CN105835984A - 一种六足仿生机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种六足仿生机器人，包括躯体框架、安装于所述躯体框架内的控制器及供电电源，与现有技术不同的是，还包括驱动机器人行走的六组行走装置；所述行走装置为整体组装式结构，可整体安装于所述躯体框架内或者从所述躯体框架内整体拆卸；六组所述行走装置分别固定于所述躯体框架前部、中部、后部的两侧，并且前部两侧、中部两侧、后部两侧的所述行走装置交错布置。这种机器人结构更加合理，方便拆装，同时易于实现精确控制。
Description
技术领域
本发明涉及到移动机器人领域，尤其涉及到一种应用于野外复杂地形的六足弧形腿式爬行机器人。
背景技术
在军事侦查、地质勘探、野外救援等室外场景下，环境复杂，地貌未知且多变，可适应野外地形的特种机器人应运而生。当前可用于野外场景的机器人主要有轮式、履带式、仿生多足式等形式。因为腿是大自然进化的产物，对野外复杂地形具有天然的适应性，所以其中以多足式机器人的地形适应能力最佳，但其又有构造复杂、重量大、关节数多、不易维护等缺点。
对现有专利检索发现，专利申请公开号：CN 104608838 A,名称：一种六足轮腿式爬行仿生机器人，该发明采用可调式躯干、可调式轮腿实现六足爬行机器人。其缺点主要有：轮腿齿轮条暴露在外易损坏；腿部安装复杂、不易拆卸；三段可调式躯干设计导致结构复杂、重量增加、机动性降低。
检索还发现，专利申请公开号：CN 102267509 A,名称：对称式仿生六足行走装置，该发明的采用双电机齿轮传动方式实现多足，其缺点主要有：依靠齿轮传动无法精确控制各足位置,步态单一；驱动力矩小越障能力有限、承载力差。
因此，如何解决多足机器人的结构复杂、拆卸不便及精确控制问题，是本领域人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种六足仿生机器人，这种机器人结构更加合理，方便拆装，同时易于实现精确控制。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种六足仿生机器人，包括躯体框架、安装于所述躯体框架内的控制器及供电电源，与现有技术不同的是，还包括驱动机器人行走的六组行走装置；所述行走装置为整体组装式结构，可整体安装于所述躯体框架内或者从所述躯体框架内整体拆卸；六组所述行走装置分别固定于所述躯体框架前部、中部、后部的两侧，并且前部两侧、中部两侧、后部两侧的所述行走装置交错布置。
本发明的有益效果是：由于这种多足机器人的腿多，所以相应的驱动部件也随之增多，采用整体组装式结构的行走装置可以大大提升安装与拆卸的工作效率，并且通过行走装置的交错布置，在同等躯干宽度下，相比对称布局，可容下更大尺寸电机，从而使机器人在不增加躯体框架重量的同时，可拥有更高扭矩，以增强负载能力、越障能力、脱困能力。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述行走装置包括电机、减速箱、传动轴、仿生髋及C形腿，所述电机的输出端与所述减速箱的输入端连接，所述减速箱的输出端与所述传动轴的一端固定连接，所述传动轴的另一端与所述仿生髋固定连接，所述C形腿固定安装于所述仿生髋外侧。
采用上述进一步方案的有益效果是，行走装置整体组装，由电机直接驱动C形腿，可以大大简化机器人的内部结构，使结构更加合理，而且由于行走装置的错位安装，可以为电机提供更加宽敞的空间，进而可以选择型号更大的电机，以提高功率，加大机器人的负载能力、越障能力。
进一步，所述仿生髋上具有一个孔形结构及与所述C形腿相适应的弧形连接段，所述传动轴伸入该孔内与其配合连接；所述弧形连接段上设有第一螺纹孔和第二螺纹孔，所述第一螺纹孔贯穿到所述孔形结构内，并且所述传动轴上设有一个与所述第一螺纹孔相对应的安装螺孔，所述C形腿上开设有与所述第一螺纹孔对应的第三螺纹孔及与所述第二螺纹孔相对应的第四螺纹孔，所述C形腿通过两个螺钉与所述仿生髋及所述传动轴固定连接。
