本发明属于机器人技术领域，涉及一种全地形轮腿式机器人，可用于复杂地形的货物运送。
背景技术：
常见的机器人腿部结构主要有轮式的和足式两种，足式机器人腿脚灵活，在规划落脚位置后可在离散的支撑点上落足，拥有优秀的避障能力，适用于较为复杂的地表行进，但在平整的路面因其落脚规划和运动方式所消耗的时间远远大于轮式机器人，运行效率远低于轮式机器人，难以适用高速场景。轮式的机器人的速度快、效率高、易控制，但其对通过的地面有较高的平整度和连续性要求，适用于人工修建的道路，为了提高轮式机器人对复杂地表场景的适应能力，一种具有一定越障能力又可快速行进的机器人应运而生，例如申请公布号为cn110525535a，名称为“一种双轮足混合自平衡机器人”的专利申请，公开了一种结构紧凑的一种双轮足混合自平衡机器人，该发明在机器人的底部安装有两个轮毂电机并以连杆与机身相连使得机器人可上下运动，可快速移动并可以实现自平衡与跳跃，但其存在的不足在于承载重量较大时，将难以跳跃跨越障碍，不能横跨，适用范围较窄。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出了一种全地形轮腿式机器人，用于现有技术中存在的因为不能实现横跨特性导致的适用范围较窄的技术问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案包括安装在机器人上的轮腿机构，所述轮腿机构包括固定支架1和两个腿部机构2，其中：
所述固定支架1包括两个三角支架11和两个挡板12，所述三角支架11底边的两端各安装一个旋转副，所述挡板12的侧面上设置有两个安装孔，所述两个三角支架11一端的旋转副安装在一个挡板12上的两个安装孔内，另一端的旋转副安装在另一个挡板12上的两个安装孔内，该两个三角支架11的底边与两个挡板12形成矩形结构，其中一个挡板12外侧两个安装孔的位置各固定有第一关节电机13，该第一关节电机13的驱动轴穿过设置在挡板12的安装孔与三角支架11底边上安装的旋转副连接，用于驱动三角支架11绕其底边轴心转动；所述三角支架11两个斜边的交汇位置，以及一条斜边与底边的交汇位置各设置一个与挡板12平行的安装孔，其中两个斜边的交汇位置固定有第二关节电机14；
所述腿部机构2包括第一连接杆21、第二连接杆22和支撑杆23；所述第一连接杆21和第二连接杆22靠近两端的位置各设置一个安装孔；
所述支撑杆23的底端固定有轮毂电机24，靠近顶端以及顶端与底端之间的位置各设置有安装孔；所述第一连接杆21一端的安装孔与支撑杆23顶端的安装孔通过旋转副连接，所述第二连接杆22一端的安装孔与支撑杆23顶端与底端之间的安装孔通过旋转副连接；
所述第一连接杆21的自由端的安装孔与三角支架11斜边与底边交汇位置的安装孔通过旋转副连接，所述第二连接杆22的自由端的安装孔与三角支架11两个斜边交汇位置的安装孔通过旋转副连接，并通过第二关节电机14驱动。
上述一种全地形轮腿式机器人，所述三角支架11采用等腰钝角三角形结构。
上述一种全地形轮腿式机器人，所述支撑杆23，其顶端安装孔与轮毂电机24之间的距离大于第一连接杆21两个安装孔之间的距离，所述第一连接杆21两个安装孔之间的距离大于第二连接杆22两个安装孔之间的距离。
上述一种全地形轮腿式机器人，所述支撑杆23，其顶端与底端之间位置设置的安装孔偏向顶端一侧。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
不仅能够实现沿平面或坡道直线行进、转弯、上下台阶跳跃行进，而且能够实现横向跨越，能够适应在承载较重的复杂场景下的工作环境，与现有技术相比，有效地拓宽了适用范围。
附图说明
图1是本发明的结构整体示意图。
图2是本发明固定支架的结构示意图。
图3是本发明腿部结构的示意图。
图4是本发明机器人沿坡道直线行进时的工作原理图。
图5是本发明机器人转弯时的工作原理图。
图6是本发明机器人向上跳跃台阶行进时的工作原理图。
