单元3的外壳部分，且形成小腿单元3的内部容置腔。可选地，第一小腿部31位于传动装置6的第一侧，第二小腿部32位于传动装置6的第二侧。小腿单元3的另一端连接有足底部8，该足底部8的材质可以为橡胶、木材等耐磨性材料。
84.示意性的，第一大腿部21、第二大腿部22、第一小腿部31和第二小腿部32通过轴承套接在转轴4上。第一大腿部21和第一小腿部31之间还套接有第一隔套41，第一隔套41用于将第一大腿部21对应的轴承和第一小腿部31对应的轴承的轴承内圈隔开，避免两者之间的直接摩擦；第二大腿部22和第二小腿部32之间还套接有第二隔套42，第二隔套42用于将第二大腿部22对应的轴承和第二小腿部32对应的轴承的轴承内圈，避免两者之间的直接摩擦。除此之外，第一隔套41和第二隔套42还起到轴向定位作用。
85.行进轮5包括：第一行进轮51和第二行进轮52。第一行进轮51、第二行进轮52和驱动轮53固定连接。示意性的，行进轮包括：第一行进轮51和第二行进轮52。第一行进轮51朝向第二行进轮52的第一轮面上形成有销槽73，第二行进轮52朝向第一行进轮51的第二轮面上形成有销槽73；第一轮面和第二轮面上的销槽73的数量和开槽位置均相同。在一些实施例中，销槽73为至少两个，每个销槽73均沿行进轮5的径向分布。也即，该行进轮5上沿径向分布有至少两个销槽73，至少两个销槽73可均匀分布或非均匀分布。
86.转轴4上还固定有驱动轮53，驱动轮53通过传动装置6与驱动装置1相连。以传动装置6为皮带为例，驱动轮53通过皮带与传动轮12相连。
87.小腿单元3还具有锁定部件7。锁定部件7包括：直线电机71和平销72。
88.直线电机71是一种将电能转换成直线运动机械能的传动装置。可选地，小腿单元3内具有电机固定座33，电机固定座33将直线电机71和小腿单元3的内壁固定。
89.平销72固定在直线电机71的输出端。行进轮5上具有至少一个销槽73。直线电机71驱动平销72插入销槽73或拔出销槽73。
90.在平销72插入销槽73时，锁定部件7处于锁定态。小腿单元3和行进轮5锁定，小腿单元3通过行进轮5与转轴4固定连接，如图4所示。当转轴4带动行进轮5转动时，小腿单元3也跟随行进轮5转动。
91.在平销72拔出销槽73时，锁定部件7处于解锁态。小腿单元3和行进轮5解锁，小腿单元3和转轴4转动连接。当转轴4带动行进轮5转动时，小腿单元3不跟随行进轮5转动。
92.不论锁定部件7处于锁定态或解锁态，大腿单元2和转轴4均处于转动连接，行进轮5能够相对于大腿单元2进行向前转动或向后转动。
93.示意性的，小腿单元3上具有第一磁性部件91，大腿单元2上具有第二磁性部件92；在锁定部件7处于锁定态时，第一磁性部件91和第二磁性部件92吸合。其中，第一磁性部件91和第二磁性部件92中的一个为磁铁，第一磁性部件91和第二磁性部件92中的另一个为磁铁或铁块。
94.综上所述，本实施例提供的轮足双模态机械腿，通过在小腿单元中设置锁定部件，该锁定部件处于锁定态时，小腿单元和行进轮之间锁定，小腿单元通过行进轮与转轴固定连接，使得驱动装置通过转轴驱动行进轮带动小腿单元采用足式模态行进；该锁定部件处于解锁态时，小腿单元和行进轮之间解锁，小腿单元和转轴转动连接，使得驱动装置通过转轴驱动行进轮采用轮式模态行进，本技术仅需要一套驱动装置即可实现轮足双模态机械腿，简化了机械腿的结构，有利于机械腿的小型化和轻便化。
95.本实施例提供的锁定部件，通过直线电机驱动平销插入行进轮的销槽来锁定，直线电机驱动平销拔出行进轮的销槽来解锁，由于直线电机隐藏在小腿单元的内部，因此结构较为简洁，能够较好地保证小腿单元的小型化和轻便化。
96.本实施例提供的皮带压紧装置，能够保证传动装置中的皮带保持压紧状态，从而保证驱动装置对行进轮的传动力。
97.本实施例提供的第一磁性部件和第二磁性部件，能够在机械腿处于轮式形态时，固定大腿单元和小腿单元，使得小腿单元不会影响行进轮的正常行进。
98.图7和图8分别示出了本技术一个示意性实施例提供的机器人20在两种模态下的示意图。该机器人20可以为双足、四足或六足机器人。图7中以四足机器人来举例说明。该机器人20包括机械身体22和四条机械腿10，该四条机械腿10均为上述实施例提供的轮足双模态机械腿。
99.在图7所示的足式模态下，机器人20通过转轴带动行进轮5以及小腿单元3进行足式行进。在图8所示的轮式模态下，机器人20通过转轴带动行进轮5进行轮式行进。
100.上述本技术实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
101.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
102.以上所述仅为本技术的可选实施例，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。