CN104890760B - 一种仿恐龙机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种仿恐龙机器人，其特征在于该机器人包括头部、颈部、躯体、两条机械腿、尾部和控制机构，两条机械腿结构完全一致，对称安装在机器人躯体的两侧，头部、颈部和尾部均为整体焊接件，且头部和颈部焊接在一起；所述控制机构安装在躯体的内部，主要由八个伺服电机构成，包含两个颈部电机、两个尾部电机、两个提升电机和两个推动电机，用于控制和协调机器人的运动；所述机械腿包括提升系统、推动系统、辅助支撑系统和共同作用系统四个系统。

Description

一种仿恐龙机器人

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体为一种仿恐龙机器人。

背景技术

按照机器人的行走方式，可以将机器人分为轮式机器人、履带式机器人和足式机器人。足式机器人凭借其在行走过程中与地面的非连续接触特性表现出了很强的适应性，尤其在有障碍物的通道上或很难接近的工作场地上具有更广阔的发展前景。

当今社会，机器人已经广泛地应用于生产生活中，有设置在旅馆、餐厅的服务员、在易燃爆炸、危险作业场所的操作机器人，为家庭打扫卫生的机器人，玩具机器人等。在机器人的系列产品中，双足机器人被各种娱乐场所、旅店、餐厅等场所广泛采用。但目前的双足娱乐机器人普遍存在结构复杂，生产成本高，稳定性差等缺点，使得这种机器人不能得到广泛推广应用。

仿恐龙机器人是足式机器人中的一种。现有报道的双足机器人主要有：上海理工大学宫赤坤、温新等人设计的一种双足机器人专利申请号：201120378672.8以及榆林学院王雄等人设计的双足娱乐机器人专利申请号：201220320757.8)。上述机器人形象刻板，娱乐性低，灵活性和稳定性也较差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种仿恐龙机器人。该机器人设计巧妙、结构简单、控制容易，稳定性和灵活性均好，是一种新型的双足机器人。

本发明解决所述技术问题的技术方案是：设计一种仿恐龙机器人，该机器人包括仿形的头部、颈部、躯体、两条机械腿和尾部、以及内置的控制机构，两条机械腿结构完全一致，对称安装在机器人躯体的两侧，头部、颈部和尾部均为整体焊接件，且头部和颈部焊接在一起；所述控制机构安装在躯体的内部，主要由八个伺服电机构成，包含两个颈部电机、两个尾部电机、两个提升电机和两个推动电机，用于控制和协调机器人的运动；

所述躯体内部有上、下两层安装板，上层安装板对称安装有四个伺服电机，分别是两个颈部电机和两个尾部电机，用于协调控制与躯体相连接的颈部和尾部的上、下、左、右运动，当控制尾部的两个伺服电机同向同速驱动时，通过与伺服电机连接的平行四边形杆机构实现尾部上、下运动，其运动的方向由伺服电机转动的方向决定；当两个伺服电机反向同速驱动时，同样通过与伺服电机连接的平行四边形杆机构实现尾部的左、右运动，其运动方向同样由两个伺服电机转动方向决定，颈部的驱动系统和传动系统与尾部完全相同；通过颈部和尾部的协调运动有效地改变整个机器人的重心；下层安装板同样对称安装有四个伺服电机，分别是两个提升电机和两个推动电机，一个提升电机和一个推动电机为一组，协调控制一条机械腿的运动，其中提升电机负责机械腿的起落，推动电机负责机械腿前进和后退运动，四个伺服电机通过协调控制，实现当一条机械腿为支撑腿时，另一条腿为摆动腿，从而实现机器人的向前和向后运动；

所述机械腿包括提升系统、推动系统、辅助支撑系统和共同作用系统四个系统；所述提升系统主要包括2号提升电机和提升杆，所述2号提升电机通过螺钉与下层安装板8固定连接；所述提升杆通过减速器、法兰和2号提升电机固定连接，两者同步转动；

