CN219312907U - 一种行走机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种行走机器人，包括轮体，在该轮体的侧面设有连接侧件，在该连接侧件上固定有输出轴，在该输出轴上设有驱动其转动的驱动机构，在该驱动机构上设有第一连接杆，在该第一连接杆的外端设有电池，在所述驱动机构上还设有第二连接杆，在该第二连接杆的外端设有螺旋桨，在所述第二连接杆上还设有驱动所述螺旋桨转动的第一电动机，所述第一连接杆、电池的整体重心到所述输出轴的连线与所述螺旋桨到所述输出轴的连线之间的位于前方的夹角为A，135°≤A≤315°，还包括控制器、陀螺仪传感器、行走控制***，所述电池为所述第一电动机、驱动机构、控制器、陀螺仪传感器提供电量。本实用新型具有结构布局合理、道路通过性好的优点。

Description

一种行走机器人

技术领域

本实用新型涉及一种行走机器人，属于机器人制造技术领域。

背景技术

随着科技的进步，以及人们对高质量生活的追求，越来越多的家居设备或玩具被实用新型了出来，但仍不能满足人们的需求。比如，随着我国出生人口的减少，总人口数量逐步进入了负增长时代，“孤独”成为了越来越多人的生活状态，为此，人们需要一款可伴随其跑步、行走的机器人，而现有的行走机器人结构复杂、成本高昂、道路通过性较差。

因此，亟需一种结构布局合理、道路通过性好的行走机器人。

实用新型内容

为了弥补现有技术的不足，本实用新型提供了一种结构布局合理、道路通过性好的行走机器人，以解决现有技术中存在的问题。

本实用新型是通过如下技术方案实现的：

一种行走机器人，包括轮体，在该轮体的侧面设有连接侧件，在该连接侧件上固定有输出轴，该输出轴位于所述轮体的轴心线上且指向所述轮体内，在该输出轴上设有驱动其转动的驱动机构，在该驱动机构上设有第一连接杆，在该第一连接杆的外端设有电池，在所述驱动机构上还设有第二连接杆，在该第二连接杆的外端设有螺旋桨，在所述第二连接杆上还设有驱动所述螺旋桨转动的第一电动机，所述第一连接杆、电池的整体重心到所述输出轴的连线与所述螺旋桨到所述输出轴的连线之间的位于前方的夹角为A，135°≤A≤315°，还包括一控制器，该控制器分别为所述第一电动机与所述驱动机构输出控制信号，在所述第一连接杆上设有陀螺仪传感器，该陀螺仪传感器将所述第一连接杆的倾斜角度数据传输给所述控制器，还包括一行走控制***，该行走控制***将指令信号传输给控制器；所述电池为所述第一电动机、驱动机构、控制器、陀螺仪传感器提供电量；所述电池、第一连接杆的重力之和为G1，所述电池、第一连接杆的重心与所述输出轴之间的距离为L1，所述第二连接杆、第一电动机、螺旋桨的重力之和为G2，所述第二连接杆、第一电动机、螺旋桨的重心与所述输出轴之间的距离为L2，G1×L1>1.3×G2×L2。

进一步优化的，180°≤A≤270°。

进一步优化的，所述驱动机构包括设于所述输出轴上的减速机，以及驱动该减速机转动的第二电动机，所述第一连接杆与所述第二连接杆均固定于所述减速机上。

进一步优化的，所述轮体为圆形圈体，所述连接侧件为自所述轮体边缘处向内延伸的连接板。

进一步优化的，所述轮体为铝合金材质，在所述轮体的***设有橡胶层，在该橡胶层上设有防滑纹。

进一步优化的，所述轮体包括多个周向排布的弧形板，所述连接侧件包括多个呈辐条状排布的腿部单元，该腿部单元的数量等于所述弧形板的数量，该腿部单元包括相互铰接的第一支腿杆与第二支腿杆，所述第一支腿杆的内端固定于所述输出轴上，所述第二支腿杆的外端铰接于所述弧形板的内侧面上，在所述第一支腿杆与所述第二支腿杆之间的夹角内连接有第一伸缩弹簧，在所述第二支腿杆与所述弧形板之间的夹角内连接有第二伸缩弹簧，所述第一伸缩弹簧与所述第二伸缩弹簧位于所述第二支腿杆的两侧。

