CN106741288A - 一种可切换运动模式的仿生机器人 - Google Patents

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刘晓龙
梁斌
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Abstract

本发明公开了一种可切换运动模式的仿生机器人，包括控制系统和机械系统，机械系统包括躯干和与躯干连接的若干对足部运动机构，还设置有运动切换机构，运动切换机构包括与至少一对足部运动机构连接的摇臂板和驱动摇臂板转动的运动切换电机，还设置有平衡机器人运动的尾巴，尾巴设置在躯干的尾部，此通过运动切换机构和尾巴的设置，可实现多足同步运动，当有操作需求时，可通过运动切换机构将若干对足部运动机构抬起停止该部分的足部运动或转换为操作手，这样既可以增加机器人的足部利用率提高作业能力，也减少了功耗，尾巴的设置增强了机器人的平衡能力，提高了机器人的运动稳定性，此发明用于机器人技术领域。

Description

一种可切换运动模式的仿生机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种可切换运动模式的仿生机器人。
背景技术
足式移动机器人具有分散式布置的腿部结构，机器人足端与地面间为点面接触，因此使得腿式移动机器人在非结构化环境中行走自如，具有广泛的应用。多足步行机器人的类型有很多，其中最具代表性的有双足、四足、六足和八足机器人，六足机器人和四足机器人具有双足机器人所没有的超强稳定性，能够适应不同的环境，存在多种多样的步态，而其冗余结构保证了其失去一条腿或者一条腿踏空的情况下能够很好的保证平衡性，相对于八足机器人又具有相对简单的结构及控制方法。传统的六足机器人并不具备很好作业的能力，并且在某些环境下六足机器人使用四足可以满足站立或行走的要求，多出的两足存在浪费的情况，腿的利用率不高。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种足部利用率高、作业能力强的可切换运动模式的仿生机器人。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种可切换运动模式的仿生机器人，包括控制系统和机械系统，机械系统包括躯干和与躯干连接的若干对足部运动机构，还设置有运动切换机构，运动切换机构包括与至少一对足部运动机构连接的摇臂板和驱动摇臂板转动的运动切换电机，还设置有平衡机器人运动的尾巴，尾巴设置在躯干的尾部，通过运动切换电机驱动摇臂板转动以提升相应的至少一对足部运动机构离开地面进而实现多足和少足运动模式的切换。
作为上述技术方案的进一步改进，若干对足部运动机构分为前足、中足和后足三对，躯干包括前躯干和后躯干，前足与前躯干连接，中足、后足均与后躯干连接，运动切换机构设置在前躯干和后躯干间。
作为上述技术方案的进一步改进，运动切换电机和摇臂板均成对的左右对称设置在后躯干上，两摇臂板的两端分别与对应运动切换电机的输出轴和前躯干连接。
作为上述技术方案的进一步改进，还对称设置有一对推拉杆型电磁铁和与各推拉杆型电磁铁对应的定位架，两定位架和两摇臂板上均设置有若干同轴的圆孔，通过两推拉杆电磁铁的推拉杆伸出以插入到对应定位架和摇臂板的圆孔内实现运动模式的锁定。
作为上述技术方案的进一步改进，足部运动机构包括依次串联的第一舵机、第二舵机、第三舵机和与第三舵机输出端铰接的支撑板，第一舵机呈前后摆动方向安装在躯干上，第二舵机呈上下摆动方向安装，第三舵机呈左右摆动方向安装。
作为上述技术方案的进一步改进，支撑板包括两块上端分别与第三舵机铰接的板，支撑板的下端还设置有支撑脚机构，支撑脚结构包括与支撑板下端固定连接的支撑脚框架、水平支撑的固定设置在支撑板两块板间的支撑柱，支撑脚框架的底端还设置有防滑块。
