CN105774941A - 六足通用步行机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种六足通用步行机器人，包括机械结构和控制系统，机械结构包括机身结构和机器人腿，机身结构包括头部和机身本体，头部内设有测距摄像装置，测距摄像装置包括旋转头和前脸，前脸的内侧分别设有测距摄像模块，机身本体的上端面设有转盘，机身本体内部安装齿轮传动机构；机器人腿包括大腿、小腿和足，小腿内部间隔设有第一、第二伺服电机，机身本体上与大腿连接处设有第三伺服电机；控制系统包括多个控制电路板、电子罗盘、力传感器、电池和编码器。本发明，多足机器人转身时只需通过齿轮传动机构带动旋转头实现360度旋转，机身本体不必转动，转动灵活快速，节省时间，对环境要求低，成本低。

Description

六足通用步行机器人

技术领域

本发明涉及机器人，具体涉及六足通用步行机器人。

背景技术

随着科技的发展，人类很多具有重复性或者安全隐患的活动被机器人替代，其中多足机器人因为能适应各种复杂地形，因此在特定的应用中具有优势。但是，由于多足的步态特点，需要依靠原地踏步的方式进行转向，使多足机器人在转身时耗时较长，效率低，明显不及轮式机器人(可直接旋转)，而且机身很难保持平稳，对于摄像、测绘等应用造成很大困难,另外腿部在行走过程中不能自行检测足是否触地，影响工作状态，不能及时发现和维修，影响使用寿命。

因此，现有的多足机器人存在成本高、效率低、耗时长而且很难保持平稳的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有的多足机器人存在效率低、耗时长、寿命低而且很难保持平稳的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种六足通用步行机器人，包括机械结构和控制系统，所述机械结构包括机身结构和多个环绕所述机身结构呈辐射状对称分布的机器人腿，

所述机身结构包括头部和机身本体，所述头部内设有测距摄像装置，所述测距摄像装置包括旋转头和安装在所述旋转头前端的前脸，所述前脸的内侧分别设有测距摄像模块，所述机身本体的上端面设有转盘，所述旋转头密封扣合在所述转盘上，所述机身本体内部安装有驱动所述转盘旋转的齿轮传动机构，带动所述转盘和所述旋转头进行360度旋转；

任意一个所述机器人腿包括大腿、小腿和足，所述大腿与所述机身本体之间通过髋关节连接，所述大腿与所述小腿之间通过膝关节连接，所述小腿与所述足之间通过踝关节连接，所述小腿内部间隔设有第一伺服电机、第二伺服电机，所述第一、第二伺服电机分别连接所述膝关节和所述踝关节，并带动所述小腿和所述足分别绕所述膝关节和所述踝关节实现180度转动，所述机身本体上与所述大腿连接处设有第三伺服电机，所述第三伺服电机带动所述大腿绕所述髋关节实现180度转动；

所述控制系统包括多个分别用于控制所述机身结构和所述机器人腿动作的控制电路板，还包括电子罗盘、力传感器、电池和编码器。

在上述方案中，所述控制电路板包括安装在所述转盘上的第一控制电路板和安装在所述机身本体内部的第二控制电路板。

在上述方案中，还包括红外灯模块，所述前脸内侧设有前脸内衬板，所述测距摄像模块和所述红外灯模块安装在所述前脸内衬板上。

在上述方案中，所述传动机构包括相互啮合的主动轮和从动轮，所述主动轮由驱动电机驱动，所述驱动电机连接所述第一控制电路板，所述从动轮的中部设有旋转轴，所述旋转轴穿过所述转盘和所述第一控制电路板并带动其转动。

在上述方案中，所述机身本体包括相互扣合的机身上盖和机身下盖，所述机身本体内部的中部安装有环形固定板，所述第二控制电路板设置在所述环形固定板的上表面，所述第一伺服电机、第二伺服电机和所述第三伺服电机连接所述第二控制电路板。

在上述方案中，所述主动轮和所述从动轮安装在所述环形固定板的上端，所述驱动电机安装在所述环形固定板的下端并与所述主动轮同轴设置。

在上述方案中，所述足的触地端设有外侧呈弧形的橡胶触头，所述橡胶触头的内侧设有连接柱，所述足的内部设有到位开关，所述到位开关连接所述第二控制电路板，所述足碰触到地面时挤压所述橡胶触头，并推动所述连接柱与所述到位开关接触，激发所述到位开关开启。

在上述方案中，所述到位开关的底面上间隔设有静触块和动触块，所述动触块的底面上设有柱状的连接触头。

在上述方案中，所述连接柱包括与所述橡胶触头的内侧面贴合的柱头和向外伸出的柱杆，所述连接柱在所述橡胶触头的推动下移动时，所述柱杆碰触到所述连接触头，激发所述到位开关开启。

