CN103569231A - 多运动模式四足机器人 - Google Patents

Abstract

多运动模式四足机器人，包括第一、第二十字平台（A、F）、第一至第四支链杆（B、C、D、E）和摄像头组件（G）。两个十字平台均有第一至第四端部。第一十字平台（A）的第一和第三端部分别固定连接第一支链（B）和第三支链（D）；第一十字平台（A）的第二和第四端部分别通过转销活动连接第二支链（C）和第四支链（E）。第二十字平台（F）的第一和第三端部分别通过转销活动连接第一支链（B）和第三支链（D）；第二十字平台（F）的第二和第四端部分别固定连接第二支链（C）和第四支链（E）。通过控制四个支链的位置，可以实现机器人缩放、折叠在一个狭小空间中，此外还能够变形为四足步行机器人。

Description

多运动模式四足机器人

技术领域

本发明涉及一种移动机器人，具体涉及一种可变运动模式的四足机器人。该装置可用于军事领域中勘察特殊地形，执行特种任务；民用领域中用做娱乐设施等。

背景技术

四足机器人是足式移动机器人领域中最常见的一种类型，中国专利…公开了一种…的四足机器人，这类足式机器人只能实现一般的足式运动，模式单一。中国专利还公开了一些具有变形能力的机器人，如CN101973319公开了一种滚动六面体机构，该机构由4个支链和2个十字杆组成，并由2个电机驱动，能够以滚动方式移动；CN102145719公开了一种滚动机器人，由两个十字杆通过8个U副连接四个连杆，实现滚动运动。但以上两个技术方案由于结构和自由度限制，机器人变形量较少，只能滚动。专利CN102673669公开了一种移动机构，通过改进运动支链，提高机构的变形和移动能力。为进一步提高这类由一系列连杆组成移动机构的移动性能，需要集成变形、折叠、步行等多种运动模式的四足机器人方案，使得机构能够以多种方式变形和移动。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：提出一种由两个十字平台和四条可缩放变形支链组成的四足机器人，能够集成变形、折叠、步行等多种运动模式，使得机器人的移动能力大大提高。

本发明的技术方案：

多运动模式四足机器人包括包括第一十字平台、第一支链杆、第二支链杆、第三支链杆、第四支链杆，第二十字平台和摄像头组件。其组成关系如下：

所述的第一十字平台整体外形为十字形，包括十字杆1，平台电机1，平台电机2，摄像头组件，其上有第一至第四端部，其中第一端部上安装有平台电机1，第三端部上安装有平台电机2，第二和第四端部设有连接孔；第一十字平台的中部有容纳空间的沉台，安装时沉台口朝外；第一十字平台的沉台中间装有摄像头组件，摄像头组件可以绕中心旋转和升降。

所述的第二十字平台整体外形为十字形，包括十字杆2，平台电机3，平台电机4，其上有第一至第四端部，其中第二端部上安装有平台电机3，第四端部上安装有平台电机4，第一和第三端部设有连接孔；第一十字平台的中部有容纳空间的沉台，安装时沉台口朝外。

所述的第一至第四支链结构尺寸完全相同，每条支链上设有支链上摆动杆和支链下摆动杆，支链上摆动杆和支链下摆动杆顶部设有连接孔。

十字平台和支链的连接关系如下：

第一十字平台的第一端部和第三端部上的电机轴分别固定连接第一支链和第三支链的支链上摆动杆；第一十字平台的第二端部和第四端部分别通过转销活动连接第二支链和第四支链的支链上摆动杆。

第二十字平台的第一端部和第三端部分别通过转销活动连接第一支链和第三支链的支链下摆动感；第二十字平台的第二端部和第四端部上的电机轴分别固定连接第二支链和第四支链的支链下摆动杆。通过上述连接关系，构成了多运动模式四足机器人。

所述的多运动模式四足机器人中的第一支链，包括支链上摆动杆、支链下摆动杆、支链连杆1至支链连杆9、支链电机1至支链电机3、支链第一轴、支链第二轴。第一支链的连接关系如下：

