CN104890759B - 一种四足机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种四足机器人，其特征在于该机器人主要包括机架、防尘罩和结构完全相同的四条机械腿；所述机架内安装有十二个伺服电机，包括4个提升电机、4个推动电机和4个摆动电机，用于驱动四条机械腿，每三个电机控制一条机械腿，实现机械腿的起落、前进、后退以及侧摆运动；所述机架包括连接板、口字形安装板和杆，连接板位于口字形安装板的两侧，用以固定口字形安装板，各组件之间采用螺钉固定连接；防尘罩和机架之间用螺钉固定连接；腿部结构主要包括摆动电机、提升电机、推动电机、支撑板、提升杆、末端杆、长推动杆、短推动杆、1号短轴、2号短轴和支撑轴；腿部各机构按照在运动过程中的功能分为提升***、推动***和摆动***。

Description

一种四足机器人

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体为一种四足机器人。

背景技术

足式机器人种类繁多，可用于军事、生活服务、抢险救灾和娱乐等多个领域。按照机器人的行走方式，可以将机器人分为轮式机器人、履带式机器人和足式机器人。轮式机器人和履带式机器人移动方式对周围环境的要求较高，因此其应用范围受到一定的限制。足式机器人凭借其在行走过程中与地面的非连续接触特性表现出了很强的适应性，尤其在有障碍物的通道上或很难接近的工作场地上具有更广阔的发展前景。绝大多数足式机器人的足数为偶数，按照足数，可以将足式机器人分为双足、四足、六足和八足，甚至更多。四足机器人既能以静态步行方式实现不平地面及复杂地形上的行走，又能以动态步行方式实现高速行走，因此更加受到重视。但是目前足式机器步行过程中存在负载能力较差、整体质量较大、结构复杂、控制困难、稳定性差和灵活性不足等诸多技术问题需要解决，尤其是不具备外力作用下的防侧翻、防倾覆功能。

现有文献报道的四足机器人主要有：浙江工业大学吴华林等人设计的四足机器人模型(专利申请号：201420480836.1)和浙江工业大学叶孝璐设计的交叉式四足机器人(专利申请号：201410833599.7)。研究表明，前者采用了曲柄连杆机构和杆结构，因此存在足端运动轨迹复杂和控制精度低的不足；后者采用了舵机作为驱动机构，因此存在单一速度和输出力度不稳定的不足。当收到外力冲击时，这两款四足机器人都不具备防倾覆功能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种四足机器人。该机器人结构简单，稳定性好，运动灵活，质量较轻，控制容易，特别是具有外力冲击时的防倾覆功能。

本发明解决现有的技术问题的技术方案是：设计一种四足机器人，主要包括机架、防尘罩和结构完全相同的四条机械腿，即左前腿、右前腿、左后腿和右后腿；所述机架内安装有十二个伺服电机，包括4个提升电机、4个推动电机和4个摆动电机，用于驱动四条机械腿，每三个电机控制一条机械腿，实现机械腿的起落、前进、后退以及侧摆运动；所述机架包括连接板、口字形安装板和杆，连接板位于口字形安装板的两侧，用以固定口字形安装板，各组件之间采用螺钉固定连接；所述防尘罩和机架之间也采用螺钉固定连接；所述腿部结构包括摆动电机、提升电机、推动电机、支撑板、提升杆、末端杆、长推动杆、短推动杆、1号短轴、2号短轴和支撑轴；腿部各机构按照在运动过程中的功能分为提升***、推动***和摆动***；

所述提升***主要包括提升电机、支撑板、提升杆和末端杆；所述提升电机通过螺钉和支撑板固定连接；所述提升杆通过法兰和提升电机连接，提升电机转动带动提升杆运动；所述末端杆通过轴承和轴承、轴承端盖和提升杆非固定连接，两者可以相对转动；

所述推动***主要包括推动电机、短推动杆、长推动杆、1号短轴和2号短轴；所述推动电机通过螺钉和支撑板固定连接；所述短推动杆通过法兰和推动电机连接，推动电机带动短推动杆转动；所述2号短轴和短推动杆焊接在一起；所述长推动杆通过轴承、轴承端盖和2号短轴非固定连接，两者可以相对转动；所述末端杆和1号短轴焊接在一起，长推动杆通过轴承、轴承端盖和1号短轴非固定连接，使得末端杆和长推动杆可以相对转动。

所述摆动***主要包括摆动电机、口字形安装板和支撑轴；所述摆动电机通过法兰、螺钉和口字形安装板固定连接；所述支撑板通过带螺纹的法兰和摆动电机连接，摆动电机带动支撑板转动；所述支撑轴通过螺钉和支撑板固定连接，并通过轴承、轴承端盖和口字形安装板非固定连接，两者可相对转动。

