專利名稱：變結構腿輪式機器蟲的制作方法
技術領域：
本發明屬于探測機器人領域，涉及到一種探測機器人，具體涉及一種根據需要可通過機構自由度(關節)的變化，實現結構和功能變化的變結構腿輪式機器蟲機器人。
背景技術：
隨著探測領域的不斷擴展，要求高性能的探測車，以適應復雜探測環境的需要。探測車必須對復雜地形要有很好的適應性，還要具有穩定高速的行駛能力。現在世界上已經研制出來的探測車，其車身的形狀在行進的過程中不會根據實際的地形地貌改變車體結構和行駛形式，因此在某些地形地貌條件下(如狹窄的環境)，探測車就不能通過，因而降低了對復雜特殊環境的適應性。目前已經開發的探測車的行駛機構主要有輪式、足式和履帶式。其中大多數的探測車采用輪式結構，如勇氣號火星探測車，防爆探測車等，輪式探測車具有機械結構簡單、運動速度快和控制容易等優點，但對復雜地貌的適應能力差；足式步行探測機器人具有很強的地面適應性，非常適合凸凹巖石環境，機動性較好，但是運動速度慢，控制比較復雜；履帶式探測車對凹凸不平地面、沙灘、草地等有很好的適應性，但由于容易被地表的顆粒物磨損而使機體損壞，所以比較少應用。
發明內容
本發明需要解決的具體技術問題，是針對已有技術中，探測車在運行過程中，因車體結構不變，而降低了對復雜環境適應性，為了克服現有的輪式探測車對復雜地貌適應能力差、現有的足式步行探測機器人運動速度慢、控制比較復雜等不足之處，就需要進行重新設計。本發明的目的是提供一種變結構腿輪式探測機器人，該探測機器人可根據實際的地形地貌改變自身結構適應復雜的特殊環境，結合了可變形的車身、足式步行機構、輪式行駛機構的優點，實現優勢互補。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案如下一種變結構腿輪式探測機器人，包括車身及行駛機構、夾持機構，其特征在于，所述的車身包括左、右車體及與車體相連的若干根桿件，這些桿件兩兩組成十字交叉結構，每根連桿的一端通過活動鉸鏈固接在左車體(或右車體)，另一端可在右車體(或左車體)上滑動，將左、右車體連接在一起，十字交叉結構中間為活動連接，兩桿的夾角可自由調節，使車身隨其變寬或變窄；并在左右車身之間有一對用以提高車身的強度與剛性的對接支撐連桿；所述的行駛機構安裝在車身上，該行駛機構為輪腿式的混合行駛機構，包括若干相互獨立的、其腿部具有獨立結構的腿輪，通過腿部折疊機構的伸展或折疊進行腿式和輪式的轉變，實現變結構。所述車身裝有機械臂及夾持器，所述的機械臂鏈式結構的各連桿的交點處，各裝有一個電機，驅動其改變連接各連桿之間夾角，實現機械臂的伸縮。以滿足探測需要。
所述的車身包括左右車體及若干十字交叉連桿，組成可以變形的底邊平行的對接三角形結構，并在左右車體之間安裝一對支撐的二桿結構。
車身的左右車體上，裝有4個相同且相互獨立的腿輪式的混合的行駛機構，該4條腿各具有3個關節，自上而下分別為包括縱擺和橫擺兩個自由度的胯關節、接著是各有一個自由度的膝關節和踝轉向關節。
所述的腿部折疊機構可為每條腿隨與車身連接的胯關節的轉動，使腿與車身平行并由鎖定機構鎖定在車身上。
當4條腿均伸展開來，按指定的步態，實現爬行或攀高，成為四足步行探測機器人，也即本主題名稱所稱的機器蟲；當4條腿折疊并鎖定在車身上時，每條腿的足為電機驅動的輪子或履帶，實現行駛，則成為輪式探測車。
還可在車身上安裝CCD攝象機、及其他傳感器等附屬設施，進行復雜危險的特殊環境下的操作。
本發明的有益效果是
1、可通過改變車身的形狀和車身的高低來適應復雜特殊環境在探測車行進過程中，會遇到各種復雜特殊的地形地貌，如遇有類似于狹縫的地形時，現有的不可變形的探測車無法通過。而本發明的車身為可變形的底邊平行的對接全等三角形結構，可以根據地形地貌的需要將車身變寬或變窄，使之能通過狹縫。本發明對復雜特殊地形地貌環境有很好的適應性和通過性。本發明的車身的高低也可通過腿的折疊或伸展進行調節，當腿全部伸展時，既可作為步行探測機器人，也可在障礙很小或地面稍有不平時，仍然作為輪式探測車，用輪子行駛，使之高速行進。
