1.本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及一种轮腿式机器人。
背景技术：
2.轮腿式机器人能够以轮式机器人的形式在平整路面上高速高效移动，又能够以腿式机器人的形式在复杂路面上跨越障碍，具有灵活机动的特点。根据切换轮式模式与腿式模式的方式，目前轮腿机器人可分为主动越障轮腿式机器人和被动越障轮腿式机器人。主动越障轮腿式机器人需要携带激光测距仪及传感器等设备感知外界环境，随后通过驱动装置改变车体姿态以越过障碍，具有较强的地形适应能力和越障能力，但是成本较高，控制复杂，能耗大。传统的被动越障轮腿式机器人通过自身的柔性结构被动地适应各种不同的地形条件，具有较强的适应能力，其行驶效率高，方便控制；然而，当被动越障轮腿式机器人通过垂直台阶时，要求车轮与地面间摩擦因数不小于0.6，其不具有主动适应性。
技术实现要素：
3.本实用新型的目的在于提供一种轮腿式机器人，轮式与腿式模式通过被动切换行走模式，简化结构，降低成本，且具有较强的行走能力。
4.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
5.一种轮腿式机器人，包括车体和设置于所述车体上的至少三个轮腿模组，所述轮腿模组包括：
6.大腿组件，包括中间板和沿所述中间板周向间隔固定于所述中间板上的至少三个延伸板，所述延伸板沿所述中间板向外延伸设置，相邻两个所述延伸板及所述中间板形成凹槽；
7.小腿组件，设置有至少三个，所述小腿组件呈扇环形，至少三个所述小腿组件与至少三个所述延伸板一一对应设置，所述小腿组件的一端转动连接于所述延伸板的端部；
8.弹性件，设置有至少三个，所述弹性件弹性设置于所述凹槽和所述小腿组件之间；
9.所述轮腿模组处于轮式模式时，至少三个所述小腿组件能够呈圆状；所述轮腿模组处于腿式模式时，所述小腿组件能够转动至所述凹槽。
10.可选地，所述延伸板和所述小腿组件分别设置有三个。
11.可选地，所述大腿组件还包括：
12.中心圆柱，连接于所述中间板；
13.调整块，套设于所述中心圆柱且固定于所述中间板，所述调整块凸出于所述凹槽，所述弹性件弹性连接于所述调整块。
14.可选地，所述调整块为多边形结构，所述大腿组件具有n个延伸板时，所述多边形结构的边数为2n，所述多边形结构能够沿所述中心圆柱的周向调整位置。
15.可选地，所述多边形结构包括2n个边框，各个所述边框上分别具有若干均匀间隔设置的安装孔，所述边框上的所述安装孔能够通过紧固件连接于所述中间板。
16.可选地，所述大腿组件设置有两个中间板，两个所述中间板设置于所述调整块的两侧，一个所述中间板上连接有若干第一延伸板，另一个所述中间板上连接有若干第二延伸板，若干所述第一延伸板和若干所述第二延伸板一一对应设置，所述第一延伸板的端部具有第一限位槽，所述第二延伸板的端部具有第二限位台，所述大腿组件还包括第一支撑柱；
17.所述小腿组件包括第一扇环形板和第二扇环形板，所述第一扇环形板的一端具有第一限位台，所述第二扇环形板的一端具有第二限位槽，所述小腿组件还包括第二支撑柱；
18.所述第一延伸板和所述第一扇环形板位于同一侧，所述第二延伸板和所述第二扇环形板位于同一侧，所述第二延伸板和所述第一扇环形板通过第一支撑柱转动连接，所述第一限位槽与所述第一限位台相适配，所述第二限位槽与所述第二限位台相适配。
19.可选地，所述弹性件为弹簧片，一端固定于所述小腿组件，另一端滑动连接于所述小腿组件。
20.可选地，所述小腿组件上设置有两个滚动圆柱，所述弹簧片穿设于两个所述滚动圆柱之间的间隙，所述弹簧片具有弯折部，所述弯折部能够抵靠于其中一个所述滚动圆柱上。
21.可选地，还包括：
