1.本发明涉及一种具有悬挂的轮足式机器人腿部结构及轮足式机器人，属于机器人领域。
背景技术：
2.四足机器人良好的地形适应性，很受广大学者的青睐。然而，目前机器人的运行功耗普遍偏高，续航时间和里程受到了极大的限制。近年来，为了缓解机器人能耗问题以及提高其移动速度，研究员在机器人腿部足端融入了高能量效率的驱动轮，并且驱动轮集成电机为一体，进一步导致机器人腿部惯量居高不下，如何降低机器人的运行功耗，增强续航依然是个难题。
技术实现要素：
3.本发明提供了一种具有悬挂的轮足式机器人腿部结构，该腿部结构具有足式和轮式两种运动形式，轻量化设计的腿部结构能实现轮足式机器人的运动形式切换。轮式运动时，轮子具有独立悬挂系统，腿部的柔性得到增强，进一步地可以将该腿部结构用于构建轮足式机器人，为传统四足机器人的高能耗问题提供了较好的解决方案。
4.本发明的技术方案是：一种具有悬挂的轮足式机器人腿部结构，包括电机模组2、悬挂装置3、肘关节4、小腿5和大腿6；所述电机模组2包括两个动力源，肘关节4包括轮式机构17及轮足动力切换执行机构，轮足动力切换执行机构上安装轮式机构17；第一动力源与第二动力源连接，第二动力源与大腿6一端连接，大腿6另一端连接轮足动力切换执行机构，小腿5一端连接轮足动力切换执行机构，悬挂装置3用于悬挂小腿5另一端；第二动力源输出动力至轮足动力切换执行机构，通过轮足动力切换执行机构实现工作方式一、工作方式二之间的切换；其中，工作方式一为轮式机构17和小腿5共同获得第二动力源动力的方式，工作方式二为轮式机构17获得第二动力源动力的方式。
5.进一步地，所述电机模组2将大腿电机7作为第一动力源，将小腿电机10作为第二动力源，大腿电机7内转子转动通过电机连接环9将转动传递给小腿电机10，带动小腿电机10的内、外转子一起转动；小腿电机10的外转子转动带动整条大腿6转动，大腿6整体转动带动整条小腿5跟随大腿6转动；小腿电机10的内转子相对于外转子独立转动时，将动力传送给小同步轮13，小同步轮13跟随小腿电机10内转子转动，小同步轮13将转动传递给肘关节4上的大同步轮22。
6.进一步地，所述悬挂装置3包括滑槽块14、矩形压缩弹簧15、支架16；其中，滑槽块14开有滑槽ⅰ及与滑槽ⅰ贯通的导入口，矩形压缩弹簧15置于滑槽块14的滑槽ⅰ一侧端部的方形槽里，滑槽块14一侧固定连接在支架16上，通过滑槽块14与支架16的装配将矩形压缩弹簧15通过支架16封住。
7.进一步地，所述轮足动力切换执行机构实现工作方式一、工作方式二之间的切换，具体为：工作方式一位于工作点a，工作方式二位于工作点b，卡扣杆28处于工作点a，活动卡
扣27被释放，活动卡扣27与肘关节内套24、中心旋转轴40配合接触，使与肘关节内套24连接的小腿5、与中心旋转轴40连接的轮式机构17都获得第二动力源的动力；卡扣杆28处于工作点b，活动卡扣27被卡住，活动卡扣27与肘关节内套24接触，使轮式机构17获得第二动力源的动力。
8.进一步地，所述轮式机构17采用麦克纳姆轮。
9.进一步地，所述轮足动力切换执行机构包括联轴器18、大同步轮22、肘关节内套24、肘关节外套26、活动卡扣27、卡扣杆28、肘关节端盖29、弹簧定位杆ⅰ30、拉伸弹簧31、活动顶块32、活动顶块定位杆33、弹簧定位杆ⅱ34、扭簧35、活动顶块调节螺钉36、外圈轴承37、内圈轴承38、轴用弹性挡圈39、中心旋转轴40；所述中心旋转轴40从一端往另一端上依次安装联轴器18、第一个轴用弹性挡圈39、第一个内圈轴承38、第二个轴用弹性挡圈39、第二个内圈轴承38、大同步轮22、第三个内圈轴承38、第三个轴用弹性挡圈39、第四个内圈轴承38、第四个轴用弹性