一种左右相位差半锁定的六轮足机器人

1.本发明属于机器人技术领域，涉及一种左右相位差半锁定的六轮足机器人。

背景技术：

2.六足机器人在行走时采用蟑螂一类的六足昆虫的三角步态行走，转向时通过维持三角步态的轮子反向转动完成转向，最为典型的便是rhex系列机器人。为了满足运动的平稳性，该系列机器人在移动过程中，移动足悬空时的挥动速度较移动足接地时的挥动速度更快，尽管移动足使用了轻型材料，仍造成了一定能源的浪费，也加快了机械部件的损耗。
3.专利文献cn108583715a公开了一款多轮足同侧同步不同接地相机器人，该机器人由机身和八个半圆轮足组成，一侧机身四个半圆轮足，同侧相邻半圆轮足互补为圆。该八轮足式机器人越障能力强，移动敏捷，且负载能力优秀。但该八轮足式机器人移动时通过四个轮足接地，可能会发生某一个轮足不能有效接地的情况，运动平稳性差；同时该八轮足机器人移动过程中，轮足接地的支撑点有呈长方形和平行四边形两种情况，当支撑点呈长方形时，支撑轮足的接地点不足以覆盖机器人的纵向长度。

技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种左右相位差半锁定的六轮足机器人，以提高机器人运动的平稳性。
5.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种左右相位差半锁定的六轮足机器人，包括机身、呈两组相对设置在机身左右两侧的六个轮足；轮足为半圆轮足，且轮足的转动中心过轮足的圆心；同侧轮足共用一个驱动装置以实现两侧轮足独立控制；中间轮足能够与对侧前后两个轮足同时接地，以形成三角步态；两中间轮足的轮轴之间设有锁相半离合装置，以使六轮足从因差速转向引起的轮足相位错乱状态自动恢复至三角步态；锁相半离合装置包括分别与两中间轮足的轮轴固定连接的两离合片，两离合片之间设有锁定结构以使两离合器片在锁定结构的作用下自动复位。
7.可选地，锁定结构为磁性相反的磁铁；磁铁呈长条状，沿呈圆饼状的离合片的径向设置。
8.可选地，锁定结构包括凸出于一侧离合片设置的卡块，卡块通过弹性件与该侧离合片连接，另一侧离合片的相对位置开设有与卡块匹配的卡槽。
9.可选地，锁定结构包括凸出于一侧离合片设置的两棘片以形成限位槽，另一侧离合片的相对位置上设有与限位槽匹配的滑块，滑块连接有直线运动机构以使其能够沿离合片的轴向移动，直线运动机构与控制系统相连。
10.可选地，两侧轮足驱动装置分别对应前轮足和后轮足的位置设置，以与对应侧的前轮足或后轮足的轮轴直接连接，与同侧的其它两轮足通过传动机构连接。
11.可选地，传动机构为链传动或带传动。
12.可选地，中间轮足位于前后两侧轮足的外侧。
13.可选地，同侧轮足共线设置。
14.本发明的有益效果在于：
15.一侧中间半圆轮足与对侧前后半圆轮足形成三角稳定，机器人重心在形成的三角稳定内，移动时六个半圆轮足组成的两组三角步态交替接地，完成移动，相对于现有技术中八轮足式机器人移动时有四个轮足接地，三角步态可以保证三个接地轮足都与地面有效接触，并且三角步态天然地覆盖了机器人机身的整个纵向长度。同时由于本发明的六轮足机器人只有三对出轴，相较于八轮足式机器人的四对出轴，在相同的轮径以及轴间距的情况下，本发明的六轮足机器人可以有更短的机身，在狭窄空间时转向更有优势；而当机身长度相当时，在电机扭矩允许的情况下，该六轮足机器人相较八轮足机器人可以具有更大的轮径，有助于提高越障能力。
16.由于单侧相邻的半圆轮足互补为圆，且一侧中间半圆轮足可与对侧前后半圆轮足同时接地，能够形成三角步态，因此，在保证了像圆轮一样平稳移动的同时，避免了悬空轮足较接地轮足挥动速度更快的缺点，具有移动平稳且运动效率高的优势。
17.在机器人两侧各设置三个半圆轮足，并通过两组驱动装置分别驱动两侧半圆轮足，一侧中间的半圆轮足与对侧前后两个半圆轮足同时接地，形成三角稳定，且机器人重心在形成的三角稳定内，前进时通过两组三角步态交替稳定前进，在转向时通过两侧轮子差速完成转向，在差速转向造成机体两侧半圆轮足相位错乱时，可以通过锁相半离合装置自然地恢复至三角步态。本发明的六轮足机器人移动机构设计简单，不仅具有三角步态的稳定性，还具有左右轮差速转向的便捷性，可供移动机器人、越障车等需要在非平整地面和平整地面行走的移动设备使用。
18.本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
19.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
20.图1为本发明六轮足机器人的结构示意图一；
21.图2为本发明六轮足机器人的结构示意图二；
22.图3为本发明六轮足机器人的三角步态示意图；
23.图4为本发明六轮足机器人的不稳定状态示意图；
24.图5为实施例1中的锁相半离合装置的结构示意图一；