支链上摆动杆的侧部设有连接孔和电机安装孔，支链连杆1的一端通过支链第一轴活动连接于支链上摆动杆的侧部连接孔，支链电机1固定于支链上摆动杆的侧部，支链电机1的电机轴固定连接支链连杆2的一端；支链连杆1的另一端和支链连杆3的一端通过转销活动连接；支链连杆2和支链连杆3的中部均设有连接孔，并通过转销活动连接；支链电机2固定于支链连杆3的另一端，支链电机2的电机轴固定连接支链连杆4的一端；支链连杆2和支链连杆4的另一端分别与支链连杆5同侧的窄端和宽端通过转销活动连接。

支链连杆5另一侧的窄端和宽端分别与支链连杆8和支链连杆6的一端通过转销活动连接；支链连杆6的另一端和支链连杆7的一端通过转销活动连接；支链连杆7和支链连杆8的中部均设有连接孔，并通过转销活动连接；支链连杆7的另一端和支链连杆9的一端通过转销活动连接；支链下摆动杆侧部设有连接孔和电机安装孔，支链电机3固定于支链下摆动杆的侧部，支链电机3的电机轴固定连接支链连杆8的另一端，支链连杆9的另一端通过支链第二轴活动连接于支链下摆动杆的侧部连接孔。

本发明的有益效果：本发明通过控制四个支链的位置，可以实现机器人缩放、折叠在一个狭小空间中，此外还能够变形为四足步行机器人。本发明实现了机器人的多种运动模式的变化，大大提高机器人的移动能力，同时节省运输和存放空间。可应用与新型的野外探测、搜救机器人设计。

附图说明

图1多运动模式四足机器人三维图。

图2第一十字平台示意图。

图3第二十字平台示意图。

图4第一支链示意图。

图5第一支链分层示意图。

图6支链上摆动杆。

图7支链连杆。

图8升降模式图。

图9第一折叠效果图。

图10第二折叠效果图。

图11第三折叠效果图。

图12步行模式图。

图13第一操作模式图。

图14第二操作模式图。

具体实施方式

结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，多运动模式四足机器人包括第一十字平台（A）、第一支链杆（B）、第二支链杆（C）、第三支链杆（D）、第四支链杆（E），第二十字平台（F）和摄像头组件（G）。

参照图1、图2，所述的第一十字平台（A）整体外形为十字形，包括十字杆1（A1），平台电机1（A2），平台电机2（A3），摄像头组件（G），其上有第一至第四端部，其中第一端部上安装有平台电机1（A2），第三端部上安装有平台电机2（A3），第二和第四端部设有连接孔；第一十字平台（A）的中部有容纳空间的沉台，安装时沉台口朝外；第一十字平台（A）的沉台中间装有摄像头组件（G），摄像头组件（G）可以绕中心旋转和升降。

参照图1、图3，所述的第二十字平台（F）整体外形为十字形，包括十字杆2（F1），平台电机3（F2），平台电机4（F3），其上有第一至第四端部，其中第二端部上安装有平台电机3（F2），第四端部上安装有平台电机4（F3），第一和第三端部设有连接孔；第一十字平台（A）的中部有容纳空间的沉台，安装时沉台口朝外。

参照图1、图4，所述的第一至第四支链（B、C、D、E）结构尺寸完全相同，每条支链上设有支链上摆动杆和支链下摆动杆，支链上摆动杆和支链下摆动杆顶部设有连接孔。

参照图1，十字平台和支链的连接关系如下：

第一十字平台（A）的第一端部和第三端部上的电机轴分别固定连接第一支链（B）和第三支链（D）的支链上摆动杆；第一十字平台（A）的第二端部和第四端部分别通过转销活动连接第二支链（C）和第四支链（E）的支链上摆动杆。

第二十字平台（F）的第一端部和第三端部分别通过转销活动连接第一支链（B）和第三支链（D）的支链下摆动杆；第二十字平台（F）的第二端部和第四端部上的电机轴分别固定连接第二支链（C）和第四支链（E）的支链下摆动杆。通过上述连接关系，构成了多运动模式四足机器人。