所述推动系统主要包括2号推动电机、1号推动杆和2号推动杆；所述2号推动电机通过螺钉固接在下层安装板上；所述1号推动杆通过减速器、法兰和2号推动电机固定连接，两者同步转动；所述2号推动杆通过轴承、轴承端盖和1号推动杆非固定连接，两者可以相对转动；

所述辅助支撑系统主要包括6号短轴、7号短轴、1号长轴、2号长轴、1号支撑杆、2号支撑杆和3号支撑杆；所述7号短轴与下层安装板的焊接在一起，固定连接；所述1号支撑杆通过轴承、轴承端盖和7号短轴非固定连接，两者可相对旋转；所述6号短轴通过轴承、轴承端盖和1号支撑杆非固定连接，两者可相对旋转；所述1号长轴和2号长轴通过螺钉与2号支撑杆和3号支撑杆固定连接；

所述共同作用系统主要包括3号连接杆、4号连接杆、脚板、3号短轴、4号短轴和5号短轴；所述3号连接杆通过轴承、轴承端盖和2号长轴非固定连接，两者可相对转动；所述3号短轴和3号连接杆焊接在一起，固定连接，同时3号短轴通过轴承、轴承端盖和2号推动杆非固定连接，两者可相对转动；所述4号连接杆通过轴承、轴承端盖和1号长轴非固定连接，两者可相对转动；所述4号短轴、5号短轴分别通过螺钉和脚板固定连接，同时4号短轴、5号短轴分别通过轴承、轴承端盖和3号连接杆、4号连接杆非固定连接，两者之间可相对转动。

本发明仿恐龙机器人的优点和积极效果是：

1、本发明是一种仿恐龙机器人，头部、颈部和尾部外形仿照恐龙的外形设计，各部分所占整体的比例和恐龙身体各部分所占整体比例相同，形象逼真，结构巧妙，由头，颈，躯干，腿，尾部组成，颈部和尾部分别用两个电机驱动，通过一组杆机构传动，实现颈部、头部以及尾部的上下、左右摆动，从而控制本发明机器人的重心在行走每一步前已经到达稳定区域，即尾部和颈部在运动之前，通过摆动已改变机器人的重心，大大的提高了机器人整体的稳定性和灵活性。

2、所设计的机械腿结构涉及仿生学领域，每条机械腿采用两个伺服电机，通过两个伺服电机的协调控制，将腿部运动分解为提升和推进两个阶段，同时在腿的末端加入了脚板，增大了腿和地面的接触面积，使机器人的运动更加稳定、快速和准确。

3、所设计的腿部四杆机构中，每条腿都设计有辅助支撑系统，可以使机器人在运动时更加稳定，并且较大幅度的提高了其负载能力。

附图说明

图1为本发明仿恐龙机器人一种实施例的整体结构示意图；

图2为本发明仿恐龙机器人一种实施例的腿部整体结构示意图；

图3为本发明仿恐龙机器人一种实施例的躯体内部上层安装板结构示意图；

图4为本发明仿恐龙机器人一种实施例的单腿关节一种角度立体结构示意图；

图5为本发明仿恐龙机器人一种实施例的单腿关节另一种角度立体结构示意图；

图6为本发明仿恐龙机器人一种实施例的腿部关节局部(图5中虚线框)立体结构示意图；

图7为本发明仿恐龙机器人一种实施例的另一种角度看腿部关节局部立体结构示意图；

图8为本发明仿恐龙机器人一种实施例的腿部脚板结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明。但本申请的权利要求保护范围不限于所述实施例的描述范围。

本发明设计的仿恐龙机器人(简称机器人，参见图1-8)，其特征在于该机器人包括仿恐龙形状的头部1、颈部2、躯体3、左、右机械腿4、5和尾部6和内置的控制机构，左、右两条机械腿4、5的结构完全一致，对称安装在机器人躯体3的两侧，头部1、颈部2和尾部6均为整体焊接件，且头部1和颈部2焊接在一起；所述控制机构安装在躯体3的内部，主要由八个伺服电机构成，包含两个颈部电机24、25、两个尾部电机14、15、两个提升电机10、11和两个推动电机9、12，用于控制和协调机器人的运动；