进一步优化的，所述连接侧件的数量为两个，该两个连接侧件分别对称分布于所述轮体的两侧，所述输出轴贯穿所述驱动机构设置，所述输出轴的两端分别与两侧的所述连接侧件相固定，相对设于所述轮体两侧的第二支腿杆外端铰接于同一弧形板上。

进一步优化的，所述行走控制***包括手持遥控器，在该手持遥控器与所述控制器之间连接有控制线，所述连接侧件的数量为一个。

进一步优化的，所述行走控制***包括手持遥控器，在所述第一连接杆上设有遥控信号接收器，该遥控信号接收器将接收的所述手持遥控器发出的指令信号传输给所述控制器。

本实用新型的有益效果是：

所述输出轴可转动的设于所述驱动机构中，其外端固定连接于所述连接侧件上，如此，所述驱动机构的驱动力可通过输出轴、连接侧件传导至轮体上。所述输出轴位于所述轮体的轴心线上，当轮体在路面上滚动时，该输出轴不会上下“颠簸”。由于G1×L1>1.3×G2×L2，所述电池在重力的作用下，始终位于下方，从而避免所述驱动机构发生“空转”现象。

2.在所述驱动机构的驱动下，当该第一连接杆的下端向前摆动时，会给本机器人一个向前移动的推力，当该第一连接杆的下端向后摆动时，会给本机器人一个向后移动的推力（或减速），此外，该第一连接杆的下端摆动的角度越大，其提供的推力越强。所述陀螺仪传感器会将所述第一连接杆的倾斜角度数据传输给所述控制器，所述控制器会根据所述第一连接杆的倾斜角度数据计算出本机器人在前后方向上的运行状态。当所述行走控制***下达加速或减速的指令时，所述控制器可通过调节所述第一连接杆的倾斜角度而实现。

3.本机器人通过陀螺仪传感器获取左右倾角后，依靠轮体的转动惯量和螺旋桨提供的侧向力维持平衡直行或者稳定转弯，即使轮体较窄也可维持其竖直行走状态，因此，轮体是否为可单独直立行走对本机器人的功能没有影响，但如果轮体较窄，在开始行走时，需给其一初速度；而轮胎较宽时，则不存在这个问题，因为即使其停止时，也可竖直立于路面上。

4.当本机器人需要转弯时，所述螺旋桨提供的侧向力为其提供了可能性，该侧向力可使得所述轮体侧向倾斜一定的角度。此外，由于本机器人为单轮结构，当所述轮体转动时，必然会产生转动惯量，当所述螺旋桨位于轮体的前侧（一般情况下是指A<180°，但当所述第一连接杆倾斜时，则可能略有浮动）时，转动惯量产生的侧向力与所述螺旋桨产生的侧向力方向相反，特别是当所述夹角A<135°时，转弯和维持平衡的能力很弱，所以本专利将夹角A限定为大于等于135°。相反，当所述螺旋桨位于轮体的后侧（一般情况下是指A>180°，但当所述第一连接杆倾斜时，则可能略有浮动）时，转动惯量产生的侧向力与所述螺旋桨产生的侧向力方向相同，从而使得轮体具备更好的稳定性，进而实现轮体的正常转弯。但是当A>315°时，由于所述螺旋桨处于极低的位置，不足以产生足够的侧向力，从而不足以维持轮体的平衡与转弯，因此，本专利将A的角度限定为：135°≤A≤315°，具体可用以下公式进行论述：