2、便于運輸和儲存由于運載或儲存探測車的工具受到有效載荷艙幾何尺寸的限制，因此應該盡量在運輸過程中減少探測車的幾何尺寸。本發明在運輸探測車的過程中可以將探測車車身變窄，前后的四條腿分別向前、向后展開，大腿和小腿相折疊，使之成為瘦長形，減少體積，便于運輸和存儲。
3、當整個車身展開時，重心到各地面接觸點的距離變大，增加了探測車行駛和行走的穩定性。
4、本發明兼有足式步行機構和輪式行駛機構的優點，實現了優勢互補。
當在比較平坦的地面上行進時，將胯關節轉動，使腿折疊并鎖定在車身上，使之作為輪式探測車快速行駛，具有穩定高速的行駛能力。當腿輪結構全部伸展開，就成為足式步行探測機器人，具有比較好的視野，行進過程中，可更好地觀察周圍環境，還可以爬樓梯和攀高，適于穿越崎嶇復雜的區域，機動性較好，在行駛過程中，四條腿之間不會發生行走交叉干涉，而且不會因為車身的變形引起整個探測車的行駛狀態的改變。
5、通過車身的寬窄變化、車身高低的變化以及腿和輪結構的變換，可以有很多變形方式，獲得不同變形構態。
通過車身的伸展、收縮或不變，結合腿向不同方向的折疊，改變自身的構態，以適應實際應用情況。
6、通過安裝各種附加裝置，進行特殊環境下的靈活可靠的操作本發明可在車身上安裝各種附加裝置，以在特殊危險的環境下進行靈活可靠的的操作，完成探測任務。
圖1A、1B是本發明變結構腿輪式機器蟲的實體裝配草圖。
圖2A 是本發明機器蟲車身和腿全部伸展開的變形圖(最大車身狀態)。
圖2B是本發明機器蟲車身全收攏的變形圖(最小車身狀態)圖3A 是本發明機器蟲車身不變，腿全部向外側折疊的變形3B是本發明機器蟲車身不變，腿全部向同方向折疊的變形3C是本發明機器蟲車身不變，腿全部向內側折疊的變形3D是本發明機器蟲車身不變，機械臂收攏至車身上的變形4是本發明機器蟲車身收縮，大腿腿全部沿車身方向展開、小腿折疊的變形中，1.左車體2.右車體3.桿4.桿5.輔助桿6.輔助桿7.機械臂8.關節9.關節10.胯關節(縱擺)11.胯關節(橫擺)12.大腿13.膝關節14.小腿15.踝關節16.輪17.關節18.導軌19.夾持器具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
參照圖1A、1B所示，為本發明變結構腿輪式探測機器人的一個實施例，該機器蟲包括車身及行駛機構，本實施例中，車身為一可以變形的底邊平行的對接全等三角形結構，由左右車體及四根桿組成，其中桿3與桿4組成十字交叉結構，中間通過鉸鏈實現活動連接；桿5與桿6(輔助支撐，增加車體的剛性與強度)與左右車體順次通過鉸鏈連接，實現活動連接。其中桿3和與桿4長度相等，桿5與桿6長度相等。通過安裝在關節9處的電機驅動改變關節處的角度值，來改變對接全等三角形對應平行底邊的距離，以實現車體寬窄的變化。
本實施例的行駛機構是在車身2上裝有4條結構基本相同且相互獨立的腿輪式的混合行駛機構，通過腿部各關節的伸展或折疊，進行腿式和輪式的轉換，實現變結構。每條腿的結構基本相同，都是自上而下由大腿12、小腿14、輪16組成。每條腿各具有三個關節，自上而下分別為車身與大腿12之間的胯關節(包括11橫擺與12縱擺)、大腿12與小腿14之間的膝關節13和小腿14與輪16之間的踝轉向關節15。
當所述機器蟲的4條腿的腿部結構全部伸展開如圖1所示，就成為四足步行機器蟲，可按指定步態實現爬行或攀高；當通過腿部的折疊機構，即每條腿隨與車身連接的胯關節10(縱擺)的轉動，將大腿12折疊起，和車身所在平面平行，由鎖定機構鎖定在車身上，小腿14保持和車身所在平面垂直，每條腿的足為電機驅動的輪子或履帶，實現行駛，成為輪式探測車，可以在平坦的地面上快速行駛。
