CN106394723A - 一种四足行走机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四足行走机器人，属于机械加工设备领域，包括机身；与机身的下表面连接的四条大腿机构，四条大腿机构中的其中两条靠近机身的一端，另外两条靠近机身的另一端；与四条大腿机构连接的四条小腿机构；以及设置在机身上的控制单元；每条大腿机构均包括与机身的下表面连接的电磁铁机构和与电磁铁机构连接的连杆，连杆可在电磁铁机构的驱动下沿与机身的下表面平行的方向进行伸缩运动；每条小腿机构均包括与连杆连接的电机和与电机连接的滚珠丝杠，滚珠丝杠的长度方向与机身的下表面垂直，滚珠丝杠可在电机的驱动下沿与机身的下表面垂直的方向进行伸缩运动；电磁铁机构和电机均与控制单元电连接。该四足行走机器人晃动小、行走效率高。

Description

一种四足行走机器人

技术领域

本发明涉及机械加工设备技术领域，特别涉及一种四足行走机器人。

背景技术

工业机器人包括在固定岗位工作的机器人以及可移动的行走式机器人。其中，可移动的行走机器人由于可以实现一台机器人为几台机床服务或者进行远距离作业而受到广泛关注。

现有的可移动的行走机器人通常以轮式移动机构或者履带式移动机构作为行走机构。

在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题：现有的以轮式移动机构或者履带式移动机构作为行走机构的行走机器人适应能力差，在不平整的地面行走时，机器人晃动较大；在松软的地面行走时效率较低。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供一种适应能力强，在不平整的地面行走时晃动较小，在松软的地面行走时效率较高的四足行走机器人。

具体而言，包括以下的技术方案：

本发明实施例提供了一种四足行走机器人，包括：

机身；与所述机身的下表面连接的四条大腿机构，四条所述大腿机构中的其中两条靠近所述机身的一端，另外两条靠近所述机身的另一端；与四条所述大腿机构连接的四条小腿机构；以及，设置在所述机身上的控制单元；每条所述大腿机构均包括：与所述机身的下表面连接的电磁铁机构和与所述电磁铁机构连接的连杆，所述连杆可在所述电磁铁机构的驱动下沿与所述机身的下表面平行的方向进行伸缩运动；每条所述小腿机构均包括：与所述连杆连接的电机和与电机连接的滚珠丝杠，所述滚珠丝杠的长度方向与所述机身的下表面垂直，所述滚珠丝杠可在所述电机的驱动下沿与所述机身的下表面垂直的方向进行伸缩运动；所述电磁铁机构和所述电机均与所述控制单元电连接。

具体地，所述电磁铁机构包括：与所述机身的下表面固定连接的框架；设置于所述框架内、并且与所述控制单元电连接的螺线管，所述螺线管的轴线与所述机身的下表面平行；设置在所述螺线管内的定铁芯，所述定铁芯上设置有轴线与所述螺线管的轴线平行的通孔；一端位于所述螺线管内、另一端位于所述框架外、并且可在所述螺线管内滑动的动铁芯；设置于所述动铁芯位于所述框架外的一端的挡圈；两端分别与所述挡圈和所述框架连接的弹簧；以及，一端位于所述框架外、另一端穿过所述定铁芯的通孔与所述动铁芯位于所述框架内的一端连接的推杆。