如图4所示，所述的多运动模式四足机器人中的第一支链（B），包括支链上摆动杆（B1）、支链下摆动杆（B16）、支链连杆1至支链连杆9（B3、B5、B6、B8、B9、B10、B11、B12、B14）、支链电机1至支链电机3（B4、B7、B13）、支链第一轴（B2）、支链第二轴（B15）。

参照图4，第一支链（B）的连接关系如下：

支链上摆动杆（B1）的侧部设有连接孔和电机安装孔，支链连杆1（B3）的一端通过支链第一轴（B2）活动连接于支链上摆动杆（B1）的侧部连接孔，支链电机1（B4）固定于支链上摆动杆（B1）的侧部，支链电机1（B4）的电机轴固定连接支链连杆2（B5）的一端；支链连杆1（B3）的另一端和支链连杆3（B6）的一端通过转销活动连接；支链连杆2（B5）和支链连杆3（B6）的中部均设有连接孔，并通过转销活动连接；支链电机2（B7）固定于支链连杆3（B6）的另一端，支链电机2（B7）的电机轴固定连接支链连杆4（B8）的一端；支链连杆2（B5）和支链连杆4（B8）的另一端分别与支链连杆5（B9）同侧的窄端和宽端通过转销活动连接。

支链连杆5（B9）另一侧的窄端和宽端分别与支链连杆8（B12）和支链连杆6（B10）的一端通过转销活动连接；支链连杆6（B10）的另一端和支链连杆7（B11）的一端通过转销活动连接；支链连杆7（B11）和支链连杆8（B12）的中部均设有连接孔，并通过转销活动连接；支链连杆7（B11）的另一端和支链连杆9（B14）的一端通过转销活动连接；支链下摆动杆（B16）侧部设有连接孔和电机安装孔，支链电机3（B13）固定于支链下摆动杆（B16）的侧部，支链电机3（B13）的电机轴固定连接支链连杆8（B12）的另一端，支链连杆9（B14）的另一端通过支链第二轴（B15）活动连接于支链下摆动杆（B16）的侧部连接孔。

图5为第一支链的分层示意图，第一支链（B）以支链连杆5（B9）的窄端为基层（参照图7），其他支链连杆分别布置在支链连杆5（B9）的左右两侧，其中左侧布置为：支链连杆2（B5）与基层的左侧相邻为第二层，支链连杆3（B6）为第三层，支链连杆1（B3）和支链连杆4（B8）为第四层，使得支链连杆4（B8）与支链连杆5（B9）左侧的宽端相邻；右侧布置为：支链连杆8（B12）与基层的右侧相邻为第二层，支链连杆7（B11）为第三层，支链连杆6（B10）和支链连杆9（B14）为第四层，使得支链连杆6（B10）与支链连杆5（B9）右侧的宽端相邻。

所述的支链上摆动杆和支链下摆动杆的结构尺寸完全相同，如图6所示，摆动杆有一个向外延伸的顶部片和两个向外延伸的第一侧部片和第二侧部片，第一、第二侧部片和顶部片正交，并且偏置在顶部片的同一侧；顶部片上设有安装孔，用以和十字平台相连，第一侧部片上设有连接孔，用以和支链连杆相连，第二侧部片上设有电机安装孔的沉台，用以和支链电机相连。

所述的支链连杆5（B9），如图7所示，其两端分别是由一个长圆柱体和一个短圆柱体组成，（其中长圆柱体组成宽端，短圆柱体组成窄端，）宽窄两圆柱体之间通过一个长方体板相连，两圆柱体两端分别和支链连杆相连。

以下为机器人的运动模式变化说明：

（1）升降模式：

如图8所示，当第一十字平台（A）和第二十字平台（F）上的平台电机控制第一至第四支链（B、C、D、E）到图8（a）所示的位置且锁定，每条支链上的三个电机只能以相同速度转动，进而实现第一十字平台（A）和第二十字平台（F）相对升降运动，使得机器人高度变化。

