CN106184458B - 一种由并行连杆驱动的六足机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种由并行连杆驱动的六足机器人，主要由机体和六组机械腿组成，所述机体为一个类八面体结构，所述六组机械腿结构完全相同，六组机械腿成轴对称的安装在机体的其中六个面上。通过调整各舵机的动作，依靠并行连杆驱动大腿的摆动与腰部结构的转动，依靠串行连杆驱动小腿的舞动，进而实现六足机器人多种腿式步态的调整。本发明采用长腿机构，增加了机器人的腿部的运行范围，运行速度也得到了大大的提高，它的运行方式采用四种步态形式，增加了机器人在非结构化环境中的运行能力。

Description

一种由并行连杆驱动的六足机器人

技术领域

本发明涉及一种由并行连杆驱动的六足机器人，属于机器人领域。

背景技术

随着科学技术的进步，机器人的研究不仅局限于结构化环境的定点作业，而是向深海资源开发、灾害现场搜救、辐射环境操作、危险任务执行、军事侦察攻击等非结构环境下自主作业方向发展，从而代替人类在不能够到达的环境中完成危险的任务。这就要求机器人具备非结构化环境下的适应能力和自主能力。传统的机构设计己经很难满足该方面的需求，因此需要从在复杂环境中不断进化的生物身上汲取灵感，将他们的外形结构、认知途径、运动机理及行为方式运用到机器人的研制中。

在现有的六足机器人最初的腿部机构设计中，通常把电机直接安装在腿部的关节处（膝关节，臀关节和腰关节），利用电机轴把腿部机构连接起来，因此，六足机器人在运行过程中，大部分负载都施加在电机轴上，由于电机轴的直径较细，短时间内电机轴就会出现不同程度的磨损，大大降低了在非结构化环境中的运动性能。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种由并行连杆驱动的六足机器人。

为达到上述目的，本发明构思如下：

本发明设计一种新型的腿部结构，一方面，引入了串行连杆机构和并行连杆机构，舵机（内置电机、减速箱和驱动反馈电路板）通过驱动连杆机构的转动间接的驱动腿部结构的运转，不但减小了电机轴的承载负荷，而且刚性连杆的支撑作用大大增加了腿部结构的承载能力，另一方面，改善了六足机器人的腿部外形，采用类蜘蛛的长腿机构，将膝关节的重心高度调整到髖关节和腰关节之上，不但增加了机器人的腿部的运行范围，而且运行速度也得到了大大的提高。本发明六足机器人机体采用轻小型的类八面体结构，不但减小了腿部的承载负荷和对地面的接触压力，而且增加了机器人的灵活性。通过六组相同的机械腿腿式结构行走子***之间的相互配合，实现在非结构化环境中的运行。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种由并行连杆驱动的六足机器人，主要由机体和六组机械腿组成，所述机体为一个类八面体结构，所述六组机械腿结构完全相同，六组机械腿成轴对称的安装在机体的其中六个面上。

所述机械腿包括下舵机、偏转轴、连杆座、内侧舵机、外侧舵机、腿部内摆杆、腿部外摆杆、腿部内拉杆、腿部外拉杆、内侧单万向铰链、圆柱滑块、外侧单万向铰链、大腿、小腿、足端盖、足、下摆杆和下支杆；所述连杆座固定连接机体，所述腿部内摆杆的一端与连杆座转动连接，并通过内侧舵机驱动，腿部内摆杆的另一端与所述腿部内拉杆的一端转动连接，所述腿部内拉杆的另一端通过所述内侧单万向铰链与所述圆柱滑块转动连接；所述腿部外摆杆的一端与连杆座转动连接，并通过外侧舵机驱动，腿部外摆杆的另一端与所述腿部外拉杆的一端转动连接，所述腿部外拉杆的另一端通过所述外侧单万向铰链与所述圆柱滑块转动连接；所述圆柱滑块与所述大腿滑动连接，所述大腿的一端与连杆座转动连接，另一端与所述小腿的一端通过销转动连接，所述足与所述小腿的另一端滚动连接，足上设置有足端盖；所述偏转轴与所述连杆座转动连接，所述下摆杆的一端与偏转轴转动连接，并通过下舵机驱动，所述下摆杆的另一端与所述下支杆的一端通过销转动连接，下支杆的另一端与小腿滑动连接。由于偏转轴的连动作用，所述大腿和小腿始终保持在同一个竖直平面内。

本发明设计的机器人的运行状态是通过控制三个舵机的运转来实现的，通过控制三个舵机的转向和转速来实现机器人的前进、后退和转向。通过在机器人上增添摄像头和相应的传感器（视觉传感器、位移传感器、触觉传感器等），可以作为各种高机动移动机器人、无人战车，以及行星探测车等平台的移动机构。