总侧向力=(R-L×cosθ)×F-F×sinθ×L=F×(R-L×cosθ-sinθ×L)=F×(R-L×(cosθ+sinθ))

其中：R为轮体半径，L为螺旋桨轴心到输出轴的距离，F为螺旋桨产生的推力，θ为前进方向上螺旋桨轴心到输出轴连线与轮体垂直地面轴线的夹角。

当θ<135°时，总侧向力存在负效果；当135°≤θ<225°时，总侧向力不断增大；当θ=225°时，总侧向力最大，转弯效果最好；当225°<θ<315°时，总侧向力不断减小；当315°<θ<360°时，总侧向力同样存在负效果。

5.由于本行走机器人中的轮***于***，其半径规格较大，从而使其具有更优的道路通过性。

综上，本实用新型具有结构布局合理、道路通过性好的优点，适于广泛推广应用。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的立体结构示意图；

图2为本实用新型实施例一的部分结构示意图；

图3为图2中A部的结构放大示意图；

图4为本实用新型实施例二的立体结构示意图；

图5为本实用新型实施例二的部分结构示意图。

图中：1为轮体，2为连接侧件，3为输出轴，4为驱动机构，5为第一连接杆，6为电池，7为第二连接杆，8为第一电动机，9为螺旋桨，10为控制器，11为陀螺仪传感器，12为行走控制***，13为减速机，14为第二电动机，15为橡胶层，16为防滑纹，17为弧形板，18为腿部单元，19为第一支腿杆，20为第二支腿杆，21为第一伸缩弹簧，22为第二伸缩弹簧，23为手持遥控器，24为控制线，25为遥控信号接收器。

具体实施方式

为能清楚说明本技术方案的技术特点，下面通过具体实施方式1-2，并结合其附图，对本实用新型进行详细阐述。

实施例

参见附图1-3，本实施方式提供了一种行走机器人，包括轮体1，在该轮体1的侧面设有连接侧件2，在该连接侧件2上固定有输出轴3，该输出轴3位于所述轮体1的轴心线上且指向所述轮体1内，在该输出轴3上设有驱动其转动的驱动机构4，在该驱动机构4上设有向下的第一连接杆5，在该第一连接杆5的下端设有电池6，在所述驱动机构4上还设有第二连接杆7，在该第二连接杆7的外端设有第一电动机8以及受该第一电动机8驱动的螺旋桨9，该螺旋桨9的轴心线平行于所述轮体1的轴心线，所述第一连接杆5与所述第二连接杆7之间位于前方的夹角为A，A=180°，还包括一控制器10，该控制器10分别为所述第一电动机8与所述驱动机构4输出控制信号，在所述第一连接杆5上设有陀螺仪传感器11，该陀螺仪传感器11将所述第一连接杆5的倾斜角度数据传输给所述控制器10，还包括一行走控制***12，该行走控制***12将指令信号传输给控制器10；所述电池6为所述第一电动机8、驱动机构4、控制器10、陀螺仪传感器11提供电量；所述电池6、第一连接杆5的重力之和为G1，所述电池6、第一连接杆5的重心与所述输出轴3之间的距离为L1，所述第二连接杆7、第一电动机8、螺旋桨9的重力之和为G2，所述第二连接杆7、第一电动机8、螺旋桨9的重心与所述输出轴之间的距离为L2，G1×L1=3×G2×L2。所述驱动机构4包括设于所述输出轴3上的减速机13，以及驱动该减速机13转动的第二电动机14，所述第一连接杆5与所述第二连接杆7均固定于所述减速机13上。所述轮体1为圆形圈体，所述连接侧件2为自所述轮体1边缘处向内延伸的连接板。所述轮体1为铝合金材质，在所述轮体1的***设有橡胶层15，在该橡胶层15上设有防滑纹16。所述行走控制***12包括手持遥控器23，在该手持遥控器23与所述控制器10之间连接有控制线24，所述连接侧件2的数量为一个。