25.图6为实施例1中的锁相半离合装置的结构示意图二；
26.图7为实施例2中的锁相半离合装置的结构示意图一；
27.图8为实施例2中的锁相半离合装置的结构示意图二；
28.图9为实施例2中的锁相半离合装置的结构示意图三；
29.图10为实施例3中的锁相半离合装置的结构示意图一；
30.图11为实施例3中的锁相半离合装置的结构示意图二；
31.图12为实施例3中的锁相半离合装置的结构示意图三。
32.附图标记：左侧组半圆轮足1、右侧组半圆轮足2、左侧传动装置3、右侧传动装置4、左侧驱动装置5、右侧驱动装置6、锁相半离合装置7、机身8、左前半圆轮足11、左中半圆轮足12、左后半圆轮足13、右前半圆轮足21、右中半圆轮足22、右后半圆轮足23、磁铁31、卡槽33、卡块34、滑块35、棘片36。
具体实施方式
33.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
34.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
35.本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
36.请参阅图1～图12，一种左右相位差半锁定的六轮足机器人，包括机身8、呈两组相对设置在机身8左右两侧的六个轮足，位于机身8左侧的3个轮足为左侧组半圆轮足1，位于机身8右侧的3个轮足为右侧组半圆轮足2，六个半圆轮足分别为左前半圆轮足11、左中半圆轮足12、左后半圆轮足13、右前半圆轮足21、右中半圆轮足22、右后半圆轮足23；每侧轮足共用一个驱动装置以实现两侧轮足独立控制，左侧组半圆轮足1通过左侧传动装置3与左侧驱动装置6连接，右侧组半圆轮足2通过右侧传动装置4与右侧驱动装置6连接，同侧轮足同速转动；其中一对轮足的轮轴之间设有锁相半离合装置7，以使六轮足从因差速转向引起的轮足相位错乱状态自动恢复至三角步态；锁相半离合装置7包括分别与两侧中间轮足的轮轴固定连接的两离合片，两离合片之间设有锁定结构以使两离合器片在锁定结构的作用下自动复位。下面具体介绍六轮足机器人的移动方式及锁相半离合装置工作机理。
37.由于六个轮足都只有一半的圆弧，打破了圆轮的任意相对旋转轴心中心对称关系。因此我们把圆弧部分的指向角度定义为轮足的相位。不同轮足圆弧部分指向角度的差异定义为相位差。本发明的六轮足机器人的相位关系分为同侧相位关系及左右侧相位关系。如图3所示，在机器人同一侧中，相邻的两个轮足相位差是180
°
，即中间轮足可以与前后相邻轮足互补为圆，圆弧部分可以交替接地。例如中间轮足12与前后轮足相位差为180
°
，中
间轮足12可以与前后轮足互补为圆；中间轮足22与前后轮足相位差为180
°
，中间轮足22可以与前后轮足互补为圆。此时本发明的六轮足机器人同侧三个轮子相位互补，称为单侧相位关系，此相位关系在任何情况下保持不变，以机械固定方式来保证。如图3所示，该机器人的左侧组半圆轮足1和右侧组半圆轮足2相对位置的轮足相位差是180
°
，两两相对的轮足可以互补为圆。具体来说，该机器人左右侧轮足中，左前半圆轮足11与右前半圆轮足21相差180
°
，左前半圆轮足11与右前半圆轮足21可以互补为圆；左中半圆轮足12与右中半圆轮足22相差180
°
，左中半圆轮足12与右中半圆轮足22可以互补为圆；左后半圆轮足13与右后半圆轮足23相差180
°
，左后半圆轮足13与右后半圆轮足23可以互补为圆。如图2所示，从机器人的侧视图观察六个半圆轮足可以发现，六个半圆轮足互补为三个圆，此时本发明的六轮足机器人左右侧相位互补，称为左右侧相位关系。
38.当机器人前进时，两侧半圆轮足在驱动装置的动力驱动下同向同速转动，一侧半圆轮足的中间半圆轮足与对侧的前后半圆轮足形成三角步态，六个半圆轮足形成两组三角步态，如图3所示，左中半圆轮足12与对侧右前半圆轮足21和右后半圆轮足23形成一组三角步态，右中半圆轮足22与对侧左前半圆轮足11和左后半圆轮足13形成第二组三角步态。在机器人前进时，三个圆的上下半圆弧交替接地，形成两组三角步态，保证机器人重心落在三角步态形成的三角形中。同时由于半圆轮足接地面是圆弧，从而使得机器人可以平稳稳定移动。
39.当机器人转向时，两侧半圆轮足在驱动装置的动力驱动下反向转动以形成差速完成转向。由于机器人使用差速转向，会出现左侧组半圆轮足1和右侧组半圆轮足2不能再互补成三个完整圆，出现相位错乱的情况。例如差速转向时一侧半圆轮足转动90
°
，同时另一侧半圆轮足反向转动90
°
后，六个半圆轮足再同方向转动，会出现图4所示的中间两个半圆轮足接地，而另外四个半圆轮足悬空的不稳定的中间状态，此时差速转向已经完全破坏了三角步态，若半圆轮足再同向转动使机器人移动，则机器人的移动会出现颠簸。
