CN103909993A - 一种四足杠杆腿结构伺服机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种逻辑控制机械，具体涉及一种四足杠杆腿结构伺服机器人，本发明包括用于攀爬与行走的腿部装置、用于固定腿部装置的横框躯干装置以及设置在横框躯干装置上的PLC控制器；所述腿部装置设置在横框躯干装置的四个边角上，本发明腿部采用三段杠杆连接的形式，通过电机转动控制杠杆，当运动传递至支点时，即可完成腿部的提升与下沉；本发明结构仿生，其行为可以涵盖明确的姿态语言，便于人机互动，极大地提高了机器人的使用范围。

Description

一种四足杠杆腿结构伺服机器人

技术领域

本发明涉及一种逻辑控制机械，具体涉及一种四足杠杆腿结构伺服机器人。

背景技术

利用传感器和逻辑控制系统操控机械手臂，完成预定工作指令和任务，是目前机器人进行动作所常用的手法。

中国专利公开了一种“防盗电子狗”（公告号为：CN 203102505U），其缺点如下：采用传感器和逻辑控制能完成对感应区的控制，但这种控制仅限于固定位置的控制；电子狗不能根据控制指令移动，并进行自主反馈运动，这极大地限制了其使用范围。而且目前的机器人多以履带和轮式为主，机器人在工作时对地形要求很高，适应地形能力较差，对于楼梯、洼地等地形则丧失攀爬能力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、控制方便准确、移动灵活、攀爬能力强的四足杠杆腿结构伺服机器人。

为解决以上技术问题，本发明采用如下技术方案：本发明包括用于攀爬与行走的腿部装置、用于支撑腿部装置的横框躯干装置以及设置在横框躯干装置上的PLC控制器；所述腿部装置设置在横框躯干装置的四个边角上。

所述横框躯干装置包括纵杆、横杆和连杆；所述纵杆两端与横杆两端相互连接，所述连杆设置在纵杆与横杆上。

所述腿部装置包括第一杠杆、第二杠杆、第三杠杆、第一支杆、第二支杆、第三支杆、第一电机、第二电机以及第三电机；所述第一支杆、第二支杆以及第三支杆依次顺序铰接，所述第二杠杆中部呈螺旋状；所述第一支杆与第一杠杆下端铰接，所述第三杠杆穿过第二支杆中部螺旋分别与第一支杆、第三支杆相互铰接，且第三杠杆的上端穿过与第一支杆的交点并与第二杠杆铰接；所述第二支杆两端分别与第一支杆、第三支杆铰接，所述第二杠杆分别与第一杠杆、第三杠杆相互铰接；所述第一电机设置在横框躯干上，所述第二电机、第三电机均设置在第一支杆上；所述第一电机输出端与第二电机相连，所述第二电机输出端与第一支杆相连，所述第三电机输出端与第一杠杆相连。

所述PLC控制器的型号为 arduino atmega328。

所述第一电机、第二电机以及第三电机的型号均为银燕ES08A 。 

本发明的积极效果如下：本发明每条腿均采用三个电机驱动，三个电机分别控制三个自由度，这就能使腿部运动灵活自如，能完成前后、左右、上下运动；本发明采用PLC以及芯片控制，这就使得运动精确，控制灵敏，由PLC直接连接电机也能极大地减小回程误差，这就保证了运动的平稳精确；本发明腿部采用三段杠杆连接的形式，通过电机转动控制杠杆，当运动传递至支点时，即可完成腿部的提升与下沉功能；本发明结构仿生，其行为可以涵盖明确的姿态语言，便于人机互动，极大地提高了机器人的使用范围。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明腿部装置结构示意图；

图3为本发明腿部支杆连接结构示意图；

图4为本发明电机连接结构示意图；

图5为本发明腿部伸缩结构示意图；

图6为本发明腿部杠杆与支杆连接结构示意图；

在图中： 1-1第一电机、1-2第二电机、1-3第三电机、2-1第一支杆、2-2第二支杆、2-3第三支杆、3-1第一杠杆、3-2第二杠杆、3-3第三杠杆、4-1纵杆、4-2横杆、4-3连杆、5PLC控制器。