22.驱动件，固定设置于所述车体上；
23.传动轴，一端固定设置于所述中间板上；
24.弹性联轴器，连接所述驱动件的输出轴和所述传动轴的另一端。
25.可选地，还包括：
26.连接法兰，固定于所述中间板，所述传动轴固定连接于所述连接法兰；
27.轴承座，所述传动轴转动连接于所述轴承座；
28.支架，呈凹字型，包括底板和连接于所述底板两端的连接板，所述底板固定于所述车体，所述轴承座固定于所述连接板。
29.本实用新型的有益效果：
30.本实用新型提供的一种轮腿式机器人，通过设置弹性件提供弹性力使小腿组件在未遇到障碍物时保持圆状，得以顺畅滚动；遇到障碍物时则被自由压缩，并使轮腿模组在越过障碍物后，小腿组件在弹性件的弹力作用下自动恢复呈圆状，完成平地移动与爬楼梯或翻越障碍等不同工况下实现轮式和腿式运动模式的切换，提高了对地形的适应性。腿式模式时，大腿组件具有一定的刚度，具有较强的行走能力；轮腿模组被动变形折叠的设计，省去了专门用于折叠轮腿的电机，从而简化了方案，降低了成本。
附图说明
31.图1是本实用新型的具体实施方式提供的轮腿式机器人的结构示意图；
32.图2是本实用新型的具体实施方式提供的轮腿模组越障状态下的结构示意图；
33.图3是本实用新型的具体实施方式提供的轮腿模组的爆炸图；
34.图4是本实用新型的具体实施方式提供的轮腿模组的结构示意图；
35.图5是图4的ⅰ处放大图；
36.图6是图4的ⅱ处放大图；
37.图7是本实用新型的具体实施方式提供的轮腿模组的前视图；
38.图8是本实用新型的具体实施方式提供的轮腿模组的后视图；
39.图9是本实用新型的具体实施方式提供的轮腿模组的侧视图；
40.图10是本实用新型的具体实施方式提供的轮腿式机器人的爆炸图。
41.图中：
42.100、台阶；
43.1、车体；11、外壳；12、上盖；13、支架；131、连接板；
44.2、轮腿模组；
45.21、大腿组件；211、中间板；212、延伸板；2121、第一延伸板；21211、第一限位槽；2122、第二延伸板；21221、第二限位台；213、凹槽；214、调整块；2141、边框；2142、安装孔；215、第一支撑柱；216、中心圆柱；217、紧固螺钉；218、紧固螺母；
46.22、小腿组件；2211、第一扇环形板；22111、第一限位台；2212、第二扇环形板；22121、第二限位槽；222、第二支撑柱；223、活动连接组件；2231、滚动圆柱；2232、压紧螺钉；224、固定连接组件；2241、固定块；2242、压紧片；
47.3、弹簧片；31、弯折部；4、驱动件；5、传动轴；6、弹性联轴器；7、连接法兰；8、轴承座；9、摄像头模块；10、电池。
具体实施方式
48.为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案做进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
49.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
50.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
51.本实施例提供了一种轮腿式机器人，如图1-图3所示，其包括车体1和设置于车体1上的至少三个轮腿模组2，轮腿模组2包括大腿组件21、小腿组件22和弹性件；具体地，大腿组件21包括中间板211和沿中间板211周向间隔固定于中间板211上的至少三个延伸板212，延伸板212沿中间板211向外延伸设置，相邻两个延伸板212及中间板211形成凹槽213；小腿组件22，置有至少三个，小腿组件22呈扇环形，至少三个小腿组件22与至少三个延伸板212
