CN103569234B

CN103569234B - 一种四足机器人单驱动多关节机体

Info

Publication number: CN103569234B
Application number: CN201310389576.7A
Authority: CN
Inventors: 俞煌颖; 雷静桃; 邵为爽; 王峰
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2013-09-02
Filing date: 2013-09-02
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2033-09-02
Also published as: CN103569234A

Abstract

本发明涉及一种四足机器人单驱动多关节机体，属于仿生机器人的技术领域。本发明包括前机体、柔性机体和后机体。柔性机体由位于最前端的单电机驱动机构、同步齿形带传动机构、连杆转动机构和环形支撑机构构成。本发明所述机构可以实现四足机器人的机体具有一定仿生性。所述的单驱动多关节机体可辅助腿机构实现四足机器人灵活原地转向功能，提高机器人适应复杂环境的机动性，具有柔性高，仿生效果好等特点。

Description

一种四足机器人单驱动多关节机体

技术领域

本发明涉及一种四足机器人单驱动多关节机体，属于机器人技术领域。

背景技术

随着机器人技术的迅猛发展，对能在复杂环境下行走的特种机器人的需求日益增加。由于四足生物在非结构环境下机动性，四足机器人代替人类在非结构环境下执行排雷、深空探测等任务，成为各国机器人学界研究的热点。

大多数四足机器人机体为刚性整体结构，虽然能通过腿机构的多自由度及复杂的运动规划来实现灵活运动，但不能满足非结构环境下机动性要求。四足机器人机体的柔顺化是提高四足机器人非结构化环境下运动机动性和平稳性的必然要求。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供了一种四足机器人单驱动多关节机体，体现四足机器人更高的结构仿生，克服了传统四足机器人运动柔性差，机体仿生欠缺的问题。即在四足机器人机体部分创新设计若干关节，以构成柔性脊椎提高四足机器人机动性。同时采用单驱动多关节机体，避免了多驱动方式实现柔性控制协调性问题。为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种四足机器人单驱动多关节机体包括一个多关节机体，该多关节机体的前后端分别与前机体和后机体相连接。四条腿对称布置于前机体和后机体的四个端部，其特征在于所述的多关节机体由若干关节组成，包括一个位于最前端的单电机驱动机构、多个同步齿形带传动机构、多个连杆机构和多个环形支撑机构构成；所述单电机驱动机构与同步齿形带机构通过连杆机构联接传动，并由环形支撑机构柔性联接。

所述的单电机驱动机构包括：电机、电机支座、螺栓1、螺栓2、支撑环1、支撑架1、联轴器、轴1、轴2、连杆1和连杆2。电机本体通过螺栓1连接至电机支座上，电机支座和支撑环1通过螺栓2连接。支撑环1通过支撑架1与连杆1相连。联轴器将电机轴和轴1相连。轴1通过螺纹与轴2相连。轴1和连杆1通过深沟球轴承1相连，使得轴1和连杆1可以相互转动。轴2通过螺栓3固连与连杆2。由于电机本体最终与连杆1是一个整体，电机的轴最终与连杆2是一个整体，当电机转动时，连杆1就相对连杆2转动。

所述的同步齿形带传动机构包括：轴3、同步齿形带轮1、同步齿形带轮2、同步齿形带轮3、同步齿形带1、同步齿形带2、键1、键2、键3、连杆3。同步齿形带轮1通过键1与轴1相连，同步齿形带轮2通过键2与轴3相连，同步齿形带轮3通过键3与轴3相连。同步齿形带轮1和同步齿形带轮2经过同步齿形带1传递。当电机带动轴1转动，同步齿形带轮1跟随轴1转动。通过同步齿形带1，使同步齿形带轮2一起转动，从而带动轴3转动。而轴3通过螺栓3与连杆3固连，这样连杆2就相对与连杆3转动。同步齿形带轮3和同步齿形带2将运动往下一节传递。

所述的连杆机构包括：连杆1、连杆2、连杆3、推力球轴承1、推力球轴承2。连杆1和连杆2通过推力球轴承1连接，连杆2和连杆3通过推力球轴承2连接。

所述的环形支撑机构包括：支撑环2、支撑架2、深沟球轴承3、深沟球轴承4、轴3、轴4、轴端弹性挡圈。水平方向，支撑环2通过支撑架2与连杆2相连，竖直方向，底部轴4与支撑环2通过深沟球轴承3相连。顶部轴3与深沟球4相连，并用轴端弹性挡圈对深沟球轴承4进行轴向限位。相邻两个支撑环之间由弹簧连接，支撑环外围包裹一层仿生皮肤，当机体运动时，外观具有一定的仿生效果。