在上述方案中，所述机器人腿的个数为6个。

本发明，呈辐射状对称分布的机器人腿能够保持多足机器人的平衡，安全可靠，当多足机器人在行走过程中需要转身时，只需通过齿轮传动机构带动旋转头实现360度旋转，机身本体不必转动，转动灵活快速，节省时间，对环境要求低，成本低，具有很高的实用价值。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的侧视图；

图3为本发明去掉盖帽后的结构示意图；

图4为图3去掉前脸后的结构示意图；

图5为图4去掉旋转头后的结构视图；

图6为本发明中机器人腿内部的结构示意图；

图7为本发明中到位开关与橡胶触头的结构示意图；

图8为本发明中到位开关与连接柱的在接触时的状态图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做出详细的说明。

如图1、图2和图3所示，本发明提供了一种六足通用步行机器人，包括机械结构和控制系统，机械结构包括机身结构10和多个环绕机身结构10呈辐射状对称分布的机器人腿20，本发明中，优选的，机器人腿20的个数为6个，对称均匀分布在机身结构10周围。

机身结构10包括头部和机身本体60，头部包括盖帽17，头部内设有测距摄像装置，盖帽17有效保护测距摄像装置及其内部构件，避免灰尘进入，延长使用寿命，头部还设有指示灯模块，指示灯模块能够发出指示灯信号，方便人们发现机器人的位置，便于操控，另外，指示灯模块还能够发出不同颜色与亮度的光，用于指示机器人的不同状态，例如网络连接情况、低电量提醒或充电状态等，可以做出各种闪烁及呼吸效果，便于操作人员掌握工作情况，直观方便。测距摄像装置包括旋转头11和安装在旋转头11前端的前脸12，其中旋转头11的前端向上凸出设有与前脸12相匹配的前脸安装座111，前脸12嵌入安装在前脸安装座111上，保证前脸12能随着旋转头11的运动实现同步运动。

控制系统包括多个分别用于控制机身结构10和机器人腿20动作的控制电路板，还包括电子罗盘、力传感器、电池和编码器，控制电路板包括第一控制电路板14和第二控制电路板40。

结合图4和图5，前脸12内侧设有前脸内衬板15，前脸内衬板15上分别设有测距摄像模块151，测距摄像模块151能够对前脸12前方的位置信息和距离信息有效检测，并发送给控制系统，前脸内衬板15上还设有红外灯152，红外灯模块152能够在黑暗处作为红外光源，使摄像头拍摄夜视图像，还能够发射调制红外信号，用于遥控各种家用电器等。

机身本体60的上端面设有转盘13，转盘13上安装有第一控制电路板14，旋转头11密封扣合在转盘13上，机身本体60内部安装有驱动转盘13旋转的齿轮传动机构，齿轮传动机构可带动转盘13和旋转头11进行360度旋转，在机器人腿20不动的情况下，旋转头11可以直接旋转，而且可以双向无限旋转，灵活程度高。齿轮传动机构包括相互啮合的主动轮30和从动轮31，主动轮30由驱动电机驱动，驱动电机连接第一控制电路板14，由第一控制电路板14控制器开启或者关闭。从动轮31的中部设有旋转轴16，旋转轴16穿过转盘13和第一控制电路板14并带动其转动。

优选的，机身本体60包括相互扣合的机身上盖61和机身下盖62，机身本体60内部的中部安装有环形固定板63，第二控制电路板40设置在环形固定板63的上表面，主动轮30和从动轮31安装在环形固定板63的上端，驱动电机安装在环形固定板63的下端并与主动轮30同轴设置，结构紧凑，安装方便。

结合图3、图5和图6，任意一个机器人腿20包括大腿21、小腿22和足23，大腿21与机身本体60之间通过髋关节24连接，大腿21与小腿22之间通过膝关节25连接，小腿22与足23之间通过踝关节26连接，髋关节24、大腿21和膝关节25一体成型，方便加工和安装，大腿21的在水平方向的长度尺寸小于髋关节24和膝关节25的长度尺寸，大大简化了大腿21的结构，减轻了机器人腿20的整体重量，降低能耗，行走起来轻盈方便。本发明中因为机器人腿20是辐射对称的，可以在运动过程中，将前脸12面朝的方向设置为前方，因此，无论一条前足还是两条前足，或朝着某个角度任意旋转后，都能直接向前行进。

小腿22内部间隔设有第一伺服电机221和第二伺服电机222，第一伺服电机221和第二伺服电机222分别连接膝关节25和踝关节26，第一伺服电机221带动小腿22绕膝关节25实现180度转动，即向上、向下各90度转动，第二伺服电机222带动足23绕踝关节26实现180度转动，即向上、向下各90度转动，机身本体60上与大腿21连接处设有第三伺服电机41，第三伺服电机41带动大腿21绕髋关节24实现180度转动，即向左、向右各90度转动。第一伺服电机221、第二伺服电机222和第三伺服电机41连接第二控制电路板40，第一伺服电机221、第二伺服电机222和第三伺服电机41接受第二控制电路板40的控制信号实现动作。

