本發(fā)明涉及折展伸縮變形機構，屬于輪腿式機器人。

背景技術：

1、四足輪腿復合式機器人優(yōu)勢顯著，它是一種兼具輪式結構和腿部結構的移動機器人。其中，輪腿復合式結構將車輪安裝在腿式機器人的足端，以輪代足。這種融合了輪式機器人快速移動能力與腿式機器人靈活越障能力的設計，極大地提升了機器人的機動性能，可廣泛應用于地形探測、抗災救援、軍事防御、家用服務等場景，有效拓寬了機器人的應用范圍。折展機構是能夠從收攏狀態(tài)可控地展開到期望的或預定的結構形式，且能承受相應載荷的機構。在需要適應不同管徑和復雜環(huán)境的機器人中，折展機構可以實現(xiàn)履帶的伸展、折疊和角度調整，提高機器人的適徑調整能力和靈活性。

2、現(xiàn)存一種四足輪腿復合式機器人的移動機構，該機構通過雙層偏心輪旋轉帶動機器人的四條腿同時折展收縮變形。然而，這種機構雖能實現(xiàn)四足機器人輪腿復合下的平穩(wěn)高效運動，卻存在一定缺陷，即只能做到所有腿同步收縮運動，無法實現(xiàn)單只腿獨立收縮運動，導致當該輪腿式機器人跨越復雜的地形執(zhí)行任務時，避障能力和運動能力差。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有四足輪腿復合式機器人，無法實現(xiàn)單只腿獨立收縮運動，導致避障能力和運動能力差的問題，提出了四足輪腿復合式機器人腿部折展伸縮變形機構。

2、四足輪腿復合式機器人腿部折展伸縮變形機構，所述變形機構包括上層旋轉輪、下層旋轉輪、2個驅動機構、4個牽引機構、4個水平及豎直滑軌組合件和4個自鎖機構；

3、2個驅動機構用于分別驅動上層旋轉輪和下層旋轉輪轉動；

4、上層旋轉輪疊放在下層旋轉輪上方，上層旋轉輪和下層旋轉輪的相同位置上均開設相同形狀的缺口，且缺口沿著上層旋轉輪和下層旋轉輪的邊緣處均勻開設；靠近每個缺口處的下層旋轉輪底面上各設置1個水平及豎直滑軌組合件，每個牽引機構一端通過對應的水平及豎直滑軌組合件在上層旋轉輪的缺口和下層旋轉輪的缺口之間的豎直方向上移動，且該牽引機構一端的運動，帶動其另一端所連接的足輪腿的首端傳動件沿對應的水平及豎直滑軌組合件的水平方向上移動，實現(xiàn)對應足輪腿的伸縮；

5、每個自鎖機構，用于對運動至上層旋轉輪的缺口處的牽引機構的一端進行鎖定或解鎖。

6、優(yōu)選地，每個水平及豎直滑軌組合件均包括豎直導軌和水平導軌；

7、水平導軌的一端水平固定在下層旋轉輪底部，水平導軌的另一端為自由端；

8、豎直導軌固定連接在水平導軌一端的上表面，且豎直導軌嵌在下層旋轉輪的缺口處；

9、每個牽引機構的一端設置在1個豎直導軌上，每個牽引機構的另一端設置在1個水平導軌上。

10、優(yōu)選地，每個牽引機構均包括上升滑塊、導軌滑塊、推桿電機和球鉸鏈及連桿；

11、上升滑塊嵌在豎直導軌上并且能夠沿豎直導軌上下移動；

12、導軌滑塊嵌在水平導軌上并且能夠沿著水平導軌移動；上升滑塊與導軌滑塊之間通過球鉸鏈及連桿連接；

13、推桿電機固定連接在下層旋轉輪底部，推桿電機的輸出軸，用于將上升滑塊向上推至上層旋轉輪的缺口處。

14、優(yōu)選地，所述變形機構還包括4個轉動件；

15、每個導軌滑塊通過1個轉動件與1個足輪腿轉動連接，且每個足輪腿能夠繞著對應的導軌滑塊在水平面內轉動。

16、優(yōu)選地，每個首端轉動件固定在導軌滑塊上；且其包括肱基關節(jié)、微型電機和連接桿；

17、肱基關節(jié)通過支撐架設置在導軌滑塊上，微型電機的輸出軸用于驅動肱基關節(jié)自轉，連接桿穿過肱基關節(jié)水平方向上的通孔，且其兩端固定在足輪腿的首端。

18、優(yōu)選地，每個驅動機構均包括驅動電機、傳動齒輪和齒輪支架；

19、上層旋轉輪和下層旋轉輪的中心均開設通孔、且通孔內壁設齒，每個驅動電機的輸出軸固定連接1個傳動齒輪，2個傳動齒輪分別與上層旋轉輪和下層旋轉輪上的通孔內的齒嚙合；