挡圈39，其中：轮式机构17通过联轴器18连接到中心旋转轴40的一端，大同步轮22安装在中心旋转轴40上；肘关节内套24连接在小腿5中小腿上段内侧臂23上，肘关节外套26连接在大腿6中大腿内侧臂25上，通过配合安装，在轴向方向上，外圈轴承37的内外圈分别被肘关节内套24和肘关节外套26定位，在径向方向上，外圈轴承37的内外圈分别与肘关节内套24和肘关节外套26过盈配合被定位；拉伸弹簧31被位于活动卡扣27上的弹簧定位杆ⅰ30和位于肘关节内套24上的弹簧定位杆ⅱ34定位；卡扣杆28一端定位于肘关节内套24的定位孔里，卡扣杆28另一端位于活动卡扣27的沟槽内，动力切换过程中卡扣杆28顺着沟槽滑动；活动卡扣27一端通过配合安装在肘关节内套24的滑槽ⅱ和中心旋转轴40另一端的滑槽ⅲ里，或者活动卡扣27一端通过配合安装在肘关节内套24的滑槽ⅱ；活动顶块32一端通过活动顶块定位杆33、扭簧35与肘关节外套26连接，活动顶块32另一端通过沿径向布置的活动顶块调节螺钉36调节活动顶块32绕活动顶块定位杆33的旋转角度，肘关节端盖29连接在肘关节外套26上，通过配合安装，活动顶块定位杆33、扭簧35和活动顶块调节螺钉36将活动顶块32定位在肘关节外套26与肘关节端盖29之间；小腿上段外侧臂20介于大腿6中的大腿外侧臂19与大同步轮22之间；小腿上段内侧臂23介于大腿6中的大腿内侧臂25与大同步轮22之间。
10.进一步地，所述沟槽设有工作点a、工作点b，卡扣杆28另一端在工作点a、工作点b之间来回切换：卡扣杆28运动至工作点a，通过拉伸弹簧31带动活动卡扣27同时位于肘关节内套24的滑槽ⅱ和旋转轴40另一端的滑槽ⅲ里；卡扣杆28运动至工作点b，通过活动顶块32推动活动卡扣27使活动卡扣27与旋转轴40另一端的滑槽ⅲ脱离至只与肘关节内套24的滑槽ⅱ配合。
11.进一步地，所述小腿5包括小腿上段外侧臂20、小腿上段内侧臂23、足端滑杆41、小腿下段42、足端43；其中，足端43通过足端滑杆41一端安装在小腿下段42一端，足端滑杆41另一端与悬挂装置3中滑槽块14配合；小腿上段内侧臂23和小腿上段外侧臂20的一端固定连接在小腿下段42另一端，小腿上段内侧臂23和小腿上段外侧臂20另一端分别通过与肘关节4中对应的内圈轴承38配合安装在肘关节4中的中心旋转轴40上。
12.进一步地，所述大腿6包括大腿外侧臂19、大腿内侧臂25、大腿连接环46、惰轮47、同步带48、惰轮定位杆49；其中，大腿连接环46一侧和大腿内侧臂25一端连接到电机模组2中小腿电机10的外转子上，大腿连接环46另一侧通过连接到大腿外侧臂19一端；惰轮定位
杆49安装在大腿外侧臂19和大腿内侧臂25之间，惰轮47过盈配合安装在惰轮定位杆49上与同步带48的外侧面配合；大腿外侧臂19另一端通过与肘关节4中对应的内圈轴承38配合，大腿内侧臂25另一端通过与肘关节4中外圈轴承39配合；同步带48连接安装在电机模组2上的小同步轮13和肘关节4上的大同步轮22。
13.根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种具有悬挂的轮足式机器人，包括上述任一项所述的腿部结构，还包括机架1，机架1用于安装腿部结构。
14.本发明的有益效果是：
15.1、本发明特别适用于四腿轮足式机器人，对具有大部分平整路段和少部分台阶、凹坑等崎岖路段的场景有很好的适应性。本发明为传统四足机器人单一的运动模式和较高的能耗问题提供了较好的解决方案，融合本发明的多模态机器人的路况适应性更强，可以根据不同的路况随时在轮式运动和足式运动之间自由切换，能量效率更高，续航能力更强。