本发明四足机器人的优点和积极效果是：

1、本发明所设计的杆机构结构简单巧妙，能够有效减轻腿部的质量，降低机器人能耗，同时能够较大幅度的增大负载能力。

2、本发明是一种新型四足机器人，具备所有四足机器人的公共优点，通过对腿部的协调控制，可以实现多种步态，包括1324步态、伪1324步态和对角步态，从而有效的满足多种地形需求。

3、本发明采用三个伺服电机驱动一条机械腿，并通过其中两个电机的协调控制杆结构，使腿末端的运动轨迹更加快速、准确，同时通过摆动电机的调节，使机器人可以具有较强的机体平衡能力，在剧烈的侧面冲击作用下，能够保持平衡，从而达到机器人在各种地形下快速、平稳的运动。

附图说明

图1为本发明四足机器人一种实施例的整体结构示意图；

图2为本发明四足机器人一种实施例的整体结构摘除防尘罩后示意图；

图3为本发明四足机器人一种实施例的机架结构示意图；

图4为本发明四足机器人一种实施例的左后腿的机构示意图；

图5为本发明四足机器人一种实施例的左后腿的结构示意图；

图6为本发明四足机器人一种实施例的左后腿的1号短轴和末端杆焊接件的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明。但本申请的权利要求保护范围不限于所述实施例的描述范围。

本发明设计的一种四足机器人(简称机器人，参见图1-6)，其特征在于该机器人主要由机架3、防尘罩4、左前腿5、右前腿6、左后腿2和右后腿1组成，其中左前腿5、右前腿6、左后腿2、右后腿1的结构完全一样，均匀分布安装在机架3长边两侧，防尘罩4和机架3之间采用螺钉固定连接。本发明机器人四条机械腿结构完全相同，均由4个杆机构组成，按照杆机构在机器人运动过程中的功能，分为提升***、推动***和摆动***，机器人的主要创新点在于腿部的摆动***，摆动***对于整个机器人的稳定性具有很重要的作用，当机器人在特殊地形上行走时或者突然受到外界冲击，机器人可以通过腿的侧摆重新调整整个机器人的重心，防止机器人的倾覆。

所述机架3内部安装有十二个伺服电机，用于驱动四条机械腿，每三个电机控制一条机械腿，实现机械腿的起落、前进、后退以及侧摆运动(参见图2)。

所述机架3(参见图3)由1号连接板301、2号连接板311、3号连接板305、4号连接板307、1号口字形安装板312、2号口字形安装板302、3号口字形安装板306、4号口字形安装板308、1号杆310、2号杆303、3号杆304和4号杆309组成，1号杆310、2号杆303、3号杆304、4号杆309和2号连接板311、3号连接板305之间采用螺钉固定连接，1号连接板301、2号连接板311、3号连接板305、4号连接板307和1号口字形安装板312、2号口字形安装板302、3号口字形安装板306、4号口字形安装板308之间也采用螺钉固定连接。

本发明机器人四条机械腿结构完全相同，均由4个杆机构组成。现以左后腿整体结构(参见图4)为例,本发明机器人的腿部结构主要包括摆动电机201、提升电机202、推动电机203、支撑板204、2号口字形安装板302、提升杆205、末端杆206、长推动杆208、短推动杆211、1号短轴207、2号短轴209、支撑轴210。腿部结构可以分为三个***，提升***、推动***和摆动***。

所述提升***(参见图4、5)主要包括提升电机202、支撑板204、提升杆205、末端杆206。所述提升电机202通过螺钉和支撑板204固定连接；所述提升杆205通过法兰和提升电机202连接，提升电机202转动带动提升杆205运动；所述末端杆206通过轴承和轴承、轴承端盖和提升杆205非固定连接，两者可以相对转动。

所述推动***主要包括推动电机203、短推动杆211、长推动杆208、1号短轴207、2号短轴209。所述推动电机203通过螺钉和支撑板204固定连接；所述短推动杆211通过法兰和推动电机203连接，推动电机203带动短推动杆211转动；所述2号短轴209和短推动杆211焊接在一起；所述长推动杆208通过轴承、轴承端盖和2号短轴209非固定连接，两者可以相对转动；所述末端杆206和1号短轴207焊接在一起，长推动杆208通过轴承、轴承端盖和1号短轴207非固定连接，使得末端杆206和长推动杆208可以相对转动。