一一对应设置，小腿组件22的一端转动连接于延伸板212的端部；弹性件设置有至少三个，弹性件弹性设置于凹槽213和小腿组件22之间；轮腿模组2处于轮式模式时，至少三个小腿组件22能够呈圆状；轮腿模组2处于腿式模式时，小腿组件22能够转动至凹槽213。
52.行驶过程中，如图1所示，当平地行走时，小腿组件22在弹性件的弹力作用下，至少三个小腿组件22呈圆状，处于轮式模式进行滚动行走；当爬楼梯或翻越障碍时，如图2所示，在接触到楼梯台阶100时，轮腿模组2由于惯性继续向前滚动，楼梯的阻挡使得轮腿模组2的弹性件发生被动压缩，小腿组件22伸进凹槽213内被折叠，从而使大腿组件21被凸出，凸出的大腿组件21卡住台阶100或陡坡，通过驱动力使轮腿模组2转动，爬上台阶100。
53.通过设置弹性件提供弹性力使小腿组件22在未遇到障碍物时保持圆状，得以顺畅滚动；遇到障碍物时则被自由压缩，并使轮腿模组2在越过障碍物后，小腿组件22在弹性件的弹力作用下自动恢复呈圆状，完成平地移动与爬楼梯或翻越障碍等不同工况下实现轮式和腿式运动模式的切换，提高了对地形的适应性。腿式模式时，大腿组件21具有一定的刚度，具有较强的行走能力；轮腿模组2被动变形折叠的设计，省去了专门用于折叠轮腿的电机，从而简化了方案，降低了成本。
54.具体地，可以设置三个轮腿模组2，使其稳定行走，作为优选方案，本实施例中，如图1所示，车体1上对称设置有四个轮腿模组2，既能保证结构稳定性，又能简化结构，降低成本；其他实施例中，也可以设置更多数量轮腿模组2，不进行限定。
55.具体地，如图2和图3所示，延伸板212和小腿组件22分别设置有至少三个，使相邻两个延伸板212和中间板211能够形成凹槽213以容纳小腿组件22。圆周方向上，凹槽213数量越少，组成凹槽213的相邻两个延伸板212之间的夹角越大，凹槽213越大，容纳空间也越大；作为优选方案，延伸板212和小腿组件22分别设置有三个，使容纳空间达到最大，能够容纳更多的折叠状态下的小腿组件22，使大腿组件21被凸出的越大，爬坡或越障等能力更强；具体地，可根据实际情况设置凹槽213数量，凹槽213大小及小腿组件22的大小等，不进行限定。
56.可选地，如图3所示，大腿组件21还包括中心圆柱216和调整块214，中心圆柱216接于中间板211；调整块214套设于中心圆柱216且固定于中间板211，调整块214凸出于凹槽213，弹性件弹性连接于调整块214。调整块214能够调整弹性件的活动空间，从而调整小腿组件22的折叠角度，进而调整其跨越障碍的能力等。通过设置中心圆柱216，调整块214在不同工况下可绕中心圆柱216转动，调整块214周向不同位置抵接于弹性件时，能够调整弹性件的活动空间，调整小腿组件22的折叠角度，进而调整其跨越障碍的能力；调整块214沿中心圆柱216转动，便于调节。
57.可选地，如图7和图8所示，调整块214为多边形结构，大腿组件21具有n个延伸板212时，多边形结构的边数为2n，多边形结构能够沿中心圆柱216的周向调整位置。当多边形结构的边框2141的不同位置用于抵接弹性件时，能够调整活动空间，边框2141最中间的位置抵靠弹性件时，弹性件的活动空间最大，对应的小腿组件22的折叠角度越大，越障能力越强；当多边形结构的两个边框2141的顶点抵靠弹性件时，弹性件的活动空间最小，对应的小腿组件22的折叠角度越小，越障能力越弱。
58.可选地，如图3所示，多边形结构包括2n个边框2141，各个边框2141上分别具有若干均匀间隔设置的安装孔2142，边框2141上的安装孔2142能够通过紧固件连接于中间板