具体地，所述连杆与所述推杆通过卡箍连接。

具体地，所述滚珠丝杠通过联轴器与所述电机的输出轴连接。

具体地，所述四足行走机器人还包括固定在所述连杆与所述电机连接的一端的电机座，所述电机固定在所述电机座上。

具体地，所述连杆包括与所述推杆连接的连杆第一部分、与所述电机座连接的第二部分以及具有直角的、连接所述连杆第一部分和所述连杆第二部分的连杆第三部分。

具体地，所述四足行走机器人还包括：与所述滚珠丝杠远离所述电机的一端连接的吸盘；以及，设置在所述机身上、通过连接管与所述吸盘连接并且与所述控制单元电连接的真空泵。

具体地，所述吸盘上还设置有与所述控制单元电连接、用于检测所述吸盘是否接触到所述四足行走机器人的行走平面的传感器。

具体地，所述传感器为光电传感器。

具体地，所述控制单元包括可编程控制器。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果：

本发明实施例提供提供了一种四足行走机器人，共设置有四条大腿机构，其中两条靠近机身的一端，另外两条靠近机身的另一端，以此来模拟四足生物的前腿和后腿，每条大腿机构上均连接有小腿机构。通过控制大腿机构的连杆在电磁铁机构的驱动下沿着机器人的行走方向的伸缩以及小腿机构的滚珠丝杠在电机的驱动下沿着与机器人的行走平面垂直的方向的伸缩，来实现机器人的行走。本发明实施例提供的四足行走机器人能够模仿四足生物在行走时的步态，与现有的轮式移动机构或者履带式移动机构作为行走机构的行走机器人相比，适应能力更强，在不平整的地面行走时，机器人晃动较小；在松软的地面行走时效率较高。并且本发明实施例提供的四足行走机器人结构简单，容易控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的四足行走机器人的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的四足行走机器人中电磁铁机构的结构示意图；

图3本发明实施例提供的四足行走机器人中连杆的结构示意图。

图中的附图标记分别表示：

1-机身；

2-大腿机构；

21-电磁铁机构；

211-框架；

212-螺线管；

213-定铁芯；

214-动铁芯；

215-弹簧；

216-推杆；

217-挡圈；

22-连杆；

221-连杆第一部分；

222-连杆第三部分；

223-连杆第二部分；

3-小腿机构；

31-电机；

32-滚珠丝杠；

4-吸盘；

5-行走平面；

6-控制单元。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。

本发明实施例提供一种四足行走机器人，参见图1，该四足行走机器人包括：

机身1；

与机身1的下表面连接的四条大腿机构2，四条大腿机构2中的其中两条靠近机身1的一端，另外两条靠近机身1的另一端；

与四条大腿机构2连接的四条小腿机构3；

以及，

设置在机身1上的控制单元6；

其中，每条大腿机构2均包括：与机身1的下表面连接的电磁铁机构21和与电磁铁机构21连接的连杆22，连杆22可在电磁铁机构21的驱动下沿与机身1的下表面平行的方向进行伸缩运动；

每条小腿机构3均包括：与连杆22连接的电机31和与电机31连接的滚珠丝杠32，滚珠丝杠32的长度方向与机身1的下表面垂直，滚珠丝杠32可在电机31的驱动下沿与机身1的下表面垂直的方向进行伸缩运动；

电磁铁机构21和电机31均与控制单元6电连接。

本发明实施例提供提供了一种四足行走机器人，该四足行走机器人设置有四条大腿机构2，其中两条靠近机身1的一端，另外两条靠近机身1的另一端，以此来模拟四足生物的前腿和后腿，每条大腿机构2上均连接有小腿机构3。四条大腿机构2和四条小腿机构3的结构均相同。其中，大腿机构2以电磁铁机构21作为驱动部件，以连杆22作为执行部件，通过控制电磁铁机构21的通电与断电，来控制连杆22沿着与机身1的下表面平行的方向进行伸缩运动。小腿机构3以电机31作为驱动部件，以滚珠丝杠32作为执行部件，并且滚珠丝杠32的长度方向与机身1的下表面垂直，滚珠丝杠32将电机31的回转运动转化为直线运动，通过控制电机31的转动方向来控制滚珠丝杠32沿着与机身1的下表面垂直的方向进行伸缩运动。

在初始状态下，四条小腿机构3的滚珠丝杠32的下端均与机器人的行走平面5(例如地面)接触，并且滚珠丝杠32的长度方向与行走平面5垂直。在机器人的行走过程中，通过控制大腿机构2的连杆22在电磁铁机构21的驱动下沿着机器人的行走方向的伸缩以及小腿机构3的滚珠丝杠32在电机31的驱动下沿着与机器人的行走平面垂直的方向的伸缩，即可实现机器人的行走。