所述躯体3由底板7、上层安装板13、下层安装板8、1号尾部电机14、2号尾部电机15、1号颈部电机24、2号颈部电机25、1号提升电机10、1号推动电机9、12组成，躯体3内部底板7与上层安装板13通过螺钉固定在一起，上层安装板13上对称安装有四个伺服电机(即1号尾部电机14、2号尾部电机15、1号颈部电机24和2号颈部电机25)，用于协调驱和动控制与躯体相连接的颈部2和尾部6的上、下、左、右运动。下层安装板上也对称安装有四个伺服电机(即1号推动电机9、1号提升电机10、2号提升电机11和2号推动电机12)，用于协调驱动和控制两条机械腿4、5的起落和前进运动。

所述上层安装板13上安装的机构前后对称，根据对称轴分为颈部传动系统和尾部传动系统，所述尾部传动系统由1号连接板16，2号连接板23，1号连接杆17、2号连接杆22、T形杆18、1号短轴19、2号短轴21、3号连接板20、轴承、轴承端盖组成。1号尾部电机14和2号尾部电机15通过螺钉固定在上层安装板13上的立板部分，和1号连接板16和2号连接板23通过轴承、轴承端盖非固定连接，随伺服电机同步转动，当控制尾部6的两个伺服电机(即1号尾部电机14和2号尾部电机15)同向同速驱动时，两个尾部电机轴带动1号连接板16和2号连接板23同向转动，1号连接杆17、2号连接杆22分别与1号连接板16、2号连接板23通过轴承，轴承端盖非固定连接，并分别随各自的连接板同步转动，使与1号连接杆17和2号连接杆22相连接的T形杆18上下移动，进而实现尾部的上、下运动，其运动的方向由电机转动的方向决定；当两个伺服电机(1号尾部电机14和2号尾部电机15)反向同速驱动时，两个尾部电机轴带动1号连接板16和2号连接板23反向转动，1号连接杆17和2号连接杆22随1号连接板16和2号连接板23同步转动，使与1号连接杆17和2号连接杆22相连接的T形杆18旋转，通过中间机构的力传递，进而使2号短轴21被动绕其中心线转动，以此实现尾部的左、右运动，其运动方向同样由两个电机转动方向决定。颈部2的驱动系统和传动系统与尾部完全相同。通过颈部2和尾部6的协调运动有效的改变整个机器人的重心(参见图3)。

所述下层安装板8上对称安装1号提升电机10、1号推动电机9、2号提升电机11和2号推动电机12；其中，1、2号提升电机10、11负责机械腿的起落，1、2号推动电机9、12负责机械腿的向前和向后运动，四个伺服电机协调控制；当一条机械腿为支撑腿时，另一条腿为摆动腿，从而实现机器人的向前运动(参见图2)。

所述机械腿(参见图4、5、6和7)主要由2号提升电机11、2号推动电机12、下层安装板8、提升杆406、1号推动杆407、2号推动杆408、1号支撑杆409、2号支撑杆405、3号支撑杆404、3号连接杆403、4号连接杆402、脚板401、3号短轴414、4号短轴415、5号短轴416、6号短轴411、7号短轴410、1号长轴412、2号长轴413、轴承和轴承端盖等组成。

所述机械腿按功能包括四个系统，提升系统、推动系统、辅助支撑系统和共同作用系统。

所述提升系统主要包括2号提升电机11、提升杆406。所述2号提升电机11通过螺钉与下层安装板8固定连接；所述提升杆406通过减速器、法兰和2号提升电机11固定连接，两者同步转动。

所述推动系统主要包括2号推动电机12、1号推动杆407和2号推动杆408。所述2号推动电机12通过螺钉和和下层安装板8固定连接；所述1号推动杆407通过减速器、法兰和2号推动电机12固定连接，两者同步转动；所述2号推动杆408通过轴承、轴承端盖和1号推动杆407非固定连接，两者可以相对转动。

