CN108248717A - 一种能够操控工具具有末端稳定控制功能的四足机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种能够操控工具具有末端稳定控制功能的四足机器人，包括四足机器人和机械臂，所述的四足机器人包括躯干本体和四条设置在躯干本体下侧且前后对称、左右对称的机械腿，所述的机械臂包括四自由度关节结构和抓手，所述的抓手可拆卸的安装在四自由度关节结构上，所述的四自由度关节结构通过底座安装在躯干本体上，所述的躯干本体前端设有视觉传感单元，所述的躯干本体上还集成有动力和控制单元。本发明结构简单、运动灵活、能在机器人自重和灵活步态之间进行合理平衡，能精准分析环境判断行走路径的同时完成抓取物体或操控工具的任务，具有极大的市场价值。
Description
技术领域
本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种能够操控工具具有末端稳定控制功能的四足机器人。
背景技术
纵观自然界，大型陆生动物大多为四足动物，无论在峭壁、丘陵、草原，还是沙漠，总能见到四足动物的身影，这充分表明了自然选择对四足移动方式的认可。四足机器人因其优越的地形适应能力，近年来一直是国内外研究的重点，其中最卓越的莫过于美国波士顿动力公司的bigdog系列机器人。
目前主流的四足机器人，其区别主要在动力***上，一类采用液压驱动，一类采用电机驱动；其侧重点在运动能力上，机器人作为移动平台进行负重或侦察任务；缺陷是机器人与外界环境的交互比较少，无法像人一样完成对一些工具的使用。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的机器人功能单一、市场价值低、仅能完成行走或跳跃动作等问题，提供了一种能够操控工具具有末端稳定控制功能的四足机器人。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种能够操控工具具有末端稳定控制功能的四足机器人，包括四足机器人和机械臂，所述的四足机器人包括躯干本体和四条设置在躯干本体下侧且前后对称、左右对称的机械腿，所述的机械臂包括四自由度关节结构和抓手，所述的抓手可拆卸的安装在四自由度关节结构上，所述的四自由度关节结构通过底座安装在躯干本体上，所述的躯干本体前端设有视觉传感单元，所述的躯干本体上还集成有动力和控制单元。
优选的，所述的机械腿包括第一连杆和第二连杆，所述的第一连杆和第二连杆之间通过第一转轴连接，所述的第一连杆和躯干本体之间通过第二转轴连接，所述的第一连杆和躯干本体之间设有第一液压缸，所述的第一连杆和第二连杆之间设有第二液压缸，所述的第二转轴与躯干本体之间设有转动杆，所述的转动杆与躯干本体之间通过第三液压缸连接。
优选的，所述的机械臂包括大臂、小臂和抓手,所述的大臂和底座之间设有电机，所述的大臂在电机的驱动下可绕底座转动，所述的大臂和小臂之间设有第三转轴，所述的小臂和抓手之间设有第四转轴，所述的抓手和第四转轴之间为可拆卸连接。
优选的，所述的抓手包括上下两个夹爪。
优选的，所述的视觉传感单元为摄像机模块。
优选的，所述的躯干本体上设有通孔。
优选的，所述的第二连杆末端设有缓冲防滑块。
优选的，所述的动力和控制单元包括主芯片、电源模块、Wi-Fi模块/蓝牙模块、控制端口、USART、电源输出模块、传感器模块和程序下载模块。
采用上述技术方案后，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的一种能够操控工具具有末端稳定控制功能的四足机器人通过视觉传感单元获取环境的图像，并通过识别及分析，让机器人能够辨识物体及所处的环境；所述一种能够操控工具具有末端稳定控制功能的四足机器人腿部机构包括第一连杆、第二连杆、和足部缓冲防滑块的设置，在机器人自重和灵活步态之间进行合理平衡的同时可以增大足部受力面积，而且能够减缓地面冲击力对机器人的损害；通过通孔的设置，可以减轻机器人整体重量,提高运动速度并且降低能耗；机械臂通过设置在底座上，可以在身体行走的过程中保证机械臂的稳定；通过灵活机械臂的设置，同时抓手与机械臂之间为可拆卸连接，因此可以根据情况需要替换抓手，使得该机器人的运用范围更加广泛灵活，大大拓展了机器人的使用场景，使得原本仿四足动物的机器人拥有了像人手一样抓取物体、操控工具的能力。
