CN210101819U - 基于五连杆机构的四足机器人 - Google Patents

Abstract

基于五连杆机构的四足机器人，包括躯干、腿、摆动机构和夹板机构；躯干为矩形框架；四条腿两两对称安装在躯干的前端两侧和后端两侧；摆动机构设置在躯干上；夹板机构固接在摆动架上，其随摆动架的摆动而在竖直平面上做弧形轨迹运动。本实用新型优点在于，腿部结构相对简单，稳定可靠，分别控制平面五连杆机构中的连杆A和连杆B转动，即可实现平面五连杆机构的变形，进而实现单条腿的向前迈、向后迈、原地踏步及平移等动作，再通过四条腿对不同动作的搭配组合即可实现四足机器人的前进、后退、转弯及原地掉头等运动功能。

Description

基于五连杆机构的四足机器人

技术领域

本实用新型涉及足式机器人技术领域，特别是一种基于五连杆机构的四足机器人。

背景技术

随着机器人技术的不断发展，足式机器人的应用领域越来越广。足式机器人具有轮式机器人无法比拟的独到之处，它利用孤立的地面支撑，而不是轮式机器人所需的连续地面支撑。足式机器人可在不平整地表稳定步行或以非接触方式规避障碍。

然而现有的足式机器人结构相对复杂，传动机构衔接繁琐。导致其制造成本偏高，电控设计难度偏大。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，而提供一种基于五连杆机构的四足机器人，它解决了现有的足式机器人结构相对复杂、传动机构衔接繁琐的问题。

本实用新型的技术方案是：基于五连杆机构的四足机器人，包括躯干、腿、摆动机构和夹板机构；

躯干为矩形框架；

四条腿两两对称安装在躯干的前端两侧和后端两侧；腿包括连杆A、连杆B、连杆C、连杆D、驱动电机A及驱动电机B，驱动电机A和驱动电机B固定安装在躯干侧边处，并处在同一水平高度，连杆A、连杆B、连杆C及连杆D依次铰接而形成平面五连杆机构，连杆A与驱动电机A的机轴连接，其在驱动电机A的驱动下摆动，进而带动平面五连杆机构变形，连杆B与驱动电机B的机轴连接，其在驱动电机B的驱动下摆动，进而带动平面五连杆机构变形；

摆动机构设置在躯干上，其包括轴座、蜗杆座、驱动电机C、转轴、涡轮、摆动架及蜗杆；轴座、蜗杆座和驱动电机C均固定安装在躯干上；转轴两端活动安装在轴座上；涡轮和摆动架均固定安装在转轴上；蜗杆一端活动安装在蜗杆座上，另一端与驱动电机C的机轴连接，并与涡轮啮合；

夹板机构固接在摆动架上，其随摆动架的摆动而在竖直平面上做弧形轨迹运动。

本实用新型进一步的技术方案是：夹板机构包括第一夹板、第二夹板、弹性元件、抵杆及转销；第一夹板与第二夹板分别在后端铰接，第一夹板上设有供抵杆穿过的通槽，第一夹板内表面上设有用于抵住抵杆的凸台，第一夹板前端设有铁块，第二夹板前端设有与第一夹板前端的铁块相对应的磁铁，定义第一夹板与第二夹板相对的一面为各自的内表面，定义第一夹板与第二夹板相背的一面为各自的外表面；弹性元件一端连接在第一夹板的内表面上，另一端连接在第二夹板的内表面上，抵杆在一端通过转销活动连接在第二夹板的前端；夹板机构可在张开状态和合拢状态之间切换，当夹板机构处在张开状态时，第一夹板与第二夹板形成50-80°的夹角，抵杆端头抵在第一夹板内表面上的凸台上，弹性元件处在拉伸状态；当夹板机构处在合拢状态时，第一夹板与第二夹板贴合，第一夹板通过前端的铁块与第二夹板前端的磁铁吸合固定，抵杆端头从第一夹板的通槽中穿出。

本实用新型再进一步的技术方案是：连杆A与连杆B与连杆C与连杆D之间的长度比为1：3：3：1。

本实用新型更进一步的技术方案是：弹性元件为橡皮筋。

本实用新型更进一步的技术方案是：连杆B与连杆C的铰接处连接有缓冲橡胶块。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