16.2、本发明的腿部结构采用轮足动力可切换的思想，在不增加外部动力源的情况下，仅借助大腿电机和小腿电机的动力，将大、小腿绕肘部的旋转运动转化为动力切换机构动作的动力，实现了轮足动力的自动切换，最大限度地减少了腿部惯量，提高了机器人足式运动时的机动性和灵活性，有利于实现腿部结构轻量化，控制方便；在轮式运动下小腿足端折叠后卡入机架上具有减震作用的限位滑槽块，转化为轮式运动，降低了机器人运行功耗，有效提高了机器人轮式运动的负载能力和续航能力。此外，安装有弹簧的限位滑槽块充当了轮子的悬挂系统，为机器人高速的轮式运动提供了良好的减震效果，提高了机器人在不平整路段轮式运动时的平稳性。
17.3、本发明包括机架、电机模组、悬挂装置、大腿、肘关节装置和小腿。其中悬挂装置构建了轮式运动下驱动轮的独立悬挂系统，实现机身底盘可以上下波动几厘米的减震行程；其中肘关节装置是实现轮足动力切换的核心，当大、小腿夹角到达最小值时可以实现小腿动力的切除和切入，最终实现足式和轮式两种运动模式之间的切换。
18.综上，本发明可以根据不同的路况，实现轮式运动和足式运动之间的自动切换，不仅满足了不同路况的需求，而且提高了机器人有限电能的利用率；轮足动力切换实现了电机动力的共享，免去了传统的外加动力电机给驱动轮提供动力带来的各种问题；腿部结构惯量得到最大限度控制，在保证机器人运动性能的同时，大幅提升了机器人的续航时间和里程；更符合城市化道路、工厂作业等应用场景的需求。为传统四足机器人的高能耗问题提供了较好的解决方案。
附图说明
19.图1为本发明应用于四腿轮足式机器人的等轴测视图；
20.图2为本发明的电机模组爆炸图；
21.图3为本发明的电机模组装配图；
22.图4为本发明的悬挂装置爆炸图；
23.图5为本发明的悬挂装置装配图；
24.图6为本发明的压缩弹簧装配图；
25.图7为本发明的肘关节爆炸图；
26.图8为本发明的肘关节半剖图；
27.图9为本发明的肘关节装配图；
28.图10为本发明的轮足动力切换执行机构的主要零部件爆炸图；
29.图11为本发明的轮足动力切换执行机构的主要零部件装配图；
30.图12为本发明的活动卡扣装配图；
31.图13为本发明的肘关节内套图；
32.图14为活动卡扣零件图；
33.图15为活动卡扣工作点示意图；
34.图16为活动卡扣沟槽深度示意图；
35.图17为小腿爆炸图；
36.图18为小腿装配图；
37.图19为大腿爆炸图；
38.图20为大腿装配图；
39.图21为运动模式切换流程图；
40.图22为本发明的足式运动状态图；
41.图23为本发明足端刚进入限位滑槽块导入口的状态图；
42.图24为本发明小腿失去动力瞬间的状态图；
43.图25为本发明的轮式运动状态图；
44.图26为本发明足端刚脱离限位滑槽块导入口的状态图；
45.图中各标号为：1-机架，2-电机模组，3-悬挂装置，4-肘关节，5-小腿，6-大腿，7-大腿电机，8-机架侧板，9-电机连接环，10-小腿电机，11-同步轮座，12-锥端紧定螺钉ⅰ，13-小同步轮，14-滑槽块，15-矩形压缩弹簧，16-支架，17-轮式机构，18-联轴器，19-大腿外侧臂，20-小腿上段外侧臂，21-锥端紧定螺钉ⅱ，22-大同步轮，23-小腿上段内侧臂，24-肘关节内套，25-大腿内侧臂，26-肘关节外套，27-活动卡扣，28-卡扣杆，29-肘关节端盖，30-弹簧定位杆ⅰ，31-拉伸弹簧，32-活动顶块，33-活动顶块定位杆，34-弹簧定位杆ⅱ，35-扭簧，36-活动顶块调节螺钉，37-外圈轴承，38-内圈轴承，39-轴用弹性挡圈，40-中心旋转轴，41-足端滑杆，42-小腿下段，43-足端，44-螺钉ⅰ，45-螺钉ⅱ，46-大腿连接环，47-惰轮，48-同步带，49-惰轮定位杆。