本发明所述机构与现有机体机构相比，具有如下显而易见的创新性特点：

一、本发明改变传统四足机器人刚性机体的设计理念，设计出一款具有柔性的四足机器人机体。可扩展用于其它仿生机器人设计中。

二、本发明改变仿生蛇、仿生鱼多关节机体多驱动，涉及一种单驱动多关节机体，避免多驱动的控制协调性问题。

三、本发明所述机器人机体上设计有若干被动关节，构成柔性脊椎，提高四足机器人机动性，具有仿生性，能够实现机体的摆动。

附图说明

图1是本发明一种单驱动仿生机器人的多关节机体的示意图。

图2是本发明一种单驱动仿生机器人的多关节机体俯视图（图3）的阶梯剖视图。

图3是本发明一种单驱动仿生机器人的多关节机体俯视图。

图4是本发明一种单驱动仿生机器人的多关节机体头两节的放大图。

图5是本发明一种单驱动仿生机器人的多关节机体在图2中的断面图（B-B）。

图6是本发明一种单驱动仿生机器人的多关节机体在图2中的断面图（C-C）。

具体实施方式

下面结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细说明：

实施例1：

如图1所示，本发明四足机器人单驱动多关节机体，包括一个多关节机体（Ⅱ），该多关节机体（Ⅱ）的前后端分别与前机体(Ⅰ)和后机体(Ⅲ)相连接。四条腿对称布置于前机体(Ⅰ)和后机体(Ⅲ)的四个端部，其特征在于所述的多关节机体（Ⅱ）由若干关节组成，包括一个位于最前端的单电机驱动机构（A）、多个同步齿形带传动机构（B）、多个连杆机构（C）和多个环形支撑机构（D）构成；所述单电机驱动机构（A）与同步齿形带机构（B）通过连杆机构（C）联接传动，并由环形支撑机构（D）柔性联接。

实施例2：

参见图1、图2、图3、图4、图5、图6，本实施例与实施例一基本相同，特别之处是：

所述的单驱动四足仿生机器人的多关节机体，其特征在于所述的单电机驱动机构（A）包括：电机（1）、电机支座（21）、螺栓1（2）、螺栓2（31）、支撑环1（22）、支撑架1（23）、联轴器（3）、轴1（6）、轴2（12）、连杆1（8）和连杆2（10）。电机（1）本体通过螺栓1(2)连接至电机支座（21）上，电机支座（21）和支撑环1（22）通过螺栓2（31）连接。支撑环1（22）通过支撑架1（23）与连杆1（8）相连。联轴器（3）将电机（1）轴和轴1（6）相连。轴1（6）通过螺纹与轴2（12）相连。轴1（6）和连杆1（8）通过深沟球轴承1（7）相连，使得轴1（6）和连杆1（8）可以相互转动。轴2（12）通过螺栓3（11）固连于连杆2（10）。由于电机（1）本体最终与连杆1（8）是一个整体，电机（1）的轴最终与连杆2（10）是一个整体，当电机（1）转动时，连杆1（8）就相对连杆2（10）转动。

所述的同步齿形带传动机构（B）包括：轴3（30）、同步齿形带轮1（4）、同步齿形带轮2（15）、同步齿形带轮3（19）、同步齿形带1（17）、同步齿形带2（18）、键1（5）、键2（16）、键3(20)、连杆3（30）。同步齿形带轮1（4）通过键1（5）与轴1（6）相连，同步齿形带轮2（15）通过键2（16）与轴3（32）相连，同步齿形带轮3（19）通过键3（20）与轴3（30）相连。同步齿形带轮1（4）和同步齿形带轮2（15）经过同步齿形带1（17）传递。当电机（1）带动轴1（6）转动，同步齿形带轮1（4）跟随轴1（6）转动。通过同步齿形带1（17），使同步齿形带轮2（15）一起转动，从而带动轴3（32）转动。而轴3（30）通过螺栓3（14）与连杆3（30）固连，这样连杆2（10）就相对与连杆3（32）转动。同步齿形带轮3（19）和同步齿形带2（18）将运动往下一节传递。

所述的连杆机构（C）包括：连杆1（8）、连杆2（10）、连杆3（30）、推力球轴承1（9）、推力球轴承2（13）。连杆1（8）和连杆2（10）通过推力球轴承1（9）连接，连杆2（10）和连杆3（30）通过推力球轴承2（13）连接。

所述的环形支撑机构（D）包括：支撑环2（27）、支撑架2（24）、深沟球轴承3（26）、深沟球轴承4（28）、轴3（30）、轴4（25）、轴端弹性挡圈（29）。水平方向，支撑环2（27）通过支撑架2（24）与连杆2（10）相连，竖直方向，底部轴4（25）与支撑环2（27）通过深沟球轴承3（26）相连。顶部轴3（30）与深沟球4（28）相连，并用轴端弹性挡圈（29）对深沟球轴承4（28）进行轴向限位。相邻两支撑环2（27）之间弹簧（34）连接，支撑环2（27）外围包裹一层仿生皮肤，当机体运动时，外观具有一定仿生效果。