采用上述进一步方案的有益效果是，仿生髋具有弧形连接段，可以增加与C形腿的接触面积，保证C形腿与仿生髋连接牢靠。传动轴、仿生髋及C形腿三者之间仅通过两个螺钉即可固定为一个整体，安装简便、拆卸容易。
进一步，所述行走装置还包括减速箱固定座、轴承座及轴承，所述减速箱固定于所述减速箱固定座，所述轴承安装于所述轴承座内，所述传动轴穿过所述轴承，所述减速箱固定座及所述轴承座上还设有供螺栓或螺钉穿过的通孔，所述躯体框架底部设有与所述通孔相对应的螺纹孔。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过减速箱固定座及轴承座，可以把行走装置整体按预定位置固定在躯体框架上，实现整体拆卸、整体安装。
进一步，所述行走装置还包括安装于电机尾部的角度传感器、安装于所述传动轴外部的零点位置指示器及与所述零点位置指示器配合使用的光电感应开关，所述传动轴旋转时带动所述零点位置指示器旋转，每转360度触发一次光电感应开关，所述角度传感器及所述光电感应开关均与所述控制器电路连接。
进一步，还包括安装于所述躯体框架内与所述控制器电路连接的六个电机驱动器，六个所述电机驱动器分别一一对应与六个所述电机连接，通过控制器控制所述电机驱动器进而驱动所述电机工作。
采用上述两步进一步方案的有益效果是，通过角度传感器、零点位置指示器及与光电感应开关，再通过制器控制所述电机驱动器进而驱动所述电机工作，可以精确的实现每一个行走装置中C形腿的旋转控制，包括转速、转向等，进而通过六个C形腿的配合实现各种姿态及行走速度等操作。
进一步，所述供电电源为两块电池，安装于所述躯体框架的中部，并且两块电池所形成的整体的重心与所述躯体框架的中心一致。
采用上述进一步方案的有益效果是，由于电池的重量一般比较重，设置两块电池并且安装的时候靠中部的两侧安装，可以通过两块电池的配合，调整其重心位于躯体框架的中心上，有助于机器人保持平衡，同时有助于机器人转弯、跳跃等动作的灵活性、稳定性。
进一步，还包括安装于所述躯体框架前端和后端的环境感应器，所述环境感应器均与所述控制器电路连接。
进一步，所述环境感应器包括测距传感器。
进一步，所述环境感应器还包括摄像头和/或温度传感器。
附图说明
图1为本发明所提供的一种六足仿生机器人的具体实施方式的整体装配结构示意图；
图2为本发明所提供的所述行走装置的一种具体实施方式的爆炸图；
图3为图2所示的所述行走装置装配后的结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
躯体框架1，控制器2，行走装置3，电机驱动器4，电池5，环境感应器6，电机301，减速箱302，传动轴303，仿生髋304，C形腿305，第一螺纹孔306，第二螺纹孔307，安装螺孔308，第三螺纹孔309，第四螺纹孔310，防滑垫311，减速箱固定座312，轴承座313，轴承314，角度传感器315，零点位置指示器316，光电感应开关317。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1至图3所示，图1为本发明所提供的一种六足仿生机器人的具体实施方式的整体装配结构示意图；图2为本发明所提供的所述行走装置的一种具体实施方式的爆炸图；图3为图2所示的所述行走装置装配后的结构示意图。
在本发明所提供的一种六足仿生机器人的具体实施方式中，包括躯体框架1、安装于所述躯体框架1内的控制器2及供电电源，还包括驱动机器人行走的六组行走装置3；所述行走装置3为整体组装式结构，可整体安装于所述躯体框架1内或者从所述躯体框架1内整体拆卸；六组所述行走装置3分别固定于所述躯体框架1前部、中部、后部的两侧，并且前部两侧、中部两侧、后部两侧的所述行走装置3交错布置。
所述行走装置3包括电机301、减速箱302、传动轴303、仿生髋304及C形腿305，所述电机301的输出端与所述减速箱302的输入端连接，所述减速箱302的输出端与所述传动轴303的一端固定连接，所述传动轴303的另一端与所述仿生髋304固定连接，所述C形腿305固定安装于所述仿生髋304外侧。