具体实施方式
46.下面结合附图和实施例，对发明做进一步的说明，但本发明的内容并不限于所述范围。
47.实施例1：如图1-26所示，一种具有悬挂的轮足式机器人腿部结构，包括电机模组2、悬挂装置3、肘关节4、小腿5和大腿6；所述电机模组2包括两个动力源，肘关节4包括轮式机构17及轮足动力切换执行机构，轮足动力切换执行机构上安装轮式机构17；第一动力源与第二动力源连接，第二动力源与大腿6一端连接，大腿6另一端连接轮足动力切换执行机构，小腿5一端连接轮足动力切换执行机构，悬挂装置3用于悬挂小腿5另一端；第二动力源输出动力至轮足动力切换执行机构，通过轮足动力切换执行机构实现工作方式一、工作方式二之间的切换；其中，工作方式一为轮式机构17和小腿5共同获得第二动力源动力的方式，工作方式二为轮式机构17获得第二动力源动力的方式。
48.可选地，所述电机模组2将大腿电机7作为第一动力源，将小腿电机10作为第二动力源，大腿电机7内转子转动通过电机连接环9将转动传递给小腿电机10，带动小腿电机10的内、外转子一起转动；小腿电机10的外转子转动带动整条大腿6转动，大腿6整体转动带动整条小腿5跟随大腿6转动；小腿电机10的内转子相对于外转子独立转动时，将动力传送给小同步轮13，小同步轮13跟随小腿电机10内转子转动，小同步轮13将转动传递给肘关节4上的大同步轮22。
49.具体而言，所述电机模组2包括大腿电机7、电机连接环9、小腿电机10、同步轮座11、小同步轮13；其中，大腿电机7、小腿电机10借助连接环9采用串联的方式连接，大腿电机7通过螺钉将外转子固定在机架1的机架侧板8上，电机连接环9小圆端穿过不接触机架侧板8上面的过孔，使用螺钉连接在大腿电机7的内转子上，其大圆端通过螺钉连接在小腿电机10的外转子后侧上；同步轮座11通过螺钉连接在小腿电机10内转子上；同步轮13通过锥端紧定螺钉ⅰ12固定在同步轮座11上。
50.可选地，所述悬挂装置3包括滑槽块14、矩形压缩弹簧15、支架16；其中，滑槽块14开有滑槽ⅰ及与滑槽ⅰ贯通的导入口(导入口用于小腿5导入滑槽ⅰ)，矩形压缩弹簧15置于滑槽块14的滑槽ⅰ一侧端部的方形槽里，滑槽块14一侧通过螺钉固定连接在支架16上，通过滑槽块14与支架16的装配将矩形压缩弹簧15通过支架16封住(将滑槽块14一侧通过螺钉固定连接在钣金支架16上实现两者的固定、实现矩形压缩弹簧15的防脱落，防止矩形压缩弹簧15从方形槽里面掉出)；钣金支架16通过螺钉连接在机架侧板8上。
51.可选地，所述轮足动力切换执行机构实现工作方式一、工作方式二之间的切换，具体为：工作方式一位于工作点a，工作方式二位于工作点b，卡扣杆28处于工作点a，活动卡扣27被释放，活动卡扣27与肘关节内套24、中心旋转轴40配合接触，使与肘关节内套24连接的小腿5、与中心旋转轴40连接的轮式机构17都获得第二动力源的动力；卡扣杆28处于工作点b，活动卡扣27被卡住，活动卡扣27与肘关节内套24接触，使轮式机构17获得第二动力源的动力。即活动卡扣27与肘关节内套24、中心旋转轴40配合接触，通过第二动力源提供动力传至中心旋转轴40，而活动卡扣27与肘关节内套24、中心旋转轴40配合，实现安装在肘关节内套24、中心旋转轴40上的小腿5、轮式机构17都获得动力；当活动卡扣27与肘关节内套24接触时，则与中心旋转轴40脱离，当通过第二动力源提供动力传至中心旋转轴40时，活动卡扣27与中心旋转轴40脱离的状态使活动卡扣27无法获得动力，从而与活动卡扣27接触的肘关节内套24无法获得动力，进而与肘关节内套24连接的小腿5失去第二动力源的动力。在机器人动力切换过程中，卡扣杆28总是沿着活动卡扣27的滑槽从工作点a滑到工作点b，再由工作点b滑动到工作点a，反复地循环工作。