作为上述技术方案的进一步改进，尾巴包括与后躯干固定连接的尾座、依次串接在一起的第四舵机、第五舵机、第六舵机和第七舵机，第四舵机呈左右摆动方向的固定设置在尾座上，第五舵机、第六舵机和第七舵机均呈上下摆动方向安装，第七舵机上还固定设置有末端摆块。
作为上述技术方案的进一步改进，前躯干包括前躯干上板和前躯干下板，后躯干包括后躯干上板和后躯干下板，前足的上端固定设置在前躯干上板和前躯干下板间，中足和后足的上端均固定设置在后躯干上板和后躯干下板间。
作为上述技术方案的进一步改进，前足和后足分别向前和向后呈角度安装在躯干上。
作为上述技术方案的进一步改进，躯干由碳纤维材料制作而成，躯干上还设置有若干减轻重量的通孔。
本发明的有益效果：此可切换运动模式的仿生机器人通过运动切换机构和尾巴的设置，可实现多足同步运动，当有操作需求时，可通过运动切换机构将若干对足部运动机构抬起停止该部分的足部运动或转换为操作手，这样既可以增加机器人的足部利用率提高作业能力，也减少了功耗，尾巴的设置增强了机器人的平衡能力，提高了机器人的运动稳定性。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1是可切换运动模式的仿生机器人的整体结构示意图；
图2是可切换运动模式的仿生机器人的足部运动机构的结构示意图；
图3是可切换运动模式的仿生机器人的尾巴的结构示意图；
图4是可切换运动模式的仿生机器人的躯干及运动切换机构的结构示意图。
具体实施方式
参照图1至图4，本发明为一种可切换运动模式的仿生机器人，包括控制系统和机械系统，机械系统包括躯干1和与躯干1连接的若干对足部运动机构2，还设置有运动切换机构4，运动切换机构4包括与至少一对足部运动机构2连接的摇臂板42和驱动摇臂板42转动的运动切换电机41，还设置有平衡机器人运动的尾巴3，尾巴3设置在躯干1的尾部，通过运动切换电机41驱动摇臂板42转动以提升相应的至少一对足部运动机构2离开地面进而实现多足和少足运动模式的切换。
通过运动切换机构4和尾巴3的设置，可实现多足同步运动，当有操作需求时，可通过运动切换机构4将若干对足部运动机构2抬起停止该部分的足部运动或转换为操作手，这样既可以增加机器人的足部利用率提高作业能力，也减少了功耗，尾巴3的设置增强了机器人的平衡能力，提高了机器人的运动稳定性。
作为优选的实施方式，若干对足部运动机构2分为前足、中足和后足三对，躯干1包括前躯干和后躯干，前足与前躯干连接，中足、后足均与后躯干连接，运动切换机构4设置在前躯干和后躯干间。
作为优选的实施方式，运动切换电机41和摇臂板42均成对的左右对称设置在后躯干上，两摇臂板42的两端分别与对应运动切换电机41的输出轴和前躯干连接。
作为优选的实施方式，还对称设置有一对推拉杆型电磁铁44和与各推拉杆型电磁铁44对应的定位架45，两定位架45和两摇臂板42上均设置有若干同轴的圆孔，通过两推拉杆电磁铁44的推拉杆伸出以插入到对应定位架45和摇臂板42的圆孔内实现运动模式的锁定。
作为优选的实施方式，足部运动机构2包括依次串联的第一舵机21、第二舵机22、第三舵机23和与第三舵机23输出端铰接的支撑板24，第一舵机21呈前后摆动方向安装在躯干1上，第二舵机22呈上下摆动方向安装，第三舵机23呈左右摆动方向安装。
作为优选的实施方式，支撑板24包括两块上端分别与第三舵机23铰接的板，支撑板24的下端还设置有支撑脚机构，支撑脚结构包括与支撑板24下端固定连接的支撑脚框架26、水平支撑的固定设置在支撑板24两块板间的支撑柱25，支撑脚框架26的底端还设置有防滑块27。
作为优选的实施方式，尾巴3包括与后躯干固定连接的尾座31、依次串接在一起的第四舵机32、第五舵机33、第六舵机34和第七舵机35，第四舵机32呈左右摆动方向的固定设置在尾座31上，第五舵机33、第六舵机34和第七舵机35均呈上下摆动方向安装，第七舵机35上还固定设置有末端摆块36。
作为优选的实施方式，前躯干包括前躯干上板11和前躯干下板12，后躯干包括后躯干上板13和后躯干下板14，前足的上端固定设置在前躯干上板11和前躯干下板12间，中足和后足的上端均固定设置在后躯干上板13和后躯干下板14间。