所述仿生髋304上具有一个孔形结构及与所述C形腿305相适应的弧形连接段，所述传动轴303伸入该孔内与其配合连接；所述弧形连接段上设有第一螺纹孔306和第二螺纹孔307，所述第一螺纹孔306贯穿到所述孔形结构内，并且所述传动轴303上设有一个与所述第一螺纹孔306相对应的安装螺孔308，所述C形腿305上开设有与所述第一螺纹孔306对应的第三螺纹孔309及与所述第二螺纹孔307相对应的第四螺纹孔310，所述C形腿305通过两个螺钉与所述仿生髋304及所述传动轴303固定连接。传动轴303与仿生髋304之间的连接也可以用键连接或者花键连接。
C形腿305的外侧还可以固定安装防滑垫311，以防止打滑，提高机器人的稳定性。
所述行走装置3还包括减速箱固定座312、轴承座313及轴承314，所述减速箱302固定于所述减速箱固定座312，所述轴承314安装于所述轴承座313内，所述传动轴303穿过所述轴承314，所述减速箱固定座312及所述轴承座313上还设有供螺栓或螺钉穿过的通孔，所述躯体框架1底部设有与所述通孔相对应的螺纹孔。躯体框架1上的两侧可以预先设置好所述轴承座313的位置及固定螺孔，使整个行走装置组装完毕后直接卡入所述躯体框架1，稳定、可靠，又方便、快捷，由于各个行走装置均为相同部件，相互之间可以互换，可以降低维修成本及难度。
所述行走装置3还包括安装于电机301尾部的角度传感器315、安装于所述传动轴303外部的零点位置指示器316及与所述零点位置指示器316配合使用的光电感应开关317，所述传动轴303旋转时带动所述零点位置指示器316旋转，每转360度触发一次光电感应开关317，所述角度传感器315及所述光电感应开关317均与所述控制器2电路连接。
还包括安装于所述躯体框架1内与所述控制器2电路连接的六个电机驱动器4，六个所述电机驱动器4分别一一对应与六个所述电机301连接，通过控制器2控制所述电机驱动器4进而驱动所述电机301工作。
所述供电电源为两块电池5，安装于所述躯体框架1的中部，并且两块电池5所形成的整体的重心与所述躯体框架1的中心一致。
还包括安装于所述躯体框架1前端和后端的环境感应器6，所述环境感应器6可以为测距传感器或者摄像头或温度传感器的一种或几种的组合，均与所述控制器2电路连接，由控制器接受信号指令进而实现对机器人的精确操作。
本发明所提供的一种六足仿生机器人，采用六腿非对称布局，电机交错布置，在同等躯干宽度下，相比对称布局，可容下更大尺寸电机，从而使本发明机器人在不增加躯干框架重量的同时，可拥有更高扭矩，以增强负载能力、越障能力、脱困能力。本发明采用非对称布局的同时，保证机器人重心依然位于躯干中心，有助于提高本发明机器人转弯、跳跃等动作的灵活性、稳定性。
躯干框架中部采用非对称外凸设计，防止前后腿与中腿碰撞，同时也为躯干框架内部提供更大的电池、电路安装空间。
采用扁平式躯干形状设计，相比现有技术常用的双层躯干结构、单层复杂躯干结构，本发明在正、反面离地间隙高度上具有明显优势，即正常站立、摔倒后翻身站立均有较大的离地间隙，从而有更强的越障能力。
采用结构简单的零点位置指示器、光电开关标记腿部旋转绝对位置，配合角度传感器实现腿部精确角度获取，相比现有技术所使用的齿轮驱动式位置传感器方案，本发明的零部件简单，体积大幅精简，使得躯干扁平化成为可能，且重量进一步减少，无齿轮传动使可靠性得到进一步提升。
采用强化、精简、易安装拆卸的仿生髋、C形腿设计，相比现有技术所使用的较复杂的腿部安装方式，本发明仅使用两个螺丝即可达到高强度安装的要求。且在不拆卸躯干的情况下，仿生髋、C形腿仅通过拆卸此两个螺丝即可更换，显著提高了可维护性。
采用此设计与零点位置指示器设计还使得本发明无外露易损零件，与现有技术外露齿轮等方案相比，在野外恶劣地形实际运行时不易因撞击、异物进入而导致故障，可靠性明显提升。
采用行走装置整体可更换设计，当电机、减速齿轮箱等腿组件发生故障时，无需单个拆卸零件，可将该C形腿与相关部件组合整体拆卸下，更换新整腿组件，显著减小维护时间，提升维护效率。