工作原理：当本行走机器人需要加速时，调节所述手持遥控器23，该手持遥控器23将该指令信号通过控制线24传递给所述控制器10，该控制器10接收该指令信号后，向所述第二电动机14发出控制信号，在该第二电动机14的驱动下，所述第一连接杆5的下端会向前摆动，从而使得整个行走机器人的重心前移，从而使得本行走机器人加速前行。相反，当需要减速时，可控制所述第一连接杆5的下端会向后摆动，从而实现减速。所述陀螺仪传感器11的设置，可使得所述控制器10时刻监督所述第一连接杆5的倾斜角度。本实施例中，G1×L1等于三倍的G2×L2，可为本行走机器人提供更大前行驱动力。实际G1×L1之积越大于G2×L2之积，其可为本行走机器人提供越大的前行驱动力。

当本行走机器人需要向左侧转弯时，可通过行走控制***12、控制线24、控制器10，控制所述第一电动机8转动，进而驱动所述螺旋桨9旋转，为轮体1提供一个向左的侧向力，在该侧向力的推动下，所述轮体1会向左侧倾斜一定的角度，除此侧向力外，所述轮体1的转动惯量也会产生一个侧向力，在该两个侧向力的作用下，从而实现向左转弯。如需向右转弯，道理相同。在本行走机器人正常行走时（即：不加速且不减速），为克服风阻，所述第一连接杆5会向前侧倾斜一定的角度，通常而言，速度越快，风阻越大，倾斜的角度也更大，本专利也可通过将轮体1设置为镂空结构，从而降低风阻。

所述轮体1为铝合金材质的结构设计，即保证了轮体具备一定的结构强度，也使其具备一定的重量，维持稳定行走的转动惯量，从而保证本行走机器人的行走稳定性。橡胶层15可使得本行走机器人具备更好的减震作用。所述防滑纹16可提高抓地力。所述连接侧件2的数量为一个，可避免所述控制线24缠绕于其中。

实施例

参见附图4-5，本实施方式同样提供了一种行走机器人，所述轮体1包括多个周向排布的弧形板17，所述连接侧件2包括多个呈辐条状排布的腿部单元18，该腿部单元18的数量等于所述弧形板17的数量，该腿部单元18包括相互铰接的第一支腿杆19与第二支腿杆20，所述第一支腿杆19的内端固定于所述输出轴3上，所述第二支腿杆20的外端铰接于所述弧形板17的内侧面上，在所述第一支腿杆19与所述第二支腿杆20之间的夹角内连接有第一伸缩弹簧21，在所述第二支腿杆20与所述弧形板17之间的夹角内连接有第二伸缩弹簧22，所述第一伸缩弹簧21与所述第二伸缩弹簧22位于所述第二支腿杆20的两侧。所述连接侧件2的数量为两个，该两个连接侧件2分别对称分布于所述轮体1的两侧，所述输出轴3贯穿所述驱动机构4设置，所述输出轴3的两端分别与两侧的所述连接侧件2相固定，相对设于所述轮体1两侧的第二支腿杆20外端铰接于同一弧形板17上。所述行走控制***12包括手持遥控器23，在所述第一连接杆5上设有遥控信号接收器25，该遥控信号接收器25将接收的所述手持遥控器23发出的指令信号传输给所述控制器10。其他结构与实施例一完全相同，在此不再赘述。

工作原理：所述第一支腿杆19、第二支腿杆20、弧形板17、第一伸缩弹簧21以及第二伸缩弹簧22的组合结构设计，使本行走机器人不但在前后方向上具备一定的弹性，而且在半径方向上也具备一定的伸缩弹性。从而使得本行走机器人具备较强的减震功能与道路通过性。本实施例二中所述连接侧件2的数量为两个，其实也可为一个（如果为一个，在设计时，需保证左右方向上的重量平衡）。该结构设计降低了本实施例的风阻。其他方面的工作原理与实施例一相同。