作为优选的实施方式，前足和后足分别向前和向后呈角度安装在躯干1上。
作为优选的实施方式，躯干1由碳纤维材料制作而成，躯干1上还设置有若干减轻重量的通孔。
作为优选的实施方式，该可切换运动模式的仿生机器人包括躯干1、六条足部运动机构2、尾巴3和运动切换机构4，躯干1包括前躯干和后躯干，运动切换机构4设置在前躯干和后躯干之间，两前足均向前倾斜30°的对称固定设置在前躯干的前躯干上板11和前躯干下板12间，两中足对称固定设置在后躯干的后躯干上板13和后躯干下板14间中部的位置，两后足向后倾斜30°的对称固定设置在后躯干的后躯干上板11和后躯干下板12间后部的位置，尾巴3固定设置在后躯干上板13的中部位置。
作为优选的实施方式，运动切换机构4包括成对的对称设置在后躯干前部的后躯干上板13和后躯干下板14间的运动切换电机41和摇臂板42，两摇臂板42的两端分别与对应运动切换电机41的输出轴和前躯干连接，两运动切换电机41间还对称设置有一对推拉杆型电磁铁44和与各推拉杆型电磁铁44对应的定位架45，两定位架45和两摇臂板42上均设置有若干同轴的圆孔，当需要由六腿运动模式转换为四腿运动模式时，控制系统控制两运动切换电机41转动，带动两摇臂板42转动，控制系统还控制两推拉杆电磁铁44的推拉杆收缩，停止六足运动模式的锁定，此时，两摇臂板42带动前躯干转动也即抬起前躯干，且可控制两运动切换电机41的转动角度使两前足抬起不同的高度，这样前躯干上的前足被抬起无法与地面接触运动，完成了将六足运动模式转换为四足运动模式的切换，控制系统再同时控制尾巴3的摆动，以平衡由六足运动模式切换为四足运动模式后的稳定，当然，两前足也可以具备操作手功能，实现既定的操作运动，提高足部运动机构2的利用率；当不需要四足运动机构时，调整两运动切换电机41的转动角度，放下两前足并控制两推拉杆电磁铁44伸出，两推拉杆电磁铁44伸出的推拉杆插入两定位架45的圆孔内实现六足运动模式的锁定，这样就实现了由四足运动模式转换为六足运动模式的过程。
作为优选的实施方式，足部运动机构2包括依次串联的第一舵机21、第二舵机22、第三舵机23和与第三舵机23输出端铰接的支撑板24，第一舵机21呈前后摆动方向安装在躯干1上，第二舵机22呈上下摆动方向安装，第三舵机23呈左右摆动方向安装，第一舵机21的一端固定设置在躯干1上，第一舵机21的另一端输出端与第一舵机支架211铰接，第一舵机支架211的端部固定串接第二舵机支架221，第二舵机22的输出端与第二舵机支架221的另一端铰接，第二舵机22的另一端与第三舵机23通过第三舵机支架231固定连接在一起，第三舵机23的输出端与支撑板24铰接，第一舵机支架211和第二舵机支架221均为U型支架，第三舵机支架231为设置有若干固定孔的固定板，防滑块27为防滑脚垫，支撑脚框架26和和支撑柱25的设置增加了足部运动机构末端与地面的摩擦力且增加了支撑脚结构的刚性。
作为优选的实施方式，尾巴3包括依次串接在一起的尾座31、第四舵机32、第五舵机33、第六舵机34和第七舵机35，第四舵机32呈左右摆动方向的固定设置在尾座31上，第五舵机33、第六舵机34和第七舵机35均呈上下摆动方向安装，第七舵机35上还固定设置有末端摆块36，尾座31一端固定设置在后躯干上板13上，尾座31的另一端设置有连接凸块，尾座31的连接凸块与尾座连接支架311固定连接在一起，第四舵机32的一端与尾座连接支架311固定，第四舵机32的另一端输出轴与第四舵机支架321铰接，第四舵机支架321的另一端与第五舵机支架331固定连接，第五舵机支架331的另一端与第五舵机33的输出轴铰接，第五舵机33的另一端与第六舵机34通过第六舵机支架341固定连接在一起，第六舵机34的另一端的输出轴与第七舵机支架351铰接，第七舵机支架351和尾部支架361固定连接在一起，所述尾部支架361的另一端与第七舵机35的输出轴铰接，第五舵机35的另一端固定连接有末端摆块36，末端摆块36主要起到装饰和摆动以平衡机器人运动的作用，所述尾座连接支架311、第四舵机支架321、第五舵机支架331、第七舵机支架351、尾部支架361均为U型支架，第六舵机支架341为设置有若干固定孔的固定板。
