CN106114673A - 一种爬行机器人 - Google Patents

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王晓云
曹强
王礼
窦海石
夏京京
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Anhui Polytechnic University
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D57/00—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track
    • B62D57/02—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members
    • B62D57/032—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members with alternately or sequentially lifted supporting base and legs; with alternately or sequentially lifted feet or skid

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

本发明公开了一种爬行机器人，包括底板(4)，在所述的底板(4)上设置六条腿，包括在底板(4)两侧对称设置的前腿(5、10)、中部腿(6、9)、后腿(7、8)。采用上述技术方案，使每条腿可独立运动，腿与腿之间互不影响；运动形式丰富，能适应各种复杂地形，所以该机器人可作为全地形移动平台；腿与腿之间互相独立，如果在调试程序时加以协调，可使机器人的腿部动作具有很强的观赏性；实现机器人在多种复杂地面环境上平移并原地旋转，稳定性高，同时易于控制。

Description

一种爬行机器人
技术领域
本发明属于机器人的技术领域。更具体地，本发明涉及一种六足爬行机器人。
背景技术
随着机器人技术的不断发展，工业领域的焊接、喷漆、搬运、装配、铸造等场合，己经开始大量使用机器人。同时，在军事、海洋探测、航天、医疗、农业、林业等领域，也都开始使用机器人。此外，机器人越来越多的出现在我们的日常生活中，比如交通银行的服务型机器人“娇娇”，餐馆的送餐机器人，以及在2016年春晚上出现的两足舞蹈机器人等。机器人的出现极大的方便了我们的生活，同时也使我们的生活更加丰富多彩。
一般来说，根据机器人的移动方式的不同可以分为轮式机器人和足式机器人。在地面条件良好的情况下，相比于足式机器人，轮式机器人具有行动敏捷迅速、平衡易于控制等优点，但若遇到条件不好的地面，足式机器人的通过能力使轮式机器人难以望其项背。
但是，现有技术中的足式机器人仍然有局限性，因为一般的足式机器人在高低不平、路况复杂的地面上运动平衡性较难控制，比如遇到局部凹坑。所以现有的足式机器人还不足以应对复杂的路面环境。因此，足式机器人的研究是当今机器人研究领域的热门课题之一。
发明内容
本发明提供一种爬行机器人，其目的是使机器人适应复杂的路面环境。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
本发明的爬行机器人，包括底板，在所述的底板上设置六条腿，包括在底板两侧对称设置的前腿、中部腿、后腿。
每条腿均具有三个旋转自由度机构，包括一个水平自由度机构和两个竖直自由度机构，其中，所述的水平自由度机构通过竖直的转轴与所述的底板连接，使得所述的腿实现水平面内的转动；所述的竖直自由度机构通过水平的转轴使得所述的腿实现竖直平面内的转动。
所述的水平自由度机构的结构是：在所述的腿的最上端的设置上部舵机并固定在所述的底板上，所述的上部舵机输出轴朝下；所述的上部舵机输出轴上安装金属舵盘，并通过上部舵机支架与中部舵机连接；
两个竖直自由度机构的结构分别是：