综上所述，本发明提供的一种能够操控工具具有末端稳定控制功能的四足机器人结构简单、运动灵活、能在机器人自重和灵活步态之间进行合理平衡，能精准分析环境判断行走路径的同时完成抓取物体或操控工具的任务，具有极大的市场价值。
附图说明
图1为本发明一种能够操控工具具有末端稳定控制功能的四足机器人的结构示意图一；
图2为本发明一种能够操控工具具有末端稳定控制功能的四足机器人的结构示意图二；
图3为本发明一种能够操控工具具有末端稳定控制功能的四足机器人的结构示意图三。
其中：抓手1、小臂2、大臂3、电机4、视觉传感单元5、第一连杆6、第二连杆7、躯干本体8、第一液压缸9、第二液压缸10、第三液压缸11、转动杆12、底座13、第一转轴14、第二转轴15、第三转轴16、第四转轴17、四足机器人18、机械臂19、机械腿20、四自由度关节结构21、通孔22、缓冲防滑块23。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应作广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-3所示，为本发明的一种能够操控工具具有末端稳定控制功能的四足机器人，包括四足机器人18和机械臂19，所述的四足机器人18包括躯干本体8和四条设置在躯干本体8下侧且前后对称、左右对称的机械腿20，所述的机械臂19包括四自由度关节结构21和抓手1，所述的抓手1可拆卸的安装在四自由度关节结构21上，所述的四自由度关节结构21通过底座13安装在躯干本体8上，所述的躯干本体8前端设有视觉传感单元5，所述的躯干本体8上还集成有动力和控制单元，所述的视觉传感单元5为摄像机模块，所述的躯干本体8上设有通孔22。
其中，所述的机械腿20包括第一连杆6和第二连杆7，所述的第一连杆6和第二连杆7之间通过第一转轴14连接，所述的第一连杆6和躯干本体8之间通过第二转轴15连接，所述的第一连杆6和躯干本体8之间设有第一液压缸9，所述的第一连杆6和第二连杆7之间设有第二液压缸10，所述的第二转轴15与躯干本体8之间设有转动杆12，所述的转动杆12与躯干本体8之间通过第三液压缸11连接，所述的机械臂19包括大臂3、小臂2和抓手1,所述的大臂3和底座13之间设有电机4，所述的大臂3在电机4的驱动下可绕底座13转动，所述的大臂3和小臂2之间设有第三转轴16，所述的小臂2和抓手1之间设有第四转轴17，所述的抓手1和第四转轴17之间为可拆卸连接，所述的抓手1包括上下两个夹爪，第二连杆7末端设有缓冲防滑块23，动力和控制单元包括主芯片、电源模块、Wi-Fi模块/蓝牙模块、控制端口、USART、电源输出模块、传感器模块和程序下载模块。
本发明一种能够操控工具具有末端稳定控制功能的四足机器人的工作原理如下：四足机器人的头部视觉传感单元5获取外界环境信息，在躯干本体8上动力和控制单元的协同作用下，第二液压缸10驱动第二连杆7相对于第一连杆6围绕第一转轴14转动，第一液压缸9驱动第一连杆6相对于躯干本体8围绕第二转轴15前后摆动，第三液压缸11驱动转动杆12带动第一连杆6和第二连杆7围绕第二转轴15侧向偏转，机械臂底座13安装在机器人躯干本体8上面，机械臂大臂3经电机4驱动绕底座13转动，机械臂小臂2经电机4驱动绕大臂3上的第三转轴16转动，机械抓手1安装在小臂2末端，经电机4驱动绕第四转轴17转动，机械抓手1本身拥有上下两个夹爪，能够相对运动实施抓取动作，同时抓手1可拆卸替换其他工具，实现机器人操控工具进行工作。