211，通过调整不同安装孔2142与中间板211连接，实现了边框2141不同位置用于抵接弹性件，方便调整块214调节安装位置。
59.可选地，如图4-图6所示，弹性件为弹簧片3，一端固定于小腿组件22，另一端滑动连接于小腿组件22，弹簧片3滑动连接，能够调节弹簧片3的松紧程度，消除初始间隙。弹簧片3抵接于小腿组件22和大腿组件21之间，使得弹簧片3得以正常提供弹力，令轮腿模组2在未遇障碍物则被自由压缩，并使轮腿模组2在越过障碍物后自动恢复圆形。弹簧片3的定位夹紧机构的设计保留了自由端，使其可以伸缩滑动，留出了弹簧变形的馈缩空间；具体地，可采用固定连接组件224用于固定弹簧片3，采用活动连接组件223，使弹簧片3活动连接于小腿组件22上，采用两块钢片压紧的方式固定弹簧片3，方便快速更换。本实施例中，固定连接组件224包括固定于小腿组件22上的固定块2241，连接于固定块2241上的压紧片2242，弹簧片3压紧设置于固定片和压紧片2242之间。
60.可选地，活动连接组件223包括两个滚动圆柱2231，弹簧片3穿设于两个滚动圆柱2231之间的间隙，弹簧片3具有弯折部31，弯折部31能够抵靠于其中一个滚动圆柱2231上，以防止弹簧片3滑脱；活动连接组件223还包括压紧螺钉2232，滚动圆柱2231通过压紧螺钉2232转动连接于小腿组件22上。
61.具体地，采用黑钢弹簧片3作为使轮腿保持圆形的弹力来源，稳定可靠，降低成本。
62.本实施例中，调整块214为六边形亚克力板，起到支撑弹簧片3的作用；上面均布36个安装孔2142，可旋转调整块214至理想角度，并通过螺钉固定，以此来调整与弹簧片3的相对角度，设计合适的夹紧方式达到既能固定住弹簧片3又能给它留出压缩反馈空间的目的，从而调节弹簧片3的松紧度；为做到轻量化设计，调整块214上加工有减重孔、减重槽。
63.可选地，如图7-图9所示，大腿组件21设置有两个中间板211，两个中间板211设置于调整块214的两侧，一个中间板211上连接有若干第一延伸板2121，另一个中间板211上连接有若干第二延伸板2122，若干第一延伸板2121和若干第二延伸板2122一一对应设置，第一延伸板2121的端部具有第一限位槽21211，第二延伸板2122的端部具有第二限位台21221，大腿组件21还包括第一支撑柱215；小腿组件22包括第一扇环形板2211和第二扇环形板2212，第一扇环形板2211的一端具有第一限位台22111，第二扇环形板2212的一端具有第二限位槽22121，小腿组件22还包括第二支撑柱222；第一延伸板2121和第一扇环形板2211位于同一侧，第二延伸板2122和第二扇环形板2212位于同一侧，第二延伸板2122和第一扇环形板2211通过第一支撑柱215转动连接，第一限位槽21211与第一限位台22111相适配，第二限位槽22121与第二限位台21221相适配。
64.通过设置两个中间板211、第一延伸板2121、第二延伸板2122以及第一扇环形板2211和第二扇环形板2212，达到轻量化设计的目的，通过设置第一限位槽21211和第一限位台22111的配合，以及第二限位槽22121和第二限位台21221的配合，满足轮腿模组2关节处的限位结构保证小腿在最大开度时，整个轮腿恰为整圆，且能够避免小腿开合角度过大，影响轮式模式时使用效果；且第一限位槽21211和第一限位台22111不限制第一扇环形板2211向凹槽213内折叠，第二限位槽22121和第二限位台21221不限制第二扇环形板2212向凹槽213内折叠，第一限位槽21211和第一限位台22111、第二限位槽22121和第二限位台21221的具体结构可根据实际情况进行调整。
65.具体地，如图3所示，第一扇环形板2211和第二扇环形板2212通过紧固螺钉217和