具体实施方式

如图1、２、３、４、5、6所示，本发明包括用于攀爬与行走的腿部装置、用于固定腿部装置的横框躯干装置以及设置在横框躯干装置上的PLC控制器5；所述腿部装置设置在横框躯干装置的四个边角上。所述横框躯干装置包括纵杆4-1、横杆4-2和连杆4-3；所述纵杆4-1两端与横杆4-2两端相互连接，所述连杆4-3设置在纵杆4-1与横杆4-2上。所述第一支杆2-1、第二支杆2-2以及第三支杆2-3依次顺序铰接，所述第二支杆2-2中部呈螺旋状；所述第一支杆2-1与第一杠杆3-1下端铰接，所述第三杠杆3-3穿过第二支杆2-2中部螺旋分别与第一支杆2-1、第三支杆2-3相互铰接，且第三杠杆3-3的上端穿过与第一支杆2-1的交点并与第二杠杆3-2铰接；所述第二支杆2-2两端分别与第一支杆2-1、第三支杆2-3铰接，所述第二杠杆3-2分别与第一杠杆3-1、第三杠杆3-3相互铰接；所述第一电机1-1设置在横框躯干上，所述第二电机1-2、第三电机1-3均设置在第一支杆2-1上；所述第一电机1-1输出端与第二电机1-2相连，所述第二电机1-2输出端与第一支杆2-1相连，所述第三电机1-3输出端与第一杠杆3-1相连。所述PLC控制器5的型号为 arduino atmega328。所述第一电机1-1、第二电机1-2以及第三电机1-3采用直流伺服电机，且型号为银燕ES08A 。

本发明第一电机1-1通过旋转与第二电机1-2相连的驱动臂控制腿部的“劈叉”动作，即实现腿部的张开和闭合运动；第二电机1-2与第一支杆2-1连接，第二电机1-2通过旋转与第一支杆2-1相连的驱动臂控制腿部的“迈步”动作，即实现腿部的前进与后退运动；第三电机1-3与第一杠杆3-1相连，第三电机1-3通过旋转与第一杠杆3-1相连的驱动臂控制腿部的“提升”动作，即实现腿部的伸缩运动。 

本发明第三电机1-3驱动臂旋转时，驱动第一杠杆3-1转动，进而带动第二杠杆3-2撬动第三杠杆3-3，同时由第二支杆2-2与第三杠杆3-3合力撬动第三支杆2-3，使腿部最末端产生由杠杆折叠引起的伸缩位移。

使用本发明时，使PLC接到电源，机器人处于通电状态，由于第一电机1-1、第二电机1-2以及第三电机1-3通电，机器人处于工作状态，三个电机分别控制三个不同的旋转自由度，根据PLC控制器中的控制数据分别完成不同的动作。

本发明可加装无线传输模块、图像与声音传感器、加速度传感器和以及指南针传感器，可在机器人横框躯干结构上加装机械臂对物体进行抓取与释放，机器人在行动时可采集图像与声音信息,姿态,方向，加速度等数据，并传至上位机，上位机根据当前姿态和机器人周边实地情况与人为的图像和语音指令完成控制机器人下一步动作的运算，并推送控制信息至机器人PLC，实现四腿联动，所述指南针传感器为HMC5883L，所述加速度传感器为MMA8452。

以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一种四足杠杆腿结构伺服机器人，其特征在于:其包括用于攀爬与行走的腿部装置、用于固定腿部装置的横框躯干装置以及设置在横框躯干装置上的PLC控制器（5）；所述腿部装置设置在横框躯干装置的四个边角上。

2.根据权利要求1所述的一种四足杠杆腿结构伺服机器人，其特征在于：所述横框躯干装置包括纵杆（4-1）、横杆（4-2）和连杆（4-3）；所述纵杆（4-1）两端与横杆（4-2）两端相互连接，所述连杆（4-3）设置在纵杆（4-1）与横杆（4-2）上。

3.根据权利要求1或2所述的一种四足杠杆腿结构伺服机器人，其特征在于：所述腿部装置包括第一杠杆（3-1）、第二杠杆（3-2）、第三杠杆（3-3）、第一支杆（2-1）、第二支杆（2-2）、第三支杆（2-3）、第一电机（1-1）、第二电机（1-2）以及第三电机（1-3）；

所述第一支杆（2-1）、第二支杆（2-2）以及第三支杆（2-3）依次顺序铰接，所述第二支杆（2-2）中部呈螺旋状；

所述第一支杆（2-1）与第一杠杆（3-1）下端铰接，所述第三杠杆（3-3）穿过第二支杆（2-2）中部螺旋分别与第一支杆（2-1）、第三支杆（2-3）相互铰接，且第三杠杆（3-3）的上端穿过与第一支杆（2-1）的交点并与第二杠杆（3-2）铰接；所述第二支杆（2-2）两端分别与第一支杆（2-1）、第三支杆（2-3）铰接，所述第二杠杆（3-2）分别与第一杠杆（3-1）、第三杠杆（3-3）相互铰接；

所述第一电机（1-1）设置在横框躯干上，所述第二电机（1-2）、第三电机（1-3）均设置在第一支杆（2-1）上；所述第一电机（1-1）输出端与第二电机（1-2）相连，所述第二电机（1-2）输出端与第一支杆（2-1）相连，所述第三电机（1-3）输出端与第一杠杆（3-1）相连。

4.根据权利要求1所述的一种四足杠杆腿结构伺服机器人，其特征在于：所述PLC控制器（5）的型号为 arduino atmega328。

5.根据权利要求3所述的一种四足杠杆腿结构伺服机器人，其特征在于：所述第一电机（1-1）、第二电机（1-2）以及第三电机（1-3）的型号均为银燕ES08A 。