本发明单驱动四足仿生机器人的多关节机体工作原理，结合附图说明如下：由于电机（1）本体最终与连杆1（8）是一个整体，电机（1）的轴最终与连杆2（12）是一个整体，当电机（1）转动时，连杆1（8）就相对连杆2（10）转动。通过同步齿形带1（17），使同步齿形带轮2（15）一起转动，从而带动轴3（32）转动。而轴3（32）通过螺栓3（14）与连杆3（30）固连，这样连杆2（10）就相对与连杆3（30）转动。同步齿形带轮3（19）和同步齿形带2（18）将运动往下一节传递。

Claims

1.一种四足机器人单驱动多关节机体，包括一个多关节机体（Ⅱ），该多关节机体（Ⅱ）的前后端分别与前机体(Ⅰ)和后机体(Ⅲ)相连接，四条腿对称布置于前机体(Ⅰ)和后机体(Ⅲ)的四个端部，其特征在于所述的多关节机体（Ⅱ）由若干关节组成，包括一个位于最前端的单电机驱动机构（A）、多个同步齿形带传动机构（B）、多个连杆机构（C）和多个环形支撑机构（D）；所述单电机驱动机构（A）与同步齿形带机构（B）通过连杆机构（C）联接传动，并由环形支撑机构（D）柔性联接；

所述的单电机驱动机构（A）包括：电机（1）、电机支座（21）、螺栓1（2）、螺栓2（31）、支撑环1（22）、支撑架1（23）、联轴器（3）、轴1（6）、轴2（12）、连杆1（8）和连杆2（10），电机（1）本体通过螺栓1(2)连接至电机支座（21）上，电机支座（21）和支撑环1（22）通过螺栓2（31）连接；支撑环1（22）通过支撑架1（23）与连杆1（8）相连；联轴器（3）将电机（1）轴和轴1（6）相连；轴1（6）通过螺纹与轴2（12）相连；轴1（6）和连杆1（8）通过深沟球轴承1（7）相连，使得轴1（6）和连杆1（8）可以相互转动；轴2（12）通过螺栓3（11）固连于连杆2（10）；由于电机（1）本体最终与连杆1（8）是一个整体，电机（1）的轴最终与连杆2（10）是一个整体，当电机（1）转动时，连杆1（8）就相对连杆2（10）转动。

2.根据权利要求1所述的四足机器人单驱动多关节机体，其特征在于所述的同步齿形带传动机构（B）包括：轴3（30）、同步齿形带轮1（4）、同步齿形带轮2（15）、同步齿形带轮3（19）、同步齿形带1（17）、同步齿形带2（18）、键1（5）、键2（16）、键3(20)和连杆3（32）；同步齿形带轮1（4）通过键1（5）与所述轴1（6）相连，同步齿形带轮2（15）通过键2（16）与轴3（30）相连，同步齿形带轮3（19）通过键3（20）与轴3（30）相连；同步齿形带轮1（4）和同步齿形带轮2（15）经过同步齿形带1（17）传动，当电机（1）带动轴1（6）转动，同步齿形带轮1（4）跟随轴1（6）转动，通过同步齿形带1（17），使同步齿形带轮2（15）一起转动，从而带动轴3（30）转动；而轴3（30）通过螺栓3（14）与连杆3（32）固连，这样连杆2（10）就相对与连杆3（32）转动；同步齿形带轮3（19）和同步齿形带2（18）将运动往下一节传递。

3.根据权利要求2所述的四足机器人单驱动多关节机体，其特征在于所述的连杆机构（C）包括：所述连杆1（8）、所述连杆2（10）、所述连杆3（30）以及推力球轴承1（9）和推力球轴承2（13），所述连杆1（8）和连杆2（10）通过推力球轴承1（9）连接，所述连杆2（10）和连杆3（30）通过推力球轴承2（13）连接。

4.根据权利要求3所述的四足机器人单驱动多关节机体，其特征在于所述的环形支撑机构（D）包括：支撑环2（27）、深沟球轴承3（26）、深沟球轴承4（28）、轴4（25）和轴端弹性挡圈（29），在水平方向，支撑环2（27）通过所述支撑架2（24）与所述连杆2（10）相连，在竖直方向，底部轴4（25）与支撑环2（27）通过深沟球轴承3（26）相连；顶部所述轴3（30）与深沟球4（28）相连，并用轴端弹性挡圈（29）对深沟球轴承4（28）进行轴向限位；相邻两个支撑环2（27）之间弹簧连接，支撑环2（27）外包裹仿生皮肤，当机体运动时，外观具有一定的仿生效果。