本领域技术人员可以理解的是，本发明实施例提供的四足行走机器人中，由于大腿机构2的驱动部件为电磁铁机构21，因此大腿机构2的单次行程是固定的；而小腿机构3的单次行程则可以根据实际的行走环境确定，以沿水平地面行走为例，当滚珠丝杠32的下端接触到地面时，控制单元6则控制电机31停止转动，结束滚珠丝杠32的单次行程。当行走平面不平整或者较为松软时，可以模仿四足生物行走时的步态，通过控制单元6分别控制每个滚珠丝杠32的单次行程，来提高机器人的适应能力。

综上，本发明实施例提供的四足行走机器人能够模仿四足生物在行走时的步态，与现有的轮式移动机构或者履带式移动机构作为行走机构的行走机器人相比，适应能力更强，在不平整的地面行走时，机器人晃动较小；在松软的地面行走时效率较高。并且本发明实施例提供的四足行走机器人结构简单，容易控制。

本发明实施例中，电磁铁机构21采用推拉式电磁铁，参见图2，一种具体实现方式为：电磁铁机构21包括：与机身1的下表面固定连接的框架211；设置于框架211内、并且与控制单元6电连接的螺线管212，螺线管212的轴线与机身1的下表面平行；设置在螺线管212内的定铁芯213，定铁芯213上设置有轴线与螺线管212的轴线平行的通孔；一端位于螺线管212内、另一端位于框架211外、并且可在螺线管212内滑动的动铁芯214；设置于动铁芯214位于框架211外的一端的挡圈217；两端分别与挡圈217和框架211连接的弹簧215；以及，一端位于框架211外、另一端穿过定铁芯213的通孔与动铁芯214位于框架211内的一端连接的推杆216。

上述电磁铁机构21中，当控制单元6控制螺线管212通电时，动铁芯214在螺线管212产生的磁场的吸引下，向着靠近定铁芯213的方向运动，此时，与动铁芯214位于框架211内的一端连接的推杆216相对于框架211向外伸出，同时，设置于动铁芯214位于框架211外的一端的弹簧215被压缩。当控制单元6控制螺线管212断电时，吸引动铁芯214的磁场消失，弹簧215发生恢复形变，动铁芯214在弹簧215恢复力的作用下向着远离定铁芯213的方向运动，此时，推杆216相对于框架211向内收缩。当将大腿机构2的连杆22与推杆216连接后，通过控制螺线管212的通电和断电，实现连杆22的伸缩。

本发明实施例中，也可以采用其他形式的电磁铁机构，只要能够实现控制连杆22沿着与机身1的下表面平行的方向伸缩即可。

位于机身1同一端的两条大腿机构2的螺线管212可以串联连接，从而使位于机身1同一端的两条大腿机构2同步运动。

连杆22与推杆216之间可以通过卡箍连接、螺纹连接或者焊接连接等本领域常规的连接方式连接，本发明实施例不作特殊限定。框架211与机身1的下表面的固定方式采用本领域的常规技术手段即可，本发明实施例同样不作特殊限定。

在本发明实施例的一种可选实施方式中，电磁铁机构21的框架211以可转动连接的方式固定在机身1的下表面，并且可通过控制单元6控制框架211的转动方向，从而控制推杆216的伸出的方向。本领域技术人员可以理解的是，当四足行走机器人做直线运动时，四个电磁铁机构21的推杆216的长度方向应当平行，并且四个电磁铁机构21的推杆216伸出的方向应当相同；当四足行走机器人转弯时，则需要通过控制框架211转动，来调整推杆216伸出的方向。

本发明实施例中，滚珠丝杠32通过联轴器与电机31的输出轴连接。电机31采用伺服电机。

为了便于电机31与连杆22的固定，本发明实施例提供的四足行走机器人还包括固定在连杆22与电机31连接的一端的电机座(图中未示出)，电机31则通过固定在电机座上，从而与连杆22固定。电机座的具体形式本发明实施例不作特殊限定，本领域常规技术手段均可。