综上，本实施例具有结构布局合理、道路通过性好的优点，适于广泛推广应用。

本实用新型未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种行走机器人，其特征在于，包括轮体，在该轮体的侧面设有连接侧件，在该连接侧件上固定有输出轴，该输出轴位于所述轮体的轴心线上且指向所述轮体内，在该输出轴上设有驱动其转动的驱动机构，在该驱动机构上设有第一连接杆，在该第一连接杆的外端设有电池，在所述驱动机构上还设有第二连接杆，在该第二连接杆的外端设有螺旋桨，在所述第二连接杆上还设有驱动所述螺旋桨转动的第一电动机，所述第一连接杆、电池的整体重心到所述输出轴的连线与所述螺旋桨到所述输出轴的连线之间的位于前方的夹角为A，135°≤A≤315°，还包括一控制器，该控制器分别为所述第一电动机与所述驱动机构输出控制信号，在所述第一连接杆上设有陀螺仪传感器，该陀螺仪传感器将所述第一连接杆的倾斜角度数据传输给所述控制器，还包括一行走控制***，该行走控制***将指令信号传输给控制器；所述电池为所述第一电动机、驱动机构、控制器、陀螺仪传感器提供电量；所述电池、第一连接杆的重力之和为G1，所述电池、第一连接杆的重心与所述输出轴之间的距离为L1，所述第二连接杆、第一电动机、螺旋桨的重力之和为G2，所述第二连接杆、第一电动机、螺旋桨的重心与所述输出轴之间的距离为L2，G1×L1>1.3×G2×L2。

2.根据权利要求1所述的行走机器人，其特征在于，180°≤A≤270°。

3.根据权利要求1所述的行走机器人，其特征在于，所述驱动机构包括设于所述输出轴上的减速机，以及驱动该减速机转动的第二电动机，所述第一连接杆与所述第二连接杆均固定于所述减速机上。

4.根据权利要求1所述的行走机器人，其特征在于，所述轮体为圆形圈体，所述连接侧件为自所述轮体边缘处向内延伸的连接板。

5.根据权利要求4所述的行走机器人，其特征在于，所述轮体为铝合金材质，在所述轮体的***设有橡胶层，在该橡胶层上设有防滑纹。

6.根据权利要求1所述的行走机器人，其特征在于，所述轮体包括多个周向排布的弧形板，所述连接侧件包括多个呈辐条状排布的腿部单元，该腿部单元的数量等于所述弧形板的数量，该腿部单元包括相互铰接的第一支腿杆与第二支腿杆，所述第一支腿杆的内端固定于所述输出轴上，所述第二支腿杆的外端铰接于所述弧形板的内侧面上，在所述第一支腿杆与所述第二支腿杆之间的夹角内连接有第一伸缩弹簧，在所述第二支腿杆与所述弧形板之间的夹角内连接有第二伸缩弹簧，所述第一伸缩弹簧与所述第二伸缩弹簧位于所述第二支腿杆的两侧。

7.根据权利要求6所述的行走机器人，其特征在于，所述连接侧件的数量为两个，该两个连接侧件分别对称分布于所述轮体的两侧，所述输出轴贯穿所述驱动机构设置，所述输出轴的两端分别与两侧的所述连接侧件相固定，相对设于所述轮体两侧的第二支腿杆外端铰接于同一弧形板上。

8.根据权利要求1所述的行走机器人，其特征在于，所述行走控制***包括手持遥控器，在该手持遥控器与所述控制器之间连接有控制线，所述连接侧件的数量为一个。

9.根据权利要求1所述的行走机器人，其特征在于，所述行走控制***包括手持遥控器，在所述第一连接杆上设有遥控信号接收器，该遥控信号接收器将接收的所述手持遥控器发出的指令信号传输给所述控制器。

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