40.为了解决上述不稳定的中间状态，引入了锁相半离合装置。当机器人左右侧轮足相位不再互补，也就是出现了不稳定的中间态时，锁相半离合装置的左右两片离合片相分离或具有较小的锁止力；当机器人左右侧半圆轮足可以互补为完整的圆，也就是可以维持稳定移动时，锁相半离合装置的左右两片离合片锁死或具有较大的锁止力。当机器人进行差速转向时，驱动装置产生的扭矩足以突破锁止力，从而使得锁相半离合装置的左右两片离合片发生相对转动；亦或是当机器人进行差速转向时，锁相半离合装置的左右两片离合片完全分离。
41.下面阐述通过锁相半离合装置使得颠簸的左右相位非互补状态恢复到平稳运动的左右相位互补状态的工作机理和过程。机器人的左侧组半圆轮足1和右侧组半圆轮足2在同方向移动时，两侧轮足受到的阻力不一定是平均分配的，且由于该机器人的左侧组半圆轮足1和右侧组半圆轮足2分别通过左侧驱动装置5和右侧驱动装置6独立驱动，不平均的阻力作用到轮足上，会造成左侧驱动装置5和右侧驱动装置6产生一定的差动。在加入锁相半离合装置7后，当该机器人左右侧轮足相位互补时，锁相半离合装置7阻止左侧驱动装置5和右侧驱动装置6差动，使得左侧组半圆轮足1和右侧组半圆轮足2维持相位互补的状态；当该机器人的左侧组半圆轮足1和右侧组半圆轮足2相位非互补时，会产生上述所述的不稳定的中间状态，处于中间状态时，颠簸会造成左侧组半圆轮足1和右侧组半圆轮足2受到的阻力
更加不平均，左侧驱动装置5和右侧驱动装置6会产生相对左侧组半圆轮足1和右侧组半圆轮足2相位互补时更加剧烈的差动，同时由于锁相半离合装置7没有锁死，差动使得锁相半离合装置7的左右两离合片向锁死的方向转动的趋势，当左侧驱动装置5和右侧驱动装置6的差动造成锁相半离合装置锁死时，该机器人的左侧组半圆轮足1和右侧组半圆轮足2也由相位不互补的状态恢复为相位互补的状态，机器人整体也由不稳定的中间状态自然地恢复到稳定的三角步态，并开始进行平稳运动。
42.实施例1
43.锁相半离合装置，如图5～6所示，包括分别与两侧中间轮足的轮轴固定连接的两离合片，两离合片之间设有一对磁性相反的磁铁，以使两侧轮足从相位错乱状态自动恢复至三角步态；两磁铁分别安装在两离合片的相对面，形状为条状，且沿呈圆饼状的离合片的径向设置。如图6所示，当该机器人左右侧半圆轮足相位互补，也就是可以维持三角步态时，两块磁铁相互吸引且完全重合；当该机器人左右侧半圆轮足不能互补时，两块磁铁不能完全重合。当机器人差速转向时，驱动装置产生的扭矩足以使得该锁相半离合装置发生转动。
44.实施例2
45.与实施例1不同的是：本实施例中两离合片的相对面中，一片离合片开设了一个卡槽33，如图7所示；另一片设置了一个凸起的卡块34，如图8所示。卡块34呈多棱柱形，卡槽33与卡块34匹配，卡块34通过弹簧与对应离合片连接。如9图所示，当机器人左右侧半圆轮足相位互补，也就是能维持三角步态时，与卡块34相连的弹簧伸展，卡块34卡3在卡槽33内；当机器人左右侧半圆轮足相位不再互补，也就是不能维持三角步态时，与卡块34相连的弹簧压缩，卡块34位于卡槽33之外。当机器人差速转向时，驱动装置产生的扭矩足以使得该锁相半离合装置发生转动。
46.实施例3
47.与实施例1不同的是，本实施例中引入了控制系统，且两离合片的相对面中，一片离合片设置了一个凸起的滑块35，如图10所示，滑块35连接有直线运动机构以使其能够沿离合片的轴向移动，直线运动机构与控制系统相连；另一片设有两棘片36以形成与滑块35匹配的限位槽，两个棘片36可向内单侧通过，如图11所示。如图12所示，当机器人左右侧半圆轮足相位互补，也就是可以维持三角步态时，滑块35位于两个棘片36内；当机器人差速转向时，控制滑块35收缩，不妨碍转向；当机器人左右侧半圆轮足相位不再互补，也就是不能维持三角步态时，滑块35位于两个棘片36范围之外。
48.本发明使用半圆轮足作为行动机构，单侧三个半圆轮足，单侧相邻的半圆轮足可互补为圆；在左右侧半圆轮足相位互补时，两侧相对位置的半圆轮足可互补为圆；使用三角步态进行移动，一侧中间半圆轮足与对侧前后半圆轮足形成两组三角步态，机体通过两组三角步态交替完成移动。由于使用半圆轮足作为行动机构，以及三角步态的左右相位互补关系，因此，能够保证机体移动时与地面始终是圆周接触，具有移动平稳且运动效率高的优势。
49.本发明的左右两侧行动半圆轮足独立驱动，使用差速完成转向。当机器人两侧半圆轮足相位互补时，锁相半离合装置锁死或产生较大的锁止力，阻止驱动装置差动造成的左右侧相位错乱；当机器人两侧半圆轮足相位不再互补时，锁相半离合装置打开或产生较小的锁止力，积累驱动装置在机体行走时的差动，当差动造成两侧半圆轮足相位互补时，锁
相半离合装置再次锁死或产生较大的锁止力，使得机体在行走时自然恢复至左右侧相位互补的状态。
50.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：