与现有技术相比，本发明具有如下的优点：

本发明一种由并行连杆驱动的六足机器人，采用了小型化主体结构的构型，从而增强了在崎岖路径上的灵活性，而且减小了对地面的接触压力。仿照蜘蛛的外形进行设计，结构小巧紧凑，行动灵活，稳定性较高，不易出现故障，具有多种运动形式，不仅能够实现直线行走和平面运动，而且能够灵活的实现转向，能够满足在非结构环境下的作业。

附图说明

图1为本发明一种由并行连杆驱动的六足机器人总体结构示意图。

图2为本发明一种由并行连杆驱动的六足机器人总体结构俯视状态示意图。

图3为本发明一种由并行连杆驱动的六足机器人机械腿结构示意图。

图4为本发明一种由并行连杆驱动的六足机器人机械腿抬升状态示意图。

图5为本发明一种由并行连杆驱动的六足机器人机械腿下落状态示意图。

图6为本发明一种由并行连杆驱动的六足机器人机械腿右转状态示意图。

图7为本发明一种由并行连杆驱动的六足机器人机械腿左转状态示意图。

图8为本发明一种由并行连杆驱动的六足机器人四种运行步态示意图。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图详述如下：

参见图1和图2，一种由并行连杆驱动的六足机器人，主要由机体和六组机械腿组成，所述机体为一个类八面体结构，所述六组机械腿结构完全相同，六组机械腿成轴对称的安装在机体的其中六个面上。

如图3所示，所述机械腿包括下舵机1、偏转轴2、连杆座3、内侧舵机4、外侧舵机5、腿部内摆杆6、腿部外摆杆7、腿部内拉杆8、腿部外拉杆9、内侧单万向铰链10、圆柱滑块11、外侧单万向铰链12、大腿13、小腿14、足端盖15、足16、下摆杆17和下支杆18；所述连杆座3固定连接机体，所述腿部内摆杆6的一端与连杆座3转动连接，并通过内侧舵机4驱动，腿部内摆杆6的另一端与所述腿部内拉杆8的一端转动连接，所述腿部内拉杆8的另一端通过所述内侧单万向铰链10与所述圆柱滑块11转动连接；所述腿部外摆杆7的一端与连杆座3转动连接，并通过外侧舵机5驱动，腿部外摆杆7的另一端与所述腿部外拉杆9的一端转动连接，所述腿部外拉杆9的另一端通过所述外侧单万向铰链12与所述圆柱滑块11转动连接；所述圆柱滑块11与所述大腿13滑动连接，所述大腿13的一端与连杆座3转动连接，另一端与所述小腿14的一端通过销转动连接，所述足16与所述小腿14的另一端滚动连接，足16上设置有足端盖15；所述偏转轴2与所述连杆座3转动连接，所述下摆杆17的一端与偏转轴2转动连接，并通过下舵机1驱动，所述下摆杆17的另一端与所述下支杆18的一端通过销转动连接，下支杆18的另一端与小腿14滑动连接。由于偏转轴2的连动作用，所述大腿13和小腿14始终保持在同一个竖直平面内，保证了运行过程中的稳定性。足部结构选用了球铰，可以根据路面的状态实时改变足部的位置形态，无论地面是否平坦，足部始终保持平稳状态。

本实施例一种由并行连杆驱动的六足机器人腿部运行方式如下：

如图4、5、6、7所示，本发明一种由并行连杆驱动的六足机器人腿部可实现上升、下落和转向功能。这三种运行动作均是通过直接控制舵机来驱动串行连杆机构和并行连杆机构间接实现对大腿13和小腿14的控制，完成指定的运行动作。大腿13的上升和下落是通过控制内侧舵机5和外侧舵机6的正反转间接驱动并行连杆机构（腿部内摆杆6、腿部外摆杆7、腿部内拉杆8和腿部外拉杆9）来实现，小腿14的上升和下落是通过控制下舵机1的正反转间接驱动串行连杆机构（下摆杆17和下支杆18）来实现。当内侧舵机5、外侧舵机6和下舵机1绕轴线顺时针转动时机械腿上升，如图4所示；当内侧舵机5、外侧舵机6和下舵机1绕轴线逆时针转动时机械腿下落，如图5所示。机械腿的转向是通过控制内侧舵机5和外侧舵机6的正反转来实现：当内侧舵机5绕轴线逆时针转动、外侧舵机6绕轴线顺时针转动时，机械腿右转，如图6所示；当内侧舵机5绕轴线顺时针转动、外侧舵机6绕轴线逆时针转动时，机械腿左转，实现机器人的转向运动，如图7所示。