（2）折叠模式：

如图9所示，当第一十字平台（A）和第二十字平台（F）距离缩小至图8（b）最短，且十字平台上的平台电机锁定。此时第一至第四支链（B、C、D、E）的支链连杆分别交叠在一起。第一种折叠模式：参考图4、图9，以第一支链（B）为例，支链上摆动杆（B1）和支链下摆动杆（B16）上的支链电机1（B4）和支链电机3（B13）同步运动，使得支链连杆2（B5）和支链连杆8（B12）绕电机轴向内折叠，支链电机2（B7）使得支链连杆5（B9）绕电机轴向外折叠，最终第一支链（B）收缩折叠在一个狭小空间中。其他支链运动过程同第一支链（B）。

第二种折叠模式：如图10所示，当机器人已经折叠至图9状态，将第一十字平台（A）和第二十字平台（F）上的平台电机解锁，改变第一十字平台（A）和第二十字平台（F）上平台电机的转向，使得第一支链（B）和第二支链（C）平行，第三支链（D）和第四支链（E）平行，且第一支链（B）和第四支链（E）平行至一条直线，第二支链（C）和第三支链（D）平行至一条直线。

第三种折叠模式：如图11所示，当第一十字平台（A）和第二十字平台（F）距离缩小至图8（b）最短，且第一十字平台（A）和第二十字平台（F）上的四个平台电机锁定。第一支链（B）和第三支链（D）的支链上摆动杆和支链下摆动杆上的支链电机驱动与其相连的支链连杆绕电机轴向上折叠于第一十字平台中心，第一支链（B）和第三支链（D）上中部的支链电机使得支链连杆绕电机轴向外折叠；第二支链（C）和第四支链（E）的支链上摆动杆和支链下摆动杆上的支链电机驱动与其相连的支链连杆绕电机轴向下折叠于第二十字平台中心，第二支链（C）和第四支链（E）上中部的支链电机使得支链连杆绕电机轴向外折叠。

（3）步行模式：

当第一十字平台（A）和第二十字平台（F）距离缩小至图8（b）所示的最短位置时，第一十字平台（A）和第二十字平台（F）上的四个平台电机解锁，如图12所示，如此，第一至第四条支链分别作为机器人的第一至第四条腿，每条腿均可通过控制与其相对应的支链上的支链电机和十字平台上的平台电机，实现机器人的步行移动。

（4）操作模式：

第一种操作模式：当机构处于步行模式状态下时，让三条支链作为支撑腿，另外一条支链完全脱离地面，如图13所示，通过控制与其相对应的支链上的支链电机和十字平台上的平台电机，实现机械臂的功能。

第二种操作模式：当机构处于步行模式状态下时，让相对的两条支链作为支撑腿，另外两条支链完全脱离地面，如图14所示，通过控制与其相对应的支链上的支链电机和十字平台上的平台电机，实现机械臂的功能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.多运动模式四足机器人，其特征在于：多运动模式四足机器人包括第一十字平台（A）、第一支链杆（B）、第二支链杆（C）、第三支链杆（D）、第四支链杆（E），第二十字平台（F）和摄像头组件（G）；

所述的第一十字平台（A）整体外形为十字形，包括十字杆1（A1），平台电机1（A2），平台电机2（A3），摄像头组件（G），其上有第一至第四端部，其中第一端部上安装有平台电机1（A2），第三端部上安装有平台电机2（A3），第二和第四端部设有连接孔；第一十字平台（A）的中部有容纳空间的沉台，安装时沉台口朝外；第一十字平台（A）的沉台中间装有摄像头组件（G），摄像头组件（G）可以绕中心旋转和升降；

所述的第二十字平台（F）整体外形为十字形，包括十字杆2（F1），平台电机3（F2），平台电机4（F3），其上有第一至第四端部，其中第二端部上安装有平台电机3（F2），第四端部上安装有平台电机4（F3），第一和第三端部设有连接孔；第一十字平台（A）的中部有容纳空间的沉台，安装时沉台口朝外；

所述的第一至第四支链（B、C、D、E）结构尺寸完全相同，每条支链上设有支链上摆动杆和支链下摆动杆，支链上摆动杆和支链下摆动杆顶部设有连接孔；

十字平台和支链的连接关系如下：

第一十字平台（A）的第一端部和第三端部上的电机轴分别固定连接第一支链（B）和第三支链（D）的支链上摆动杆；第一十字平台（A）的第二端部和第四端部分别通过转销活动连接第二支链（C）和第四支链（E）的支链上摆动杆；