52.可选地，所述轮式机构17采用麦克纳姆轮。
53.可选地，所述轮足动力切换执行机构包括联轴器18、大同步轮22、肘关节内套24、肘关节外套26、活动卡扣27、卡扣杆28、肘关节端盖29、弹簧定位杆ⅰ30、拉伸弹簧31、活动顶块32、活动顶块定位杆33、弹簧定位杆ⅱ34、扭簧35、活动顶块调节螺钉36、外圈轴承37、内圈轴承38、轴用弹性挡圈39、中心旋转轴40；所述中心旋转轴40从一端往另一端上依次安装联轴器18、第一个轴用弹性挡圈39、第一个内圈轴承38、第二个轴用弹性挡圈39、第二个内圈轴承38、大同步轮22、第三个内圈轴承38、第三个轴用弹性挡圈39、第四个内圈轴承38、第四个轴用弹性挡圈39，其中：轮式机构17借助螺钉和联轴器18连接到中心旋转轴40的小径
一端，大同步轮22通过锥端紧定螺钉ⅱ21安装在中心旋转轴40上，四个内圈轴承38借助四个轴用弹性挡圈39分别安装在中心旋转轴40上，轴承的内外圈均使用过盈配合安装；肘关节内套24通过螺钉连接在小腿5中小腿上段内侧臂23上，肘关节外套26通过螺钉连接在大腿内侧臂25上，通过配合安装，在轴向方向上，外圈轴承37的内外圈分别被肘关节内套24和肘关节外套26定位，在径向方向上，外圈轴承37的内外圈分别与肘关节内套24和肘关节外套26过盈配合被定位；拉伸弹簧31被位于活动卡扣27上的弹簧定位杆ⅰ30和位于肘关节内套24上的弹簧定位杆ⅱ34定位；卡扣杆28一端定位于肘关节内套24的定位孔里，卡扣杆28另一端位于活动卡扣27的沟槽内，动力切换过程中卡扣杆28顺着沟槽滑动；活动卡扣27一端通过配合安装在肘关节内套24的滑槽ⅱ和中心旋转轴40另一端的滑槽ⅲ里，或者活动卡扣27一端通过配合安装在肘关节内套24的滑槽ⅱ，动力切换过程中活动卡扣27会在滑槽ⅱ、滑槽ⅲ里移动；活动顶块32一端通过活动顶块定位杆33、扭簧35与肘关节外套26连接，活动顶块32另一端通过沿径向布置的活动顶块调节螺钉36调节活动顶块32绕活动顶块定位杆33的旋转角度，肘关节端盖29通过螺钉连接在肘关节外套26上，通过配合安装，活动顶块定位杆33、扭簧35和活动顶块调节螺钉36将活动顶块32定位在肘关节外套26与肘关节端盖29之间；拧动活动顶块调节螺钉36可以调节活动顶块32的位置；小腿上段外侧臂20介于大腿6中的大腿外侧臂19与大同步轮22之间，小腿上段外侧臂20与大腿外侧臂19、大同步轮22不接触；小腿上段内侧臂23介于大腿6中的大腿内侧臂25与大同步轮22之间，小腿上段内侧臂23与大腿内侧臂25、大同步轮22不接触；所以，在肘关节4上，轮式运动时大腿6、小腿5和大同步轮22可以各自独立转动。足式运动时，小腿5和大同步轮22同步转动。
54.可选地，所述沟槽设有工作点a、工作点b，卡扣杆28另一端在工作点a、工作点b之间来回切换：卡扣杆28运动至工作点a，通过拉伸弹簧31带动活动卡扣27同时位于肘关节内套24的滑槽ⅱ和旋转轴40另一端的滑槽ⅲ里；卡扣杆28运动至工作点b，通过活动顶块32推动活动卡扣27使活动卡扣27与旋转轴40另一端的滑槽ⅲ脱离至只与肘关节内套24的滑槽ⅱ配合。即从工作点a至工作点b的过程中，活动卡扣27从开始位于旋转轴40另一端的滑槽ⅲ里随着卡扣杆28的运动通过活动顶块32推动活动卡扣27从旋转轴40另一端的滑槽ⅲ里逐渐脱离；同理从工作点b至工作点a的过程中，活动卡扣27从开始与旋转轴40另一端的滑槽ⅲ脱离随着卡扣杆28的运动通过拉伸弹簧31将活动卡扣27拉回至旋转轴40另一端的滑槽ⅲ里。具体而言，沟槽从工作点a至工作点b，再从工作点b至工作点a的路线上的沟槽深度可以论图16所示设计。