本发明一种由并行连杆驱动的六足机器人有四种类型的运行步态，如图8所示，从步态时序中可以看出从型到型步态，支撑足的数目逐渐增多，相对应的步态的速度就会下降，型步态是六足机器人运行步态速度最快的一种。可以根据不同的运行环境采用不同的步态规划，以此实现更高效的运行。

三角步态是速度最快的一种运行方式，运行过程中，需要六组机械腿的相互协调、相互配合。为了便于对机器人的运行陈述说明，机械腿I、IV和为A组，六组机械腿II、和为B组。首先，驱动舵机使A组机械腿抬升向前运行，此刻B组机械腿组成三角形支撑机构，用于维持机器人的平衡状态。当A组机械腿下落至地面时，驱动舵机使B组机械腿抬升向前运动，此刻A组械腿组成三角支撑机构。当B组机械腿下落至地面时，机器人完成了一个运行周期，如此反复操作实现机器人的连续运行。

本发明一种由并行连杆驱动的六足机器人可实现直行、侧行和横向运行。直线运行为机器人沿着纵向轴的方向直线运动，它是六足机器人中最基本的一种运行方式，通过A组和B组机械腿之间的配合保证机器人运行方向始终在同一个方向上；侧行就是在直线运行的基础上可实时定点转动改变其运行方向，定点转弯动作是机器人全方位运动必须的动作。首先，A组机械腿抬起，绕着主体结构的中心摆动一定的角度，关节的旋转带动主体结构的旋转，此过程中B组机械腿组合支撑着整个机体，当A组机械腿下落至地面时，B组机械腿抬起，绕着主体机构的中心摆动相同的角度，此过程中A组机械腿组合支撑着整个机体，当B组机械腿下落至地面时，机器人完成了定点转向的运行动作；横向运行为机器人沿着横向轴的方向始终保持机体平动，这种爬行姿态类似于螃蟹的运动，因此被称为螃蟹步态。首先，B组机械腿抬起横向前进，此过程中A组机械腿组合支撑着整个机体，当B组机械腿下落至地面时，A组机械腿抬起横向前行相同的步幅，此过程中B组机械腿组合支撑着整个机体，当A组机械腿下落至地面时，机器人完成了一个周期的横向运行，A组合B组机械腿的交替运行保证了机器人的持续运转。

Claims (2)

1.一种由并行连杆驱动的六足机器人，其特征在于，主要由机体（ ）和六组机械腿组成，所述机体（）为一个类八面体结构，所述六组机械腿结构完全相同，六组机械腿成轴对称的安装在机体（）的其中六个面上；

所述机械腿包括下舵机（1）、偏转轴（2）、连杆座（3）、内侧舵机（4）、外侧舵机（5）、腿部内摆杆（6）、腿部外摆杆（7）、腿部内拉杆（8）、腿部外拉杆（9）、内侧单万向铰链（10）、圆柱滑块（11）、外侧单万向铰链（12）、大腿（13）、小腿（14）、足端盖（15）、足（16）、下摆杆（17）和下支杆（18）；所述连杆座（3）固定连接机体（），所述腿部内摆杆（6）的一端与连杆座（3）转动连接，并通过内侧舵机（4）驱动，腿部内摆杆（6）的另一端与所述腿部内拉杆（8）的一端转动连接，所述腿部内拉杆（8）的另一端通过所述内侧单万向铰链（10）与所述圆柱滑块（11）转动连接；所述腿部外摆杆（7）的一端与连杆座（3）转动连接，并通过外侧舵机（5）驱动，腿部外摆杆（7）的另一端与所述腿部外拉杆（9）的一端转动连接，所述腿部外拉杆（9）的另一端通过所述外侧单万向铰链（12）与所述圆柱滑块（11）转动连接；所述圆柱滑块（11）与所述大腿（13）滑动连接，所述大腿（13）的一端与连杆座（3）转动连接，另一端与所述小腿（14）的一端通过销转动连接，所述足（16）与所述小腿（14）的另一端滚动连接，足（16）上设置有足端盖（15）；所述偏转轴（2）与所述连杆座（3）转动连接，所述下摆杆（17）的一端与偏转轴（2）转动连接，并通过下舵机（1）驱动，所述下摆杆（17）的另一端与所述下支杆（18）的一端通过销转动连接，下支杆（18）的另一端与小腿（14）滑动连接。

2.根据权利要求1所述的一种由并行连杆驱动的六足机器人，其特征在于，由于偏转轴（2）的连动作用，所述大腿（13）和小腿（14）始终保持在同一个竖直平面内。