第二十字平台（F）的第一端部和第三端部分别通过转销活动连接第一支链（B）和第三支链（D）的支链下摆动杆；第二十字平台（F）的第二端部和第四端部上的电机轴分别固定连接第二支链（C）和第四支链（E）的支链下摆动杆；

通过上述连接关系，构成了多运动模式四足机器人。

2.根据权利要求1所述的多运动模式四足机器人中的第一支链（B），包括支链上摆动杆（B1）、支链下摆动杆（B16）、支链连杆1至支链连杆9（B3、B5、B6、B8、B9、B10、B11、B12、B14）、支链电机1至支链电机3（B4、B7、B13）、支链第一轴（B2）、支链第二轴（B15）；

第一支链（B）的连接关系如下：

支链上摆动杆（B1）的侧部设有连接孔和电机安装孔，支链连杆1（B3）的一端通过支链第一轴（B2）活动连接于支链上摆动杆（B1）的侧部连接孔，支链电机1（B4）固定于支链上摆动杆（B1）的侧部，支链电机1（B4）的电机轴固定连接支链连杆2（B5）的一端；支链连杆1（B3）的另一端和支链连杆3（B6）的一端通过转销活动连接；支链连杆2（B5）和支链连杆3（B6）的中部均设有连接孔，并通过转销活动连接；支链电机2（B7）固定于支链连杆3（B6）的另一端，支链电机2（B7）的电机轴固定连接支链连杆4（B8）的一端；支链连杆2（B5）和支链连杆4（B8）的另一端分别与支链连杆5（B9）同侧的窄端和宽端通过转销活动连接；

支链连杆5（B9）另一侧的窄端和宽端分别与支链连杆8（B12）和支链连杆6（B10）的一端通过转销活动连接；支链连杆6（B10）的另一端和支链连杆7（B11）的一端通过转销活动连接；支链连杆7（B11）和支链连杆8（B12）的中部均设有连接孔，并通过转销活动连接；支链连杆7（B11）的另一端和支链连杆9（B14）的一端通过转销活动连接；支链下摆动杆（B16）侧部设有连接孔和电机安装孔，支链电机3（B13）固定于支链下摆动杆（B16）的侧部，支链电机3（B13）的电机轴固定连接支链连杆8（B12）的另一端，支链连杆9（B14）的另一端通过支链第二轴（B15）活动连接于支链下摆动杆（B16）的侧部连接孔；

第一支链（B）以支链连杆5（B9）的窄端为基层，其他支链连杆分别布置在支链连杆5（B9）的左右两侧，其中左侧布置为：支链连杆2（B5）与基层的左侧相邻为第二层，支链连杆3（B6）为第三层，支链连杆1（B3）和支链连杆4（B8）为第四层，使得支链连杆4（B8）与支链连杆5（B9）左侧的宽端相邻；右侧布置为：支链连杆8（B12）与基层的右侧相邻为第二层，支链连杆7（B11）为第三层，支链连杆6（B10）和支链连杆9（B14）为第四层，使得支链连杆6（B10）与支链连杆5（B9）右侧的宽端相邻。

3.根据权利要求1所述的多运动模式四足机器人，其特征在于：所述的支链上摆动杆和支链下摆动杆的结构尺寸完全相同，摆动杆有一个向外延伸的顶部片和两个向外延伸的第一侧部片和第二侧部片，第一、第二侧部片和顶部片正交，并且偏置在顶部片的同一侧；顶部片上设有安装孔，用以和十字平台相连，第一侧部片上设有连接孔，用以和支链连杆相连，第二侧部片上设有电机安装孔的沉台，用以和支链电机相连。

4.根据权利要求1所述的多运动模式四足机器人，其特征在于：所述的支链连杆5（B9）的两端分别是由一个长圆柱体和一个短圆柱体组成，（其中长圆柱体组成宽端，短圆柱体组成窄端，）宽窄两圆柱体之间通过一个长方体板相连，两圆柱体两端分别和支链连杆相连。

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