结合图6、图7和图8，足23的触地端设有外侧呈弧形的橡胶触头231，橡胶触头231采用橡胶材质，当受到挤压时会收缩变形。橡胶触头231的内侧设有连接柱54，连接柱54包括与橡胶触头231的内侧面贴合的柱头541和向外伸出的柱杆542。足23的内部设有到位开关50，到位开关50连接第二控制电路板40，足23碰触到地面时挤压橡胶触头231，并推动连接柱54与到位开关50接触，激发到位开关50开启，并将信号传递给第二控制电路板40。

具体的，到位开关50的底面上间隔设有静触块52和动触块51，动触块51的底面上设有柱状的连接触头511，当连接柱54在橡胶触头231的推动下移动时，柱杆542碰触到连接触头511，激发到位开关50开启，到位开关50将相关信号传递给第二控制电路板40。结构简单，能够准确地检测到足23是否触地，实用价值高。

本发明，呈辐射状对称分布的机器人腿能够保持多足机器人的平衡，安全可靠，当多足机器人在行走过程中需要转身时，只需通过齿轮传动机构带动旋转头实现360度旋转，机身本体不必转动，转动灵活快速，节省时间，对环境要求低，成本低，具有很高的实用价值。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.六足通用步行机器人，包括机械结构和控制系统，其特征在于，所述机械结构包括机身结构和多个环绕所述机身结构呈辐射状对称分布的机器人腿，

所述机身结构包括头部和机身本体，所述头部内设有测距摄像装置，所述测距摄像装置包括旋转头和安装在所述旋转头前端的前脸，所述前脸的内侧分别设有测距摄像模块，所述机身本体的上端面设有转盘，所述旋转头密封扣合在所述转盘上，所述机身本体内部安装有驱动所述转盘旋转的齿轮传动机构，带动所述转盘和所述旋转头进行360度旋转；

任意一个所述机器人腿包括大腿、小腿和足，所述大腿与所述机身本体之间通过髋关节连接，所述大腿与所述小腿之间通过膝关节连接，所述小腿与所述足之间通过踝关节连接，所述小腿内部间隔设有第一伺服电机、第二伺服电机，所述第一、第二伺服电机分别连接所述膝关节和所述踝关节，并带动所述小腿和所述足分别绕所述膝关节和所述踝关节实现180度转动，所述机身本体上与所述大腿连接处设有第三伺服电机，所述第三伺服电机带动所述大腿绕所述髋关节实现180度转动；

所述控制系统包括多个分别用于控制所述机身结构和所述机器人腿动作的控制电路板，还包括电子罗盘、力传感器、电池和编码器。

2.如权利要求1所述的六足通用步行机器人，其特征在于，所述控制电路板包括安装在所述转盘上的第一控制电路板和安装在所述机身本体内部的第二控制电路板。

3.如权利要求1所述的六足通用步行机器人，其特征在于，还包括红外灯模块，所述前脸内侧设有前脸内衬板，所述测距摄像模块和所述红外灯模块安装在所述前脸内衬板上。

4.如权利要求2所述的六足通用步行机器人，其特征在于，所述齿轮传动机构包括相互啮合的主动轮和从动轮，所述主动轮由驱动电机驱动，所述驱动电机连接所述第一控制电路板，所述从动轮的中部设有旋转轴，所述旋转轴穿过所述转盘和所述第一控制电路板并带动其转动。

5.如权利要求4所述的六足通用步行机器人，其特征在于，所述机身本体包括相互扣合的机身上盖和机身下盖，所述机身本体内部的中部安装有环形固定板，所述第二控制电路板设置在所述环形固定板的上表面，所述第一伺服电机、第二伺服电机和所述第三伺服电机连接所述第二控制电路板。

6.如权利要求5所述的六足通用步行机器人，其特征在于，所述主动轮和所述从动轮安装在所述环形固定板的上端，所述驱动电机安装在所述环形固定板的下端并与所述主动轮同轴设置。

7.如权利要求2所述的六足通用步行机器人，其特征在于，所述足的触地端设有外侧呈弧形的橡胶触头，所述橡胶触头的内侧设有连接柱，所述足的内部设有到位开关，所述到位开关连接所述第二控制电路板，所述足碰触到地面时挤压所述橡胶触头，并推动所述连接柱与所述到位开关接触，激发所述到位开关开启。

8.如权利要求7所述的六足通用步行机器人，其特征在于，所述到位开关的底面上间隔设有静触块和动触块，所述动触块的底面上设有柱状的连接触头。

9.如权利要求8所述的六足通用步行机器人，其特征在于，所述连接柱包括与所述橡胶触头的内侧面贴合的柱头和向外伸出的柱杆，所述连接柱在所述橡胶触头的推动下移动时，所述柱杆碰触到所述连接触头，激发所述到位开关开启。

10.如权利要求1所述的六足通用步行机器人，其特征在于，所述机器人腿的个数为6个。