1、腿部结构相对简单，稳定可靠，每条腿包含一个平面五连杆机构，通过驱动电机A和驱动电机B分别控制平面五连杆机构中的连杆A和连杆B转动，即可实现平面五连杆机构的变形，进而实现单条腿的向前迈、向后迈、原地踏步及平移等动作，再通过四条腿对不同动作的搭配组合即可实现四足机器人的前进、后退、转弯及原地掉头等运动功能。

2、躯干上搭载摆动机构和夹板机构，摆动机构可在一定角度内摆动，以升高或降低夹板机构的高度，给用户带来方便。

3、夹板机构适于快速夹取板片类的物件，夹板机构在张开状态下通过抵杆做为触发元件，用户使用待夹持的物件拨动抵杆，使抵杆端头进入第一夹板的通槽内，夹板机构便立即在弹性元件的作用下合拢，变为合拢状态，并将待夹持的物件夹在第一夹板和第二夹板之间，即可实现快速夹取，另外，夹板机构在合拢状态下，第一夹板和第二夹板通过磁铁与铁片的配合吸附固定，以保证一定的夹持力，防止物件脱出。

以下结合图和实施例对本实用新型作进一步描述。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为躯干、摆动机构和夹板机构三者的连接关系示意图；

图3躯干与腿的连接关系示意图；

图4为夹板机构的结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

如图1-4所示，基于五连杆机构的四足机器人，包括躯干1、腿、摆动机构和夹板机构；

躯干1为矩形框架。

四条腿两两对称安装在躯干1的前端两侧和后端两侧；腿包括连杆A21、连杆B22、连杆C23、连杆D24、驱动电机A25及驱动电机B26，驱动电机A25和驱动电机B26固定安装在躯干1侧边处，并处在同一水平高度，连杆A21、连杆B22、连杆C23及连杆D24依次铰接而形成平面五连杆机构，连杆A21与驱动电机A25的机轴连接，其在驱动电机A25的驱动下摆动，进而带动平面五连杆机构变形，连杆B22与驱动电机B26的机轴连接，其在驱动电机B26的驱动下摆动，进而带动平面五连杆机构变形。

摆动机构设置在躯干1上，其包括轴座31、蜗杆座32、驱动电机C33、转轴34、涡轮35、摆动架36及蜗杆37；轴座31、蜗杆座32和驱动电机C33均固定安装在躯干1上；转轴34两端活动安装在轴座31上；涡轮35和摆动架36均固定安装在转轴34上；蜗杆37一端活动安装在蜗杆座32上，另一端与驱动电机C33的机轴连接，并与涡轮35啮合。启动驱动电机C33使蜗杆37旋转，进而带动涡轮35转动，涡轮35带动转轴34及摆动架36同步转动。

夹板机构固接在摆动架36上，其随摆动架36的摆动而在竖直平面上做弧形轨迹运动。夹板机构包括第一夹板41、第二夹板42、弹性元件43、抵杆44及转销45；第一夹板41与第二夹板42分别在后端铰接，第一夹板41上设有供抵杆穿过的通槽411，第一夹板41内表面上设有用于抵住抵杆的凸台412，第一夹板41前端设有铁块413，第二夹板42前端设有与第一夹板41前端的铁块413相对应的磁铁421，定义第一夹板41与第二夹板42相对的一面为各自的内表面，定义第一夹板41与第二夹板42相背的一面为各自的外表面；弹性元件43一端连接在第一夹板41的内表面上，另一端连接在第二夹板42的内表面上，抵杆44在一端通过转销45活动连接在第二夹板42的前端。

夹板机构可在张开状态和合拢状态之间切换，当夹板机构处在张开状态时，第一夹板41与第二夹板42形成50-80°的夹角，抵杆44端头抵在第一夹板41内表面上的凸台412上，弹性元件43处在拉伸状态；当夹板机构处在合拢状态时，第一夹板41与第二夹板42贴合，第一夹板41通过前端的铁块413与第二夹板42前端的磁铁421吸合固定，抵杆44端头从第一夹板41的通槽411中穿出。

优选，连杆A21与连杆B22与连杆C23与连杆D24之间的长度比为1：3：3：1。

优选，弹性元件43为橡皮筋。

优选，连杆B22与连杆C23的铰接处连接有缓冲橡胶块27。

优选，躯干1上设有用于限制摆动架36最大转动角度的限位架11。

简述本实用新型的步态控制方法：本实用新型可实现前进步态及原地旋转步态，控制步骤分别如下：

前进步态：1、控制躯干前端右侧腿和躯干后侧左侧腿同时向前迈出；2、再控制躯干前端左侧腿和躯干后侧右侧腿同时向前迈出，同时带动躯干向前移动一个步距，即完成前进步态控制的一个循环。