55.可选地，所述小腿5包括小腿上段外侧臂20、小腿上段内侧臂23、足端滑杆41、小腿下段42、足端43；其中，足端43通过足端滑杆41一端和螺钉安装在小腿下段42一端，足端滑杆41另一端与悬挂装置3中滑槽块14配合；小腿上段内侧臂23和小腿上段外侧臂20的一端通过螺钉固定连接在小腿下段42另一端，小腿上段内侧臂23和小腿上段外侧臂20另一端分别通过与肘关节4中对应的内圈轴承38配合安装在肘关节4中的中心旋转轴40上。在动力切换过程中，足端滑杆41会滑入悬挂装置3上的滑槽块14的滑槽里面。
56.可选地，所述大腿6包括大腿外侧臂19、大腿内侧臂25、大腿连接环46、惰轮47、同步带48、惰轮定位杆49；其中，通过螺钉ⅱ45穿过大腿连接环46一侧内部小过孔和大腿内侧臂25一端过孔连接到电机模组2中小腿电机10的外转子上，大腿连接环46另一侧通过螺钉ⅰ44连接到大腿外侧臂19一端；惰轮定位杆49通过螺钉安装在大腿外侧臂19和大腿内侧臂25
之间，惰轮47过盈配合安装在惰轮定位杆49上与同步带48的外侧面配合，起到张紧同步带的作用；大腿外侧臂19另一端通过与肘关节4中对应的内圈轴承38配合，大腿内侧臂25另一端通过与肘关节4中外圈轴承39配合，通过配合将大腿外侧臂19、大腿内侧臂25连接在中心旋转轴40上；同步带48连接安装在电机模组2上的小同步轮13和肘关节4上的大同步轮22。
57.一种具有悬挂的轮足式机器人，包括上述任一项所述的腿部结构，还包括机架1，机架1用于安装腿部结构。
58.具体而言，所述机架1主要包括前、后、左、右四块侧板，由挤压角座通过螺钉连接形成。
59.本发明的工作原理是：
60.所述的电机模组2中的大腿电机7内转子转动通过电机连接环9将转动传递给小腿电机10，带动小腿电机10的内、外转子一起转动；小腿电机10的外转子转动带动大腿内侧臂25和电机连接环46转动，最终带动整条大腿7转动；小腿电机10的内转子相对于外转子独立转动时，将小腿电机10动力传送给小同步轮13，小同步轮13跟随小腿电机10内转子转动。
61.所述的电机模组2中的小同步轮13转动，通过同步带将转动传递给肘关节4上的大同步轮22，通过锥端紧定螺钉ⅱ21最终带动中心旋转轴40转动。
62.所述的肘关节4中的中心旋转轴40转动，通过联轴器18带动轮式机构17转动；肘关节外套26与肘关节内套24之间的相对转动驱使活动顶块32推动活动卡扣27顺着肘关节内套24的滑槽ⅱ滑动，当活动卡扣27运动至抵住活动顶块32另一端，实现活动卡扣27脱离旋转轴40的滑槽ⅲ，活动卡扣27是否与中心旋转轴40接触决定小腿5是否获得来自小腿电机10的动力。
63.所述肘关节4中轮足动力切换的核心执行机构的工作原理：有两个工作点a和b。当卡扣杆28在工作点a时，活动卡扣27被释放，并与中心旋转轴40配合接触，小腿5和轮式机构17都获得小腿电机动力，当卡扣杆28在工作点b时，活动卡扣27被卡住，当小腿电机10提供动力时，只有轮式机构17获得动力。在机器人动力切换过程中，卡扣杆28总是沿着活动卡扣27的滑槽从工作点a滑到工作点b，再由工作点b滑动到工作点a，反复地循环工作。具体的，当活动卡扣27与中心旋转轴40配合接触时，小腿电机10的动力通过同步带传至大同步轮22，旋转轴40随大同步轮一起旋转，而与旋转轴40配合的活动卡扣27也获得动力，该动力传至与活动卡扣27连接的小腿上段内侧臂23，小腿上段内侧臂23与小腿下段42、小腿上段外侧臂20的连接，实现了小腿获得动力。