图7是本发明机器人横向跨越时的工作原理图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细描述。
参照图1，本发明包括安装在机器人上的轮腿机构，所述轮腿机构包括固定支架1和两个腿部机构2，其中：所述固定支架1，其结构如图2所示，包括两个三角支架11和两个挡板12，所述三角支架11采用等腰钝角三角形结构，其结构可有效提高机器人稳固性，所述三角支架11底边的两端各安装一个具有摩擦阻力小和能够承受较大径向载荷的特点的深沟球轴承，所述挡板12截面呈矩形，且其侧面上设置有两个安装孔，所述两个三角支架11一端的安装在一个挡板12上的两个安装孔内，另一端的安装在另一个挡板12上的两个安装孔内，该两个三角支架11的底边与两个挡板12形成矩形结构，其中一个挡板12外侧两个安装孔的位置各固定有第一关节电机13，该第一关节电机13的驱动轴穿过设置在挡板12的安装孔与三角支架11的一端连接，用于驱动三角支架11绕其底边轴心转动，为腿部机构2提供侧摆自由度；所述三角支架11两个斜边的交汇位置，以及一条斜边与底边的交汇位置各设置一个与挡板12平行的安装孔，其中两个斜边的交汇位置固定有第二关节电机14，用于驱动轮腿机构2收缩；
所述腿部机构2，其结构如图3所示，包括第一连接杆21、第二连接杆22和支撑杆23；所述第一连接杆21和第二连接杆22靠近两端的位置各设置一个安装孔；
所述支撑杆23的底端固定有轮毂电机24，用于驱动机器人移动，由于轮毂电机省略大量传动部件使得机器人结构更为简单，所述支撑杆23靠近顶端以及顶端与底端之间的位置各设置有安装孔；所述第一连接杆21一端的安装孔与支撑杆23顶端的安装孔铰接，所述第二连接杆22一端的安装孔与支撑杆23顶端与底端之间的安装孔铰接，所述支撑杆23，其顶端安装孔与轮毂电机24之间的距离大于第一连接杆21两个安装孔之间的距离，所述第一连接杆21两个安装孔之间的距离大于第二连接杆22两个安装孔之间的距离，所述支撑杆23，其顶端与底端之间位置设置的安装孔偏向顶端一侧，该结构位置可使机器人在两腿部机构2同时伸长或收缩的动作过程中优化机器人质心位置，使保持稳定。
所述第一连接杆21的自由端的安装孔与三角支架11斜边与底边交汇位置的安装孔铰接，所述第二连接杆22的自由端的安装孔与三角支架11两个斜边交汇位置的安装孔铰接，并通过第二关节电机14驱动。
本发明的工作原理是，当机器人沿直线行进时，控制轮毂电机24转动带动机器前进后退。
参照图4，当机器人沿坡道直线行进时，其中图4(a)为机器人沿上坡道直线行进时的工作原理：当左侧轮毂电机24因为上斜坡后导致左侧轮毂电机24水平高度大于右侧轮毂电机24水平高度，控制左侧第二关节电机14转动使腿部机构2收缩，保持机身水平不倾斜。图4(b)为机器人沿与坡道倾斜方向垂直行进时的工作原理：在斜坡上左侧轮毂电机24大于右侧轮毂电机24水平高度，控制左侧第二关节电机14转动使腿部机构2收缩，保持机身水平不倾斜。
当在行进过程中通过限高通道时，控制两个第二关节电机14转动，使腿部机构2收缩降低机器人高度。当在行进过程中两轮毂电机24着地点有高度差时如和如图4(b)在斜坡上沿任意方向行驶时，控制第两个第二关节电机14转动分别使两个腿部机构2伸长或收缩以补偿因两轮毂电机24高度差导致的机身倾斜，保持机身稳定。
参照图5，当机器人原地转弯时，通过控制两轮毂电机24差速实现原地转向。
当机器人急转弯时，控制控制左侧毂电机24转速稍快于右侧轮毂电机24并控制左侧第二关节电机14转动使左侧腿部机构伸长，控制右侧第二关节电机14转动使右侧腿部机构12收缩，使得左侧腿部机构2高于右侧腿部机构2，倾斜机器人提供额外的向心力快速转弯。
参照图6，当机器人向上跳跃台阶行进时，控制两个第二关节电机14使腿部机构2收缩，让机器人进入最低姿态，临近台阶时，控制第二关节电机14使腿部机构2迅速伸长，使机器人跃起，然后控制第二关节电机14使腿部机构收缩，使机器人达到最大离地距离，跨越障碍跳上台阶。