原地旋转步态：1、控制躯干前端左侧腿向后迈出一步，躯干后端右侧腿向前迈出一步，在前端左侧腿和右端后侧腿迈步的过程中，另外两条腿始终与地面接触并保持不动；2、再控制躯干前端左侧腿和躯干后端右侧腿同时在地面上摩擦移动，以返回迈步之前的状态，从而为躯干施加了一个旋转的力偶系；在前端左侧腿和后端右侧腿摩擦移动的同时，控制另外两条腿交替做竖直上下运动的原地踏步动作，即可使躯干进行旋转。

上述两种步态下的转弯仅需控制躯干两侧腿迈出的步距不一致即可实现，即差速转向。

Claims (5)

1.基于五连杆机构的四足机器人，其特征是：包括躯干(1)、腿、摆动机构和夹板机构；

躯干(1)为矩形框架；

四条腿两两对称安装在躯干(1)的前端两侧和后端两侧；腿包括连杆A(21)、连杆B(22)、连杆C(23)、连杆D(24)、驱动电机A(25)及驱动电机B(26)，驱动电机A(25)和驱动电机B(26)固定安装在躯干(1)侧边处，并处在同一水平高度，连杆A(21)、连杆B(22)、连杆C(23)及连杆D(24)依次铰接而形成平面五连杆机构，连杆A(21)与驱动电机A(25)的机轴连接，其在驱动电机A(25)的驱动下摆动，进而带动平面五连杆机构变形，连杆B(22)与驱动电机B(26)的机轴连接，其在驱动电机B(26)的驱动下摆动，进而带动平面五连杆机构变形；

摆动机构设置在躯干(1)上，其包括轴座(31)、蜗杆座(32)、驱动电机C(33)、转轴(34)、涡轮(35)、摆动架(36)及蜗杆(37)；轴座(31)、蜗杆座(32)和驱动电机C(33)均固定安装在躯干(1)上；转轴(34)两端活动安装在轴座(31)上；涡轮(35)和摆动架(36)均固定安装在转轴(34)上；蜗杆(37)一端活动安装在蜗杆座(32)上，另一端与驱动电机C(33)的机轴连接，并与涡轮(35)啮合；

夹板机构固接在摆动架(36)上，其随摆动架(36)的摆动而在竖直平面上做弧形轨迹运动。

2.如权利要求1所述的基于五连杆机构的四足机器人，其特征是：夹板机构包括第一夹板(41)、第二夹板(42)、弹性元件(43)、抵杆(44)及转销(45)；第一夹板(41)与第二夹板(42)分别在后端铰接，第一夹板(41)上设有供抵杆穿过的通槽(411)，第一夹板(41)内表面上设有用于抵住抵杆的凸台(412)，第一夹板(41)前端设有铁块(413)，第二夹板(42)前端设有与第一夹板(41)前端的铁块(413)相对应的磁铁(421)，定义第一夹板(41)与第二夹板(42)相对的一面为各自的内表面，定义第一夹板(41)与第二夹板(42)相背的一面为各自的外表面；弹性元件(43)一端连接在第一夹板(41)的内表面上，另一端连接在第二夹板(42)的内表面上，抵杆(44)在一端通过转销(45)活动连接在第二夹板(42)的前端；

夹板机构可在张开状态和合拢状态之间切换，当夹板机构处在张开状态时，第一夹板(41)与第二夹板(42)形成50-80°的夹角，抵杆(44)端头抵在第一夹板(41)内表面上的凸台(412)上，弹性元件(43)处在拉伸状态；当夹板机构处在合拢状态时，第一夹板(41)与第二夹板(42)贴合，第一夹板(41)通过前端的铁块(413)与第二夹板(42)前端的磁铁(421)吸合固定，抵杆(44)端头从第一夹板(41)的通槽(411)中穿出。

3.如权利要求2所述的基于五连杆机构的四足机器人，其特征是：连杆A(21)与连杆B(22)与连杆C(23)与连杆D(24)之间的长度比为1：3：3：1。

4.如权利要求2或3所述的基于五连杆机构的四足机器人，其特征是：弹性元件(43)为橡皮筋。

5.如权利要求4所述的基于五连杆机构的四足机器人，其特征是：连杆B(22)与连杆C(23)的铰接处连接有缓冲橡胶块(27)。

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