64.所述的悬挂装置3是轮式运动下构建独立悬挂的关键装置，轮式运动下，小腿5的足端滑杆41会压缩悬挂装置3的矩形压缩弹簧15。运动过程中，当肘关节4上的轮式机构17受到冲击时，矩形压缩弹簧15会提供良好的减震吸能作用。
65.所述的小腿5的动力来源于肘关节的中心旋转轴40，在足式运动情况下，动力通过活动卡扣27从中心旋转轴40传递给肘关节内套24，最终带动整条小腿运动。
66.以本发明应用于四腿轮足式机器人为例，主要分析机器人足式行走和轮式行驶之间的切换过程。
67.当机器人在足式运动和轮式运动之间切换时，需要将执行电机的动力在轮子和小腿之间做一个无缝切换。通过大腿和小腿电机之间的配合协调改变大、小腿之间的夹角大小，触发肘关节处的卡扣机构动作，实现轮足动力的自动切换，运动模式切换流程如图21所
示。
68.当本发明应用于四腿轮足式的机器人在经过较长的平整路段时，需要从足式运动模式切换到轮式运动模式，以提高移动速度和降低运行功耗。足式运动切换到轮式运动过程中，即图21中的(a)～(d)示意图，机器人会不断降低机身高度。当小腿5围绕肘关节4旋转往上折叠至即将离开地面时，轮子逐渐接触地面。此时，由于轮式机构17动力一直存在，它总是跟随中心旋转轴40转动，所以当机器人的四只小腿的足端43同时离开地面之后机器人依然处于受控状态，不会自由移动。通过大腿电机7和小腿电机10的配合动作使小腿5继续折叠，最终足端滑杆41进入限位滑槽块14。当足端滑杆41刚好进入限位滑槽块14的导入口时，活动卡扣27已经接触活动顶块32，如图23所示。当大腿电机7和小腿电机10的配合动作使足端滑杆41沿着滑槽继续滑动，此时小腿5和大腿6之间的夹角逐渐减小，与此同时活动卡扣27逐渐被活动顶块32推动，活动卡扣27滑动逐渐与中心旋转轴40脱离。当足端滑杆41移动到滑槽块14的滑槽端点时，小腿5和大腿6之间的夹角达到最小值，此时活动卡扣27与中心旋转轴40完全脱离，小腿5瞬间失去来自小腿电机10的动力，如图24所示。当小腿5失去动力后，小腿5和大腿6成为机器人机身重力的支撑杆，在重力作用下，足端滑杆41将会沿着滑槽块14内部的滑槽上侧面滑向矩形压缩弹簧15一端，最终稳定挤压到矩形压缩弹簧15一端，构成了稳定的三角形轮子悬挂系统，如图25所示。当机器人运行过程中轮式机构17受到冲击或机身忽然负载时，矩形压缩弹簧15会很好地缓解冲击。至此，机器人由足式运动转化为轮式运动，小腿动力完全转化为驱动轮动力，大腿6、小腿5与机架1之间形成比较稳定的三角形支撑结构，此时大腿电机7功率可以降到最低，只需要给内部编码器供电即可。
69.本发明应用于四腿轮足式的机器人尤其适合多平整路段的路况，当遇到台阶、凹坑等路段时，需要将轮式运动切换到足式运动，即图21中的(d)～(g)示意图。该过程中，卡扣杆28从工作点b逐步运动至a点，轮式运动下，小腿5已经完全失去了来自小腿电机10的动力，但是可以只通过大腿电机提供动力，大腿6的回缩摆动带动足端滑杆41沿着滑槽块14内部的滑槽上侧面滑向近腿端，当滑到滑槽端点时小腿5和大腿6之间的夹角再次达到最小值，即图21中(e)中示意下夹角，最终触发肘关节4中的动力切换机构动作，在拉伸弹簧31的恢复力作用下，活动卡扣27与中心旋转轴40最终会完全接触配合，小腿5重新获得动力。通过大腿电机7和小腿电机10的配合动作使得足端滑杆41慢慢从滑槽块14的导入口退出来至图26中所示状态，接着小腿5往下放的过程中，小腿足端43逐渐接地，轮式机构17逐渐脱离地面，最终机器人由轮式运动转换为足式运动，机器人使用足式运动顺利通过崎岖路段。
70.上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。