所述辅助支撑系统主要包括1号支撑杆409、2号支撑杆405和3号支撑杆404。所述7号短轴410与下层安装板8的焊接在一起，固定连接；所述1号支撑杆409通过轴承、轴承端盖和7号短轴410非固定连接，两者可相对旋转；所述6号短轴411通过轴承、轴承端盖和1号支撑杆409非固定连接，两者可相对旋转；所述1号长轴412和2号长轴413通过螺钉与2号支撑杆405和3号支撑杆404固定连接。

所述共同作用系统主要包括3号连接杆403、4号连接杆402、脚板401、3号短轴414、4号短轴415和5号短轴416。所述3号连接杆403通过轴承、轴承端盖和2号长轴413非固定连接，两者可相对转动；所述3号短轴414和3号连接杆403焊接在一起，固定连接，同时3号短轴414通过轴承、轴承端盖和2号推动杆408非固定连接，两者可相对转动；所述4号连接杆402通过轴承、轴承端盖和1号长轴412非固定连接，两者可相对转动；所述4号短轴415、5号短轴416分别通过螺钉和脚板401固定连接，同时4号短轴415、5号短轴416分别通过轴承、轴承端盖和3号连接杆403、4号连接杆402非固定连接，两者之间可相对转动。

本发明放恐龙机器人的工作或运动原理和过程是：

尾部传动系统由1号连接板16，2号连接板23，1号连接杆17、2号连接杆22、T形杆18、1号短轴19、2号短轴21、3号连接板20、轴承、轴承端盖组成。1号尾部电机14和2号尾部电机15通过螺钉固定在上层安装板13上的立板部分，和1号连接板16和2号连接板23通过轴承、轴承端盖非固定连接，随伺服电机同步转动，当控制尾部6的两个伺服电机(即1号尾部电机14和2号尾部电机15)同向同速驱动时，两个尾部电机轴带动1号连接板16和2号连接板23同向转动，1号连接杆17、2号连接杆22分别与1号连接板16、2号连接板23通过轴承，轴承端盖非固定连接，并分别随各自的连接板同步转动，使与1号连接杆17和2号连接杆22相连接的T形杆18上下移动，进而实现尾部的上、下运动，其运动的方向由电机转动的方向决定；当两个伺服电机(1号尾部电机14和2号尾部电机15)反向同速驱动时，两个尾部电机轴带动1号连接板16和2号连接板23反向转动，1号连接杆17和2号连接杆22随1号连接板16和2号连接板23同步转动，使与1号连接杆17和2号连接杆22相连接的T形杆18旋转，通过中间机构的力传递，进而使2号短轴21被动绕其中心线转动，以此实现尾部的左、右运动，其运动方向同样由两个电机转动方向决定。颈部2的驱动系统和传动系统与尾部完全相同。通过颈部2和尾部6的协调运动有效的改变整个机器人的重心

控制腿部运动的2号提升电机11和2号推动电机12两个电机同时工作。2号提升电机11转动，通过减速器、法兰和提升杆406固定连接，带动提升杆406转动，提升杆406通过2号长轴413和轴承与、3号连接杆403非固定连接，当提升杆406随2号电机转动时，带动与其非固定连接的3号连接杆403向上或者向下运动，4号连接杆402通过1号长轴412、轴承和轴承端盖与4号连接杆402非固定连接，1号长轴412和2号长轴413通过螺钉与2号支撑杆405和3号支撑杆404固定连接，从而4号连接杆402随提升杆406向上或者向下运动；同时，2号推动电机12转动，带动1号推动杆407，1号推动杆407带动2号推动杆408，2号推动杆408通过3号短轴与3号连接杆固定连接，带动3号连接杆403随2号推动杆408的运动而运动。在这个过程中，两个电机协调工作，共同作用，从而完成机器人行走运动过程。