20、每個傳動齒輪各通過1個齒輪支架分別固定在上層旋轉輪和下層旋轉輪上。

21、優(yōu)選地，所述變形機構還包括舵機；每個足輪腿均包括股節(jié)、脛節(jié)和足輪；

22、連接桿兩端固定在股節(jié)的首，股節(jié)的尾端連接脛節(jié)的首端，脛節(jié)的尾端連接足輪；舵機，用于帶動脛節(jié)繞股節(jié)的首端轉動，從而改變脛節(jié)和股節(jié)之間的夾角。

23、優(yōu)選地，所述變形機構還包括導向裝置；

24、脛節(jié)和足輪之間設置導向裝置，足輪通過導向裝置實現(xiàn)繞脛節(jié)在水平面內旋轉。

25、優(yōu)選地，所述變形機構還包括圓環(huán)形固定支架；

26、圓環(huán)形固定支架設置在上層旋轉輪和下層旋轉輪之間，圓環(huán)形固定支架上表面開設環(huán)形軌道，上層旋轉輪通過其下表面的突起部分嵌入環(huán)形軌道的環(huán)形槽內，進而實現(xiàn)上上層旋轉輪和下層旋轉輪的轉動連接。

27、本發(fā)明的有益效果是：

28、本發(fā)明為腿部折展伸縮變形機構，旨在通過創(chuàng)新設計，實現(xiàn)四足式輪腿機器人單腿、雙腿或所有腿部整體收縮，從而靈活應對起伏不平的路面，提高四足輪腿式機器人的靈活性與機動性。

29、本發(fā)明結構有兩種伸縮情況，第一種為單獨一個足輪腿進行伸縮，第二種為4個足輪腿同時進行伸縮；當單獨一個腿部進行伸縮時，對應的牽引機構搭接在上層旋轉輪上，由上層旋轉輪帶動對應的牽引機構一端的運動，帶動其另一端所連接的足輪腿的首端傳動件沿對應的水平及豎直滑軌組合件的水平方向上移動，實現(xiàn)對應足輪腿的伸縮；當4個足輪腿同時進行伸縮時，4個足輪腿搭接在下層旋轉輪上，由下層旋轉輪同時帶動牽引機構一端的運動，帶動其另一端所連接的足輪腿的首端傳動件沿對應的水平及豎直滑軌組合件的水平方向上移動，實現(xiàn)4個足輪腿的同時伸縮。因此，本發(fā)明能夠實現(xiàn)單腿、雙腿或所有腿部整體收縮。

30、采用雙層旋轉輪對滑塊的運動進行控制，其中頂層旋轉輪轉動承擔腿部折展收縮的任務，上升滑塊上移至頂層旋轉輪，通過鎖定機構與其固定，隨輪旋轉動，同時通過球鉸鏈與連桿帶動導軌滑塊內移實現(xiàn)單腿的收縮，進而提高輪腿機器人的越障能力。除此之外，本發(fā)明也可以實現(xiàn)雙腿或整體的收縮。除了在越障能力提高上的應用，本發(fā)明還為解決車輪沉陷與地形適應性問題提供了思路。當機器人的輪在松軟沙土區(qū)域發(fā)生沉陷時，本發(fā)明可通過腿部的不斷收縮與伸展使車輪逐漸抬出，同時車輪前移逐漸逃離沉陷區(qū)域；腿部的伸縮可以改變機器人的質心，進而提高輪腿機器人應對諸如起伏路面、坡面等復雜地形的適應能力。

31、本發(fā)明采用獨立雙層旋轉輪設計優(yōu)點：兩個旋轉輪獨立運行，上層旋轉輪承擔折展變形的工作，實現(xiàn)四足式輪腿機器人單腿、雙腿或所有腿部整體收縮，提高四足輪腿式機器人的靈活性與應變能力；

32、采用球鉸鏈連接機構設計優(yōu)點：球鉸鏈上的連桿可以在一定圓錐角內向任意方向旋轉，上升滑塊的上移將帶動導軌滑塊內移，提升機器人收縮動作完成的效率；

33、采用導軌結構設計優(yōu)點：為導軌中的滑塊提供導向和支撐作用，提升輪腿式機器人完成腿部收縮的效率和穩(wěn)定性。

34、采用舵機搖臂股節(jié)嵌合結構設計優(yōu)點：通過此結構改變股節(jié)與脛節(jié)之間的夾角，以確

35、保機器人重心能夠穩(wěn)定于足端組成的多邊形內，保障機器人處于腿部收縮狀態(tài)時的穩(wěn)定性。