1.一种左右相位差半锁定的六轮足机器人，其特征在于：包括机身、呈两组相对设置在机身左右两侧的六个轮足；轮足为半圆轮足，且轮足的转动中心过轮足的圆心；同侧轮足共用一个驱动装置以实现两侧轮足独立控制；中间轮足能够与对侧前后两个轮足同时接地，以形成三角步态；两中间轮足的轮轴之间设有锁相半离合装置，以使六轮足从因差速转向引起的轮足相位错乱状态自动恢复至三角步态；锁相半离合装置包括分别与两中间轮足的轮轴固定连接的两离合片，两离合片之间设有锁定结构以使两离合器片在锁定结构的作用下自动复位。2.根据权利要求1所述的一种左右相位差半锁定的六轮足机器人，其特征在于：锁定结构为磁性相反的磁铁；磁铁呈长条状，沿呈圆饼状的离合片的径向设置。3.根据权利要求1所述的一种左右相位差半锁定的六轮足机器人，其特征在于：锁定结构包括凸出于一侧离合片设置的卡块，卡块通过弹性件与该侧离合片连接，另一侧离合片的相对位置开设有与卡块匹配的卡槽。4.根据权利要求1所述的一种左右相位差半锁定的六轮足机器人，其特征在于：锁定结构包括凸出于一侧离合片设置的两棘片以形成限位槽，另一侧离合片的相对位置上设有与限位槽匹配的滑块，滑块连接有直线运动机构以使其能够沿离合片的轴向移动，直线运动机构与控制系统相连。5.根据权利要求1所述的一种左右相位差半锁定的六轮足机器人，其特征在于：两侧轮足驱动装置分别对应前轮足和后轮足的位置设置，以与对应侧的前轮足或后轮足的轮轴直接连接，与同侧的其它两轮足通过传动机构连接。6.根据权利要求5所述的一种左右相位差半锁定的六轮足机器人，其特征在于：传动机构为链传动或带传动。7.根据权利要求1所述的一种左右相位差半锁定的六轮足机器人，其特征在于：中间轮足位于前后两侧轮足的外侧。8.根据权利要求1所述的一种左右相位差半锁定的六轮足机器人，其特征在于：同侧轮足共线设置。

技术总结

本发明涉及一种左右相位差半锁定的六轮足机器人，属于机器人技术领域，包括机身、呈两组相对设置在机身左右两侧的六个轮足；轮足为半圆轮足，且轮足的转动中心过轮足的圆心；同侧轮足共用一个驱动装置以实现两侧轮足独立控制；中间轮足能够与对侧前后两个轮足同时接地，以形成三角步态；两中间轮足的轮轴之间设有锁相半离合装置，以使六轮足从因差速转向引起的轮足相位错乱状态自动恢复至三角步态。本发明不仅具有三角步态的稳定性，还具有左右轮差速转向的便捷性，可供移动机器人、越障车等需要在非平整地面和平整地面行走的移动设备使用。使用。使用。