为了提高运行过程中的稳定性，本发明的进一步特征是通过1号支撑杆409、2号支撑杆405和3号支撑杆404将3号连接杆403、4号连接杆402和下层安装板8相连接，以进一步提高腿部强度。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (2)

1.一种仿恐龙机器人，其特征在于该机器人包括仿形的头部、颈部、躯体、两条机械腿和尾部、以及内置的控制机构，两条机械腿结构完全一致，对称安装在机器人躯体的两侧，头部、颈部和尾部均为整体焊接件，且头部和颈部焊接在一起；所述控制机构安装在躯体的内部，主要由八个伺服电机构成，包含两个颈部电机、两个尾部电机、两个提升电机和两个推动电机，用于控制和协调机器人的运动；

所述躯体内部有上、下两层安装板，上层安装板对称安装有四个伺服电机，分别是两个颈部电机和两个尾部电机，用于协调控制与躯体相连接的颈部和尾部的上、下、左、右运动，当控制尾部的两个伺服电机同向同速驱动时，通过与伺服电机连接的平行四边形杆机构实现尾部上、下运动，其运动的方向由伺服电机转动的方向决定；当两个伺服电机反向同速驱动时，同样通过与伺服电机连接的平行四边形杆机构实现尾部的左、右运动，其运动方向同样由两个伺服电机转动方向决定，颈部的驱动系统和传动系统与尾部完全相同；通过颈部和尾部的协调运动有效地改变整个机器人的重心；下层安装板同样对称安装有四个伺服电机，分别是两个提升电机和两个推动电机，一个提升电机和一个推动电机为一组，协调控制一条机械腿的运动，其中提升电机负责机械腿的起落，推动电机负责机械腿前进和后退运动，四个伺服电机通过协调控制，实现当一条机械腿为支撑腿时，另一条腿为摆动腿，从而实现机器人的向前和向后运动；

所述机械腿包括提升系统、推动系统、辅助支撑系统和共同作用系统四个系统；所述提升系统主要包括2号提升电机和提升杆，所述2号提升电机通过螺钉与下层安装板固定连接；所述提升杆通过减速器、法兰和2号提升电机固定连接，两者同步转动；

所述推动系统主要包括2号推动电机、1号推动杆和2号推动杆；所述2号推动电机通过螺钉固接在下层安装板上；所述1号推动杆通过减速器、法兰和2号推动电机固定连接，两者同步转动；所述2号推动杆通过轴承、轴承端盖和1号推动杆非固定连接，两者可以相对转动；

所述辅助支撑系统主要包括6号短轴、7号短轴、1号长轴、2号长轴、1号支撑杆、2号支撑杆和3号支撑杆；所述7号短轴与下层安装板的焊接在一起，固定连接；所述1号支撑杆通过轴承、轴承端盖和7号短轴非固定连接，两者可相对旋转；所述6号短轴通过轴承、轴承端盖和1号支撑杆非固定连接，两者可相对旋转；所述1号长轴和2号长轴通过螺钉与2号支撑杆和3号支撑杆固定连接；

所述共同作用系统主要包括3号连接杆、4号连接杆、脚板、3号短轴、4号短轴和5号短轴；所述3号连接杆通过轴承、轴承端盖和2号长轴非固定连接，两者可相对转动；所述3号短轴和3号连接杆焊接在一起，固定连接，同时3号短轴通过轴承、轴承端盖和2号推动杆非固定连接，两者可相对转动；所述4号连接杆通过轴承、轴承端盖和1号长轴非固定连接，两者可相对转动；所述4号短轴、5号短轴分别通过螺钉和脚板固定连接，同时4号短轴、5号短轴分别通过轴承、轴承端盖和3号连接杆、4号连接杆非固定连接，两者之间可相对转动。

2.根据权利要求1所述的仿恐龙机器人，其特征在于通过1号支撑杆、2号支撑杆和3号支撑杆将1号连接杆、2号连接杆和下层安装板相连接。