本發明機器蟲，也即探測機器人，通過車身的寬窄變化、車身高低的變化以及腿和輪結構的變換，可以有很多的變形方式，獲得不同的變形姿態。參照圖2A，所示的車身和腿全部伸展開，圖2B，所示的車身收攏至最小狀態，圖3A，所示的車身不變，腿全部向外側折疊，圖3B，所示的車身不變，腿全部向同方向折疊，圖3C，所示的車身不變，腿全部向內側折疊，參照圖4，所示的車身收攏，大腿沿車身方向展開，小腿折疊，主要用于被運輸和儲存。
本發明探測機器人通過機械臂的伸縮，實現物體的夾持和拾取，從而滿足探測需求。
權利要求
1.一種變結構腿輪式機器蟲，包括車身和行駛機構、夾持機構，其特征在于所述的車身包括左、右車體及與車體相連的若干根桿件，這些桿件兩兩組成十字交叉結構，每根桿件的一端通過活動鉸鏈固接在左車體或右車體，另一端可在右車體或左車體上滑動，將左右車體連接在一起，十字交叉結構中間為活動連接，兩桿件的夾角可自由調節，使車身隨其變寬或變窄；所述的行駛機構安裝在車身上，該行駛機構為腿輪式的混合行駛機構，包括若干相互獨立的、其腿部具有折疊機構的腿輪，通過腿部折疊機構的伸展或折疊進行腿式和輪式的轉變，實現收放和運動形式的改變；所述的夾持機構包括機械臂及夾持器。
2.根據權利要求1所述的變結構腿輪式機器蟲，其特征在于，所述機械臂包括若干根桿件，由這些桿件依次順序連接組成，相鄰各桿之間均為活動連接，形成使機械臂可以自由伸縮鏈式結構。
3.根據權利要求1所述的變結構腿輪式機器蟲，其特征在于所述十字交叉連桿組成可以變形的、底邊平行的對接三角形機構，在左、右車體之間裝有一對用于支撐的二桿機構，以保持車身剛度與穩定。
4.根據權利要求2所述的變結構腿輪式探測機器人，其特征在于在所述的底邊平行的對接三角形結構實現變形的相對應的十字交叉連桿的交點處，各裝有一個用于驅動改變各連接桿之間夾角的電機。
5.根據權利要求1所述的變結構腿輪式機器蟲，其特征在于在車身上裝有4個相同且相互獨立的腿輪式的混合行駛機構，該4條腿各具有3個關節，自上而下分別為包括縱擺和橫擺兩個自由度的胯關節、接著是膝關節和踝轉向關節。
6.根據權利要求1所述的變結構腿輪式機器蟲，其特征在于所述機械臂可收縮、伸展，收縮后可折疊于車身之上。
7.根據權利要求1或5所述的變結構腿輪式機器蟲，其特征在于所述的腿部折疊機構為每條腿隨所述胯關節的轉動，使腿與車身平行并由鎖定機構鎖定在車身上。
8.根據權利要求1所述的變結構腿輪式機器蟲，其特征在于所述的機械臂鏈式結構的各連桿的交點處，各裝有一個電機，驅動其改變連接各連桿之間夾角，實現機械臂的伸縮。
9.根據權利要求1所述的變結構腿輪式機器蟲，其特征在于所述的左、右車體可收攏在一起；形成機器蟲的最小占空，便于存儲和運輸。
全文摘要
變結構腿輪式機器蟲，屬于探測機器人領域，采用可變形的十字交叉連桿結構的車身，通過電機驅動可使車身變寬或變窄；采用腿輪變換的行駛機構，4條腿可以全部伸展開，也可以按照一定的方式折疊，分別成為足式步行探測機器人，和變形為輪式探測車。將車身變形、高低變化以及腿和輪結構的轉化結合，可具有多種不同的變形形式，車身安裝有機械臂及夾持器，滿足探測作業需要。本發明結合可變形及可調節高低的車身、足式步行機構、輪式行駛機構的優點，對復雜特殊環境具有著比以往各種機器人更為優異、良好的適應性。
文檔編號A63H11/20GK1931652SQ20051010267
公開日2007年3月21日 申請日期2005年9月13日 優先權日2005年9月13日
發明者丁希侖, 徐坤, 孫增圻, 戴建生 申請人:北京航空航天大學