紧固螺母218连接，第一扇环形板2211和第二扇环形板2212之间设置有第二支撑柱222，形成扇环形板组件；具体地，两个中间板211也可以通过紧固螺钉217和紧固螺母218连接；具体地，中间板211与第一延伸板2121可以是一体结构也可以是分体结构；中间板211与第二延伸板2122可以是一体结构也可以是分体结构。具体地，第一扇环形板2211与第一延伸板2121设置有第一支撑柱215，并通过紧固螺钉217和紧固螺母218连接；具体地，第二扇环形板2212与第二延伸板2122之间设置有第一支撑柱215，并通过紧固螺钉217和紧固螺母218连接。
66.可选地，如图10所示，轮腿式机器人还包括驱动件4、传动轴5和弹性联轴器6，驱动件4固定设置于车体1上；传动轴5的一端固定设置于中间板211；弹性联轴器6连接驱动件4的输出轴和传动轴5的另一端。通过弹性联轴器6使传动轴5和驱动件4输出端弹性连接，以减少对驱动件4输出端的震动，延长使用寿命，具体地，驱动件4为带有减速器的电机，不作限定。
67.可选地，如图10所示，轮腿式机器人还包括连接法兰7、轴承座8和支架13，连接法兰7固定于中间板211，传动轴5固定连接于连接法兰7；传动轴5转动连接于轴承座8；支架13呈凹字型，其包括底板和连接于底板两端的连接板131，底板固定于车体1，轴承座8固定于连接板131，通过支架13承载重量，避免因载荷集中在关节处，而导致结构稳定性差，控制的复杂程度高。
68.可选地，如图10所示，车体1上设置有摄像头模块9，用于采集外部信息。
69.具体地，如图10所示，车体1上设置有电池10，用于摄像头模块9及驱动件4等供电；具体地，车体1包括外壳11和上盖12，形成容纳空间，便于将电池10及驱动件4等安装于容纳空间内。
70.具体地，轮腿模组2选择轻便并具有一定强度的材料制作，优选玻璃纤维板材，既轻便又具有一定强度，也方便应用激光切割等加工方式，制造效率高，适于大批量生产。本实施例中，采用厚度为3毫米的标准黑色玻璃纤维板材，利用激光切割的加工方式，制作轮腿机构大腿组件21与小腿组件22；采用长度为135毫米，厚度为1.2毫米，弓高为35毫米，宽度为12毫米的黑钢大号弹簧片3作为轮腿模组2的弹力来源；采用厚度为12毫米的亚克力板材，利用激光切割的加工方式，制作弹簧片3调整块214，其外形为内接圆直径为70毫米的正六边形；采用厚度为2毫米的黑钢片切割制作压紧片2242，其长度为16毫米，宽度为15毫米；采用厚度15毫米标准黄色玻璃纤维板材，利用激光切割的加工方式，制作弹簧片3固定块2241，其长度30毫米，宽度为20毫米；采用厚度为15毫米的亚克力板材，利用激光切割的方式，制作中心圆柱216、支撑圆柱及滚动圆柱2231，其外径分别为45毫米、20毫米、8毫米；采用开口标准型法兰作为轮腿与电机轴的连接件，其孔径为8毫米，长度为18毫米；采用长度54毫米、直径8毫米的电机加长轴安装轮腿，与电机之间用内径为8毫米的联轴器连接，与电机支架13之间用内径8毫米，宽度25毫米的带法兰的轴承连接；采用钣金加工的方式制作电机支架13；电机选用直流有刷蜗杆式减速电机；电池10选用20000毫安大容量锂电池。
71.上述轮腿机器人主要应用于低成本的无人巡逻、检查搜救、现场勘探、运送货物等技术领域，用于需要频繁切换平地行走与攀爬陡坡、楼梯台阶100等不同运动模式的情况，使得在复杂地形下也能完成相应任务。
72.显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而
并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。