所述的中部舵机固定在中部舵机支架上，所述的中部舵机输出轴与水平面平行，使得中部舵机输出轴的旋转平面与水平面垂直；所述的中部舵机输出轴上也安装金属舵盘并与中部舵机支架连接；
所述的中部舵机支架与底部舵机连接，所述的底部舵机输出轴也与水平面平行；所述的底部舵机输出轴上也安装金属舵盘，并与底部舵机支架连接，底部舵机支架与地面接触，支撑起整个腿部。
本发明采用上述技术方案，使每条腿可独立运动，腿与腿之间互不影响；运动形式丰富，能适应各种复杂地形，所以该机器人可作为全地形移动平台；腿与腿之间互相独立，如果在调试程序时加以协调，可使机器人的腿部动作具有很强的观赏性；实现机器人在多种复杂地面环境上平移并原地旋转，稳定性高，同时易于控制。
附图说明
附图所示内容分别是：
图1是本发明的六足爬行机器人所有腿部与底板位置关系的机构简图；
图2是本发明的六足爬行机器人单条腿部的机构简图；
图3是本发明的六足爬行机器人单条腿部结构示意图；
图4是本发明的六足爬行机器人的具体实施方式示意图。
图中标记为：
1、水平自由度机构，2、竖直自由度机构，3、竖直自由度机构，4、底板，5、前腿，6、中部腿，7、后腿，8、后腿，9、中部腿，10、前腿，11、上部舵机，12、金属舵盘，13、上部舵机支架，14、中部舵机支架，15、底部舵机支架。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图1所示的本发明的结构，为一种爬行机器人，包括底板4。
为了克服现有技术的缺陷，实现是使机器人适应复杂的路面环境的发明目的，本发明采取的技术方案为：
如图1至图4所示，本发明的爬行机器人，在所述的底板4上设置六条腿，包括在底板4两侧对称设置的前腿5、前腿10、中部腿6、中部腿9、后腿7、后腿8。因此，本发明构成了六足爬行机器人。
所述的前腿5、前腿10设置在底板4的左右两侧，并以底板4的中心平面对称分布，该中心平面前后、铅垂分布。
所述的中部腿6、中部腿9设置在底板4的左右两侧，并以底板4的中心平面对称分布。
所述的后腿7、后腿8设置在底板4的左右两侧，并以底板4的中心平面对称分布。
其中，每条腿设置三个自由度(图2)：水平方向具有一个自由度(图1中的水平自由度机构1)，可以平行于水平面前后转动；竖直方向上有两个自由度(图1中的竖直自由度机构2、竖直自由度机构3)，可在竖直平面内上下转动。
机器人的六条腿都固定在所述底板上(图1)，其中实现水平方向上自由度的机构(图2)连接在底板4上，实现竖直方向上自由度的机构不与底板4直接接触。
本发明解决了现有机器人无法适应复杂路面环境的问题，其六足爬行机器人实现机器人在多种复杂地面环境上平移并原地旋转，稳定性高，同时易于控制。
如图1所示：该机器人的每条腿有三个自由度，可平行于水平面旋转；垂直于水平面上下摆动，而且每条腿可独立运动，腿与腿之间互不影响。
所述的三个旋转自由度机构，包括一个水平自由度机构1和竖直自由度机构2、竖直自由度机构3，其中，所述的水平自由度机构1通过竖直的转轴与所述的底板4连接，使得所述的腿实现水平面内的转动；所述的竖直自由度机构2、竖直自由度机构3通过水平的转轴使得所述的腿实现竖直平面内的转动。
得益于丰富的运动方式，该机器人能适应各种复杂地形，所以该机器人可作为全地形移动平台；得益于腿与腿之间的独立性，如果在调试程序时加以协调，也可使机器人的腿部动作具有很强的观赏性。
为防止运动时腿与腿之间造成干涉，每条腿运动的极限位置有所限定：如图1所示，前腿5、前腿10、后腿7、后腿8可在水平方向上旋转90°，而中部腿6、中部腿9可在水平方向上旋转60°；
而图1中的竖直自由度机构2的旋转范围为-90度至+60度；竖直自由度机构3的旋转范围为-180度至+120度。
由此可知：通过水平自由度和竖直自由度的配合协调，机器人的腿可以沿着旋转轴前后转动和上下转动；通过调节转动角度的大小，可以控制腿的姿态；通过改变六条腿的姿态，从而改变机器人的重心；如果根据不同地面条件对六条腿的姿态做出相应调整，可使机器人适应不同条件的地面。