环境感应器可更换、可扩展，支持多种类传感器，相比其他现有技术无附加环境传感器的方案，本发明可增强机器人环境感知能力，有效提升机器人步态的有效性、对地形的自适应性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种六足仿生机器人，包括躯体框架(1)、安装于所述躯体框架(1)内的控制器(2)及供电电源，其特征在于，还包括驱动机器人行走的六组行走装置(3)；
所述行走装置(3)为整体组装式结构，可整体安装于所述躯体框架(1)内或者从所述躯体框架(1)内整体拆卸；
六组所述行走装置(3)分别固定于所述躯体框架(1)前部、中部、后部的两侧，并且前部两侧、中部两侧、后部两侧的所述行走装置(3)交错布置。
2.根据权利要求1所述的一种六足仿生机器人，其特征在于，所述行走装置(3)包括电机(301)、减速箱(302)、传动轴(303)、仿生髋(304)及C形腿(305)，所述电机(301)的输出端与所述减速箱(302)的输入端连接，所述减速箱(302)的输出端与所述传动轴(303)的一端固定连接，所述传动轴(303)的另一端与所述仿生髋(304)固定连接，所述C形腿(305)固定安装于所述仿生髋(304)外侧。
3.根据权利要求2所述的一种六足仿生机器人，其特征在于，所述仿生髋(304)上具有一个孔形结构及与所述C形腿(305)相适应的弧形连接段，所述传动轴(303)伸入该孔内与其配合连接；所述弧形连接段上设有第一螺纹孔(306)和第二螺纹孔(307)，所述第一螺纹孔(306)贯穿到所述孔形结构内，并且所述传动轴(303)上设有一个与所述第一螺纹孔(306)相对应的安装螺孔(308)，所述C形腿(305)上开设有与所述第一螺纹孔(306)对应的第三螺纹孔(309)及与所述第二螺纹孔(307)相对应的第四螺纹孔(310)，所述C形腿(305)通过两个螺钉与所述仿生髋(304)及所述传动轴(303)固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种六足仿生机器人，其特征在于，所述行走装置(3)还包括减速箱固定座(312)、轴承座(313)及轴承(314)，所述减速箱(302)固定于所述减速箱固定座(312)，所述轴承(314)安装于所述轴承座(313)内，所述传动轴(303)穿过所述轴承(314)，所述减速箱固定座(312)及所述轴承座(313)上还设有供螺栓或螺钉穿过的通孔，所述躯体框架(1)底部设有与所述通孔相对应的螺纹孔。
5.根据权利要求4所述的一种六足仿生机器人，其特征在于，所述行走装置(3)还包括安装于电机(301)尾部的角度传感器(315)、安装于所述传动轴(303)外部的零点位置指示器(316)及与所述零点位置指示器(316)配合使用的光电感应开关(317)，所述传动轴(303)旋转时带动所述零点位置指示器(316)旋转，每转360度触发一次光电感应开关(317)，所述角度传感器(315)及所述光电感应开关(317)均与所述控制器(2)电路连接。
6.根据权利要求2至5任一项所述的一种六足仿生机器人，其特征在于，还包括安装于所述躯体框架(1)内与所述控制器(2)电路连接的六个电机驱动器(4)，六个所述电机驱动器(4)分别一一对应与六个所述电机(301)连接，通过控制器(2)控制所述电机驱动器(4)进而驱动所述电机(301)工作。
7.根据权利要求6所述的一种六足仿生机器人，其特征在于，所述供电电源为两块电池(5)，安装于所述躯体框架(1)的中部，并且两块电池(5)所形成的整体的重心与所述躯体框架(1)的中心一致。
8.根据权利要求7所述的一种六足仿生机器人，其特征在于，还包括安装于所述躯体框架(1)前端和后端的环境感应器(6)，所述环境感应器(6)均与所述控制器(2)电路连接。
9.根据权利要求8所述的一种六足仿生机器人，其特征在于，所述环境感应器(6)包括测距传感器。
10.根据权利要求9所述的一种六足仿生机器人，其特征在于，所述环境感应器(6)还包括摄像头和/或温度传感器。
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