当然，本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种可切换运动模式的仿生机器人，其特征在于：包括控制系统和机械系统，所述机械系统包括躯干（1）和与所述躯干（1）连接的若干对足部运动机构（2），还设置有运动切换机构（4），所述运动切换机构（4）包括与至少一对足部运动机构（2）连接的摇臂板（42）和驱动所述摇臂板（42）转动的运动切换电机（41），还设置有平衡机器人运动的尾巴（3），所述尾巴（3）设置在躯干（1）的尾部，通过所述运动切换电机（41）驱动摇臂板（42）转动以提升相应的至少一对足部运动机构（2）离开地面进而实现多足和少足运动模式的切换。
2.根据权利要求1所述的可切换运动模式的仿生机器人，其特征在于：若干对所述足部运动机构（2）分为前足、中足和后足三对，所述躯干（1）包括前躯干和后躯干，所述前足与前躯干连接，所述中足、后足均与后躯干连接，所述运动切换机构（4）设置在前躯干和后躯干间。
3.根据权利要求2所述的可切换运动模式的仿生机器人，其特征在于：所述运动切换电机（41）和摇臂板（42）均成对的左右对称设置在后躯干上，两所述摇臂板（42）的两端分别与对应运动切换电机（41）的输出轴和前躯干连接。
4.根据权利要求3所述的可切换运动模式的仿生机器人，其特征在于：还对称设置有一对推拉杆型电磁铁（44）和与各所述推拉杆型电磁铁（44）对应的定位架（45），两所述定位架（45）和两摇臂板（42）上均设置有若干同轴的圆孔，通过两所述推拉杆电磁铁（44）的推拉杆伸出以插入到对应所述定位架（45）和摇臂板（42）的圆孔内实现运动模式的锁定。
5.根据权利要求4所述的可切换运动模式的仿生机器人，其特征在于：所述足部运动机构（2）包括依次串联的第一舵机（21）、第二舵机（22）、第三舵机（23）和与第三舵机（23）输出端铰接的支撑板（24），所述第一舵机（21）呈前后摆动方向安装在躯干（1）上，所述第二舵机（22）呈上下摆动方向安装，所述第三舵机（23）呈左右摆动方向安装。
6.根据权利要求5所述的可切换运动模式的仿生机器人，其特征在于：所述支撑板（24）包括两块上端分别与第三舵机（23）铰接的板，所述支撑板（24）的下端还设置有支撑脚机构，所述支撑脚结构包括与支撑板（24）下端固定连接的支撑脚框架（26）、水平支撑的固定设置在支撑板（24）两块板间的支撑柱（25），所述支撑脚框架（26）的底端还设置有防滑块（27）。
7.根据权利要求2所述的可切换运动模式的仿生机器人，其特征在于：所述尾巴（3）包括与后躯干固定连接的尾座（31）、依次串接在一起的第四舵机（32）、第五舵机（33）、第六舵机（34）和第七舵机（35），所述第四舵机（32）呈左右摆动方向的固定设置在尾座（31）上，所述第五舵机（33）、第六舵机（34）和第七舵机（35）均呈上下摆动方向安装，所述第七舵机（35）上还固定设置有末端摆块（36）。
8.根据权利要求2所述的可切换运动模式的仿生机器人，其特征在于：所述前躯干包括前躯干上板（11）和前躯干下板（12），所述后躯干包括后躯干上板（13）和后躯干下板（14），所述前足的上端固定设置在前躯干上板（11）和前躯干下板（12）间，所述中足和后足的上端均固定设置在后躯干上板（13）和后躯干下板（14）间。
9.根据权利要求2所述的可切换运动模式的仿生机器人，其特征在于：所述前足和后足分别向前和向后呈角度安装在躯干（1）上。
10.根据1～9任意一项所述的可切换运动模式的仿生机器人，其特征在于：所述躯干（1）由碳纤维材料制作而成，所述躯干（1）上还设置有若干减轻重量的通孔。
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