所述摆动***主要包括摆动电机201、2号口字形安装板302、支撑轴210。所述摆动电机201通过法兰、螺钉和2号口字形安装板302固定连接；所述支撑板204通过带螺纹的法兰和摆动电机201连接，摆动电机201带动支撑板204转动；所述支撑轴210通过螺钉和支撑板204固定连接，并通过轴承、轴承端盖和2号口字形安装板302非固定连接，两者可相对转动。当受到外力冲击时，机器人的重心位置会发生变化，而当机器人重心不在机器人的三角稳定区域内时，机器人就会侧面倾覆。本发明机器人在受到外力冲击时，机器人左后腿2的摆动电机201就会带动2号口字形安装板302转动适当角度，调节机器人左后腿2向机器人内部或者外部转动一定角度，四条腿摆动***同时运动，从而达到机器人的重心从新回到三角稳定区域内的目的，有效地防止了机器人的侧面受力冲击倾覆。

众所周知，当机器人收到外力冲击时，重心位置发生变化，当机器人重心不在机器人的三角稳定区域内时，机器人就会倾覆。本发明机器人受到外力冲击时，机器人腿部的摆动电机轴就会带动口字形安装板转动适当角度，调节机器人腿部向机器人内部或者外部转动一定角度，四条腿同时运动，从而达到机器人的重心从新回到三角稳定区域内的目的，有效地防止了机器人的倾覆。这是本发明机器人的主要创新点。

本发明机器人的工作原理和过程为：本机器人的四条腿结构完全相同，通过伺服电机驱动实现腿的起落、前进和侧摆运动，通过对四条腿的协调控制，可以实现多种步态，包括1324步态、伪1324步态和对角步态，从而有效的满足多种运动速度要求和地形需求。当腿部结构工作时，提升电机202和推动电机203协调工作完成腿部的前进或者后退运动。提升电机202转动，带动提升杆205转动，提升杆205带动末端杆206运动：同时推动电机203转动，带动短推动杆211，短推动杆211带动长推动杆208，长推动杆208带动末端杆206运动。在这个过程中两个电机协调工作，共同作用，从而完成前进或者后退运动。当摆动电机201转动时，带动支撑板204转动，从而带动整个杆结构***完成内外摆动，摆动***对于整个机器人的稳定性具有很重要的作用，当机器人在特殊地形上行走时或者突然受到外界冲击时，机器人可以通过腿的侧摆重新调整整个机器人的重心，防止机器人的倾覆。

本发明机器人没有述及机器人的躯体和头尾部，其适用于现有技术，实施例的机器人还包括狗头、狗身和狗尾，构成一个完整的大狗机器人。本发明凡未述及之处适用于现有技术。

Claims (1)

1.一种四足机器人，其特征在于该机器人主要包括机架、防尘罩和结构完全相同的四条机械腿，即左前腿、右前腿、左后腿和右后腿；所述机架内安装有十二个伺服电机，包括4个提升电机、4个推动电机和4个摆动电机，用于驱动四条机械腿，每三个电机控制一条机械腿，实现机械腿的起落、前进、后退以及侧摆运动；所述机架包括连接板、口字形安装板和杆，连接板位于口字形安装板的两侧，用以固定口字形安装板，各组件之间采用螺钉固定连接；所述防尘罩和机架之间也采用螺钉固定连接；所述腿部结构包括摆动电机、提升电机、推动电机、支撑板、提升杆、末端杆、长推动杆、短推动杆、1号短轴、2号短轴和支撑轴；腿部各机构按照在运动过程中的功能分为提升***、推动***和摆动***；

所述提升***主要包括提升电机、支撑板、提升杆和末端杆；所述提升电机通过螺钉和支撑板固定连接；所述提升杆通过法兰和提升电机连接，提升电机转动带动提升杆运动；所述末端杆通过轴承和轴承、轴承端盖和提升杆非固定连接，两者可以相对转动；

所述推动***主要包括推动电机、短推动杆、长推动杆、1号短轴和2号短轴；所述推动电机通过螺钉和支撑板固定连接；所述短推动杆通过法兰和推动电机连接，推动电机带动短推动杆转动；所述2号短轴和短推动杆焊接在一起；所述长推动杆通过轴承、轴承端盖和2号短轴非固定连接，两者可以相对转动；所述末端杆和1号短轴焊接在一起，长推动杆通过轴承、轴承端盖和1号短轴非固定连接，使得末端杆和长推动杆可以相对转动；

所述摆动***主要包括摆动电机、口字形安装板和支撑轴；所述摆动电机通过法兰、螺钉和口字形安装板固定连接；所述支撑板通过带螺纹的法兰和摆动电机连接，摆动电机带动支撑板转动；所述支撑轴通过螺钉和支撑板固定连接，并通过轴承、轴承端盖和口字形安装板非固定连接，两者可相对转动。