本发明实施例中，为了实现小腿机构3的滚珠丝杠32与机身1的下表面垂直，参见图3，连杆22包括与推杆216连接的连杆第一部分221、与电机座连接的连杆第二部分223以及具有直角的、连接连杆第一部分和连杆第二部分的连杆第三部分222。连杆第一部分221、连杆第二部分223以及连杆第三部分222可以为一体结构，也可以为相互独立的三个部分，通过卡箍连接、螺纹连接或者焊接连接等连接方式连接。

为了提高本发明实施例的四足行走机器人的稳定性，同时使四足行走机器人具有爬壁的功能，本发明实施例提供的四足行走机器人还包括：与滚珠丝杠32远离电机31的一端连接的吸盘4；以及，设置在机身1上、通过连接管(图中未示出)与吸盘4连接并且与控制单元6电连接的真空泵(图中未示出)。

当滚珠丝杠32伸出，吸盘4接触到行走平面5时，真空泵启动，对吸盘4抽真空产生负压，使吸盘4吸附在行走平面5上。当滚珠丝杠32需要收缩时，关闭真空泵，使吸盘4与行走平面5脱离，然后控制电机31反转，使滚珠丝杠32收缩。吸盘4采用常规的工业吸盘即可，本发明实施例不作特殊限定。

四足行走机器人中的4个吸盘可以共用一个真空泵，也可以每个吸盘分别使用一个真空泵。

为了准确的控制真空泵启动的时机，吸盘4上还设置有与控制单元6电连接、用于检测吸盘4是否接触到四足行走机器人的行走平面5的传感器(图中未示出)。当传感器检测到吸盘4接触到四足行走机器人的行走平面5时，向控制单元6发出信号，控制单元6接收到传感器发出的信号后，向电机31发出停止信号，使电机31停止转动使滚珠丝杠32停止伸出，同时，向真空泵发出启动信号，使真空泵对吸盘4抽真空，使吸盘4吸附在行走平面5上。传感器可以采用光电传感器。

本发明实施例中，控制单元6可以以可编程控制器(PLC)作为核心部件。本领域技术人员可以理解的是，控制单元6还应当包括必要的控制电路、电源线、数据线等。

本发明实施例中，机身1可以为长方形壳体，控制单元6、真空泵等部件均位于壳体内部；机身1也可以为框架、平板等形式。

下面以模仿四足生物在水平地面奔跑时的步态为例，对本发明实施例提供的四足行走机器人的运动过程做进一步详细说明。

为了便于描述，将机身1设置有足部机构的两端分别定义为前端和后端。

初始状态下，本发明实施例提供的四足行走机器人的4个吸盘均吸附在地面上。在行走过程中，首先控制单元6控制位于前端的两个吸盘4脱离地面，同时控制前端的两条小腿机构3的滚珠丝杠32收缩；然后使前端的两条大腿机构2的电磁铁机构21的螺线管212通电，使连杆22在推杆216的推动下向前伸出，然后控制单元6控制前端的两条小腿机构3的滚珠丝杠32伸出，当吸盘4接触到地面时，滚珠丝杠32停止伸出，同时真空泵启动对吸盘4抽真空，使位于前端的两个吸盘4重新吸附在地面上。然后，位于后端的两个吸盘4脱离地面，同时控制后端的两条小腿机构3的滚珠丝杠32收缩；然后后端的两条大腿机构2的电磁铁机构21的螺线管212通电，使连杆22在推杆216的推动下向前伸出，然后控制单元6控制后端的两条小腿机构3的滚珠丝杠32伸出，当吸盘4接触到地面时，滚珠丝杠32停止伸出，同时真空泵启动对吸盘4抽真空，使位于后端的两个吸盘4重新吸附在地面上。在后端的两条腿运动的过程中，前端的两条大腿机构2的电磁铁机构21断电，推杆216回缩，带动机身1向前移动。重复上述步骤，实现四足行走机器人向前移动。