当机器人向下跳跃台阶时，其原理与机器人向上跳跃台阶原理相同。首先控制两个第二关节电机14使腿部收缩，临近台阶时，控制第二关节电机14使腿部机构2迅速伸长，使机器人跃起，跳下台阶。
参照图7，当机器人横向跨越时，其中图7(a)为控制两个第一关节电机13使两个腿部机构2中的其中一个收缩，另一个伸长，使机器人倾斜，重心向高度较低的腿部机构2上移动，重心全部移至右侧腿部机构2，其中图7(b)为控制左侧第一关节电机13转动，使左侧三角支架12带动左侧腿部机构2顺时针转动，同时控制右侧第一关节电机13转动，使右侧三角支架12带动右侧腿部机构2逆时针转动，以使机器人保持平衡，其中图7(c)为左侧第二关节电机14转动使左侧腿部机构2在空中伸长，直至轮毂电机24接触地面，其中7(d)为控制左侧第一关节电机13转动带动左侧三角支架12转动使得左侧腿部机构2顺时针转动，同时控制右侧第一关关节电机13转动带动右侧三角支架12转动使得右侧腿部机构2逆时针转动，直至重心完全移动至左侧腿部机构2，其中图7(e)为控制右侧第二关节14使右侧腿部机构2收缩，然后控制右侧第一关节电机13转动带动右侧三角支架12转动使右侧腿部机构2顺时针转动，直至右侧腿部机构2与挡板12垂直，在第二关节电机14和右侧第一关节电机14转动的同时控制左侧第一关节电机13转动带动左侧三角支架12转动使左侧腿部机构顺时针转动以保持机身平衡，最后快速转动左侧第一关节电机13转动带动左侧三角支架12转动使得左侧腿部机构2顺时针转动直至与挡板12垂直，其中图7(f)为因重心右移导致右侧轮毂电机24落地完成向左跨越，恢复初始姿态。
1.一种全地形轮腿式机器人，包括安装在机器人上的轮腿机构，其特征在于，所述轮腿机构包括固定支架(1)和两个腿部机构(2)，其中：
所述固定支架(1)包括两个三角支架(11)和两个挡板(12)，所述三角支架(11)底边的两端各安装一个转动副，所述挡板(12)的侧面上设置有两个安装孔，所述两个三角支架(11)一端的旋转副安装在一个挡板(12)上的两个安装孔内，另一端的转动副安装在另一个挡板(12)上的两个安装孔内，该两个三角支架(11)的底边与两个挡板(12)形成矩形结构，其中一个挡板(12)外侧两个安装孔的位置各固定有第一关节电机(13)，该第一关节电机(13)的驱动轴穿过设置在挡板(12)的安装孔与三角支架(11)底边上安装的转动副连接，用于驱动三角支架(11)绕其底边轴心转动；所述三角支架(11)两个斜边的交汇位置，以及一条斜边与底边的交汇位置各设置一个与挡板(12)平行的安装孔，其中两个斜边的交汇位置固定有第二关节电机(14)；
所述腿部机构(2)包括第一连接杆(21)、第二连接杆(22)和支撑杆(23)；所述第一连接杆(21)和第二连接杆(22)靠近两端的位置各设置一个安装孔；所述支撑杆(23)的底端固定有轮毂电机(24)，靠近顶端以及顶端与底端之间的位置各设置有安装孔；所述第一连接杆(21)一端的安装孔与支撑杆(23)顶端的安装孔通过转动副连接，所述第二连接杆(22)一端的安装孔与支撑杆(23)顶端与底端之间的安装孔通过转动副连接；
所述第一连接杆(21)的自由端的安装孔与三角支架(11)斜边与底边交汇位置的安装孔通过转动副连接，所述第二连接杆(22)的自由端的安装孔与三角支架(11)两个斜边交汇位置的安装孔通过转动副连接，并通过第二关节电机(14)驱动。
2.根据权利要求1所述的一种全地形轮腿式机器人，其特征在于，所述三角支架(11)采用等腰钝角三角形结构。
3.根据权利要求1所述的一种全地形轮腿式机器人，其特征在于，所述支撑杆(23)，其顶端安装孔与轮毂电机(24)之间的距离大于第一连接杆(21)两个安装孔之间的距离，所述第一连接杆(21)两个安装孔之间的距离大于第二连接杆(22)两个安装孔之间的距离。
4.根据权利要求3所述的一种全地形轮腿式机器人，其特征在于，所述支撑杆(23)，其顶端与底端之间位置设置的安装孔偏向顶端一侧。
技术总结