本发明提供的一种能够操控工具具有末端稳定控制功能的四足机器人通过视觉传感单元获取环境的图像，并通过识别及分析，让机器人能够辨识物体及所处的环境；所述一种能够操控工具具有末端稳定控制功能的四足机器人腿部机构包括第一连杆、第二连杆、和足部缓冲防滑块的设置，在机器人自重和灵活步态之间进行合理平衡的同时可以增大足部受力面积，而且能够减缓地面冲击力对机器人的损害；通过通孔的设置，可以减轻机器人整体重量,提高运动速度并且降低能耗；通过灵活机械臂的设置，同时抓手与机械臂之间为可拆卸连接，因此可以根据情况需要替换抓手，使得该机器人的运用范围更加广泛灵活，大大拓展了机器人的使用场景，使得原本仿四足动物的机器人拥有了像人手一样抓取物体、操控工具的能力。
综上所述，本发明提供的一种能够操控工具具有末端稳定控制功能的四足机器人结构简单、运动灵活、能在机器人自重和灵活步态之间进行合理平衡，能精准分析环境判断行走路径的同时完成抓取物体或操控工具的任务，具有极大的市场价值和市场竞争力。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种能够操控工具具有末端稳定控制功能的四足机器人，包括四足机器人(18)和机械臂(19)，其特征在于：所述的四足机器人(18)包括躯干本体(8)和四条设置在躯干本体(8)下侧且前后对称、左右对称的机械腿(20)，所述的机械臂(19)包括四自由度关节结构(21)和抓手(1)，所述的抓手(1)可拆卸的安装在四自由度关节结构(21)上，所述的四自由度关节结构(21)通过底座(13)安装在躯干本体(8)上，所述的躯干本体(8)前端设有视觉传感单元(5)，所述的躯干本体(8)上还集成有动力和控制单元。
2.根据权利要求1所述的一种能够操控工具具有末端稳定控制功能的四足机器人，其特征在于：所述的机械腿(20)包括第一连杆(6)和第二连杆(7)，所述的第一连杆(6)和第二连杆(7)之间通过第一转轴(14)连接，所述的第一连杆(6)和躯干本体(8)之间通过第二转轴(15)连接，所述的第一连杆(6)和躯干本体(8)之间设有第一液压缸(9)，所述的第一连杆(6)和第二连杆(7)之间设有第二液压缸(10)，所述的第二转轴(15)与躯干本体(8)之间设有转动杆(12)，所述的转动杆(12)与躯干本体(8)之间通过第三液压缸(11)连接。
3.根据权利要求2所述的一种能够操控工具具有末端稳定控制功能的四足机器人，其特征在于：所述的机械臂(19)包括大臂(3)、小臂(2)和抓手(1),所述的大臂(3)和底座(13)之间设有电机(4)，所述的大臂(3)在电机(4)的驱动下可绕底座(13)转动，所述的大臂(3)和小臂(2)之间设有第三转轴(16)，所述的小臂(2)和抓手(1)之间设有第四转轴(17)，所述的抓手(1)和第四转轴(17)之间为可拆卸连接。
4.根据权利要求3所述的一种能够操控工具具有末端稳定控制功能的四足机器人，其特征在于：所述的抓手(1)包括上下两个夹爪。
5.根据权利要求1所述的一种能够操控工具具有末端稳定控制功能的四足机器人，其特征在于：所述的视觉传感单元(5)为摄像机模块。
6.根据权利要求1所述的一种能够操控工具具有末端稳定控制功能的四足机器人，其特征在于：所述的躯干本体(8)上设有通孔(22)。
7.根据权利要求2所述的一种能够操控工具具有末端稳定控制功能的四足机器人，其特征在于：所述的第二连杆(7)末端设有缓冲防滑块(23)。
8.根据权利要求1-7所述的一种能够操控工具具有末端稳定控制功能的四足机器人，其特征在于：所述的动力和控制单元包括主芯片、电源模块、Wi-Fi模块/蓝牙模块、控制端口、USART、电源输出模块、传感器模块和程序下载模块。
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