沿墙壁运动的过程与在水平地面上的运动过程相同，在此不再赘述。

综上，本发明实施例提供了一种能够模仿四足生物行走步态的四足行走机器人，以提高行走机器人的适应能力，使得在不平整的地面行走时，机器人晃动较小；在松软的地面行走时效率较高。同时，本发明实施例提供的四足行走机器人结构简单，容易控制。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，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)

1.一种四足行走机器人，其特征在于，包括：

机身(1)；

与所述机身(1)的下表面连接的四条大腿机构(2)，四条所述大腿机构(2)中的其中两条靠近所述机身(1)的一端，另外两条靠近所述机身(1)的另一端；

与四条所述大腿机构(2)连接的四条小腿机构(3)；

以及，

设置在所述机身(1)上的控制单元(6)；

每条所述大腿机构(2)均包括：与所述机身(1)的下表面连接的电磁铁机构(21)和与所述电磁铁机构(21)连接的连杆(22)，所述连杆(22)可在所述电磁铁机构(21)的驱动下沿与所述机身(1)的下表面平行的方向进行伸缩运动；

每条所述小腿机构(3)均包括：与所述连杆(22)连接的电机(31)和与所述电机(31)连接的滚珠丝杠(32)，所述滚珠丝杠(32)的长度方向与所述机身(1)的下表面垂直，所述滚珠丝杠(32)可在所述电机(31)的驱动下沿与所述机身(1)的下表面垂直的方向进行伸缩运动；

所述电磁铁机构(21)和所述电机(31)均与所述控制单元(6)电连接。

2.根据权利要求1所述的四足行走机器人，其特征在于，所述电磁铁机构(21)包括：

与所述机身(1)的下表面固定连接的框架(211)；

设置于所述框架(211)内、并且与所述控制单元(6)电连接的螺线管(212)，所述螺线管(211)的轴线与所述机身(1)的下表面平行；

设置在所述螺线管(212)内的定铁芯(213)，所述定铁芯(213)上设置有轴线与所述螺线管(212)的轴线平行的通孔；

一端位于所述螺线管(212)内、另一端位于所述框架(211)外、并且可在所述螺线管(212)内滑动的动铁芯(214)；

设置于所述动铁芯(214)位于所述框架(211)外的一端的挡圈(217)；

两端分别与所述挡圈(217)和所述框架(211)连接的弹簧(215)；

以及，

一端位于所述框架(211)外、另一端穿过所述定铁芯(213)的通孔与所述动铁芯(214)位于所述框架(211)内的一端连接的推杆(216)。

3.根据权利要求2所述的四足行走机器人，其特征在于，所述连杆(22)与所述推杆(216)通过卡箍连接。

4.根据权利要求2所述的四足行走机器人，其特征在于，所述滚珠丝杠(32)通过联轴器与所述电机(31)的输出轴连接。

5.根据权利要求4所述的四足行走机器人，其特征在于，所述四足行走机器人还包括固定在所述连杆(22)与所述电机(31)连接的一端的电机座，所述电机(31)固定在所述电机座上。

6.根据权利要求5所述的四足行走机器人，其特征在于，所述连杆(22)包括与所述推杆(216)连接的连杆第一部分(221)、与所述电机座连接的连杆第二部分(223)以及具有直角的、连接所述连杆第一部分和所述连杆第二部分的连杆第三部分(222)。

7.根据权利要求1～6任一项所述的四足行走机器人，其特征在于，所述四足行走机器人还包括：

与所述滚珠丝杠(32)远离所述电机(31)的一端连接的吸盘(4)；

以及，

设置在所述机身(1)上、通过连接管与所述吸盘(4)连接并且与所述控制单元(6)电连接的真空泵。

8.根据权利要求7所述的四足行走机器人，其特征在于，所述吸盘(4)上还设置有与所述控制单元(6)电连接、用于检测所述吸盘(4)是否接触到所述四足行走机器人的行走平面的传感器。

9.根据权利要求8所述的四足行走机器人，其特征在于，所述传感器为光电传感器。

10.根据权利要求1所述的四足行走机器人，其特征在于，所述控制单元(6)包括可编程控制器。