所述的水平自由度机构1的结构是：在所述的腿的最上端的设置上部舵机11并固定在所述的底板4上，所述的上部舵机11输出轴朝下；所述的上部舵机11输出轴上安装金属舵盘12，并通过上部舵机支架13与中部舵机连接；
竖直自由度机构2的结构是：
所述的中部舵机固定在中部舵机支架14上，所述的中部舵机输出轴与水平面平行，使得中部舵机输出轴的旋转平面与水平面垂直；所述的中部舵机输出轴上也安装金属舵盘并与中部舵机支架连接。
竖直自由度机构3的结构是：
所述的中部舵机支架14与底部舵机连接，所述的底部舵机输出轴也与水平面平行；所述的底部舵机输出轴上也安装金属舵盘，并与底部舵机支架15连接，底部舵机支架15与地面接触，支撑起整个腿部。
由于舵机可以按程序所设定的角度转动，且舵机控制程序较简单易于调试，所以采用舵机来实现自由度。因此，该机器人的每条腿有三个舵机：
腿部最上端的舵机(图4中的上部舵机11)固定在底板4上，输出轴朝下，输出轴上安装金属舵盘(图4中的金属舵盘12)，并通过上部舵机支架(图4中的上部舵机支架13)与中部舵机连接。
中部舵机固定在舵机支架上，其输出轴与水平面平行(此时输出轴的旋转平面与水平面垂直)，该输出轴上也安装金属舵盘并与中部舵机支架14连接。
第三个舵机安装在中部舵机支架(图4中的中部舵机支架14)上，其输出轴也与水平面平行，该输出轴上也安装金属舵盘并与底部舵机支架(图4中的底部舵机支架15)连接，底部舵机支架15与地面接触，支撑起整个腿部。至此，机器人的腿部结构就确定了。
由于舵机工作电流和耗电量较大，为延长续航时间，拟采用大容量航模电池。电池可固定在底板下面，可采用扎带固定或者魔术贴固定。
目前应用最广泛的舵机控制板是torobot公司生产的可以控制16个舵机的16路舵机控制板和可以控制32个舵机的32路舵机控制板。本发明中的机器人共有18个舵机，所以采用torobot公司生产的32路舵机控制板。舵机控制板可以使用小螺栓固定在底板4上面。
由于舵机线都连接在控制板上，所以底板4上面会非常乱，严重影响美观。为解决此问题，可在底板4上面罩一个壳子，壳子形状可自由设计，并可在壳子上添加一些装饰性部件以提高观赏性。
本发明的六足爬行机器人的开关可安装在底板4下面或壳子上。考虑到安在下面可能对腿部运动造成干扰，所以尽可能安装在壳子上。
至此，本发明的六足爬行机器人就完成了。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种爬行机器人，包括底板(4)，其特征在于：在所述的底板(4)上设置六条腿，包括在底板(4)两侧对称设置的前腿(5、10)、中部腿(6、9)、后腿(7、8)。
2.按照权利要求1所述的爬行机器人，其特征在于：每条腿均具有三个旋转自由度机构，包括一个水平自由度机构(1)和两个竖直自由度机构(2、3)，其中，所述的水平自由度机构(1)通过竖直的转轴与所述的底板(4)连接，使得所述的腿实现水平面内的转动；所述的竖直自由度机构(2、3)通过水平的转轴使得所述的腿实现竖直平面内的转动。
3.按照权利要求2所述的爬行机器人，其特征在于：所述的水平自由度机构(1)的结构是：在所述的腿的最上端的设置上部舵机(11)并固定在所述的底板(4)上，所述的上部舵机(11)输出轴朝下；所述的上部舵机(11)输出轴上安装金属舵盘(12)，并通过上部舵机支架(13)与中部舵机连接。
4.按照权利要求3所述的爬行机器人，其特征在于：两个竖直自由度机构(2、3)的结构分别是：
所述的中部舵机固定在中部舵机支架(14)上，所述的中部舵机输出轴与水平面平行，使得中部舵机输出轴的旋转平面与水平面垂直；所述的中部舵机输出轴上也安装金属舵盘并与中部舵机支架连接；
所述的中部舵机支架(14)与底部舵机连接，所述的底部舵机输出轴也与水平面平行；所述的底部舵机输出轴上也安装金属舵盘，并与底部舵机支架(15)连接，底部舵机支架(15)与地面接触，支撑起整个腿部。
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