CN107200080B - 一种足式步行机器人 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种足式步行机器人，包括前箱体、后箱体和高箱体，其中，前箱体和后箱体通过高箱体中的转动轴连接，高箱体内设置有用于控制后箱体摆动的摆动电机，前箱体、后箱体或高箱体内设置有控制器，前箱体和后箱体上均并排设置有两个小箱体，每个小箱体内均设置有转动电机，每个转动电机与一个腿部机构连接，转动电机用于控制腿部机构的前后移动，前箱体和后箱体内均设置有两个升降电机，每个升降电机通过传动杆与一个小箱体固定连接，升降电机用于控制小箱体的上下移动。通过将电机以及控制器设置在箱体内，减轻了腿部机构的重量，能够提高机器人的机动性。

Description

一种足式步行机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种足式步行机器人。

背景技术

机器人是传统的机构学与近代电子技术相结合的产物，综合了是计算机科学、控制论、机构学、信息科学和传感技术等多个学科综合性高科技产物，能够进行它是一种仿人操作、高速运行、和重复操作，和精度较高的自动化设备属于精度较高的自动化设备。在各式机器人中，其中，多足机器人由于能够在足部落脚点可达范围内灵活调整行走姿态，并选择合理的支撑点，使得机器人具有更高的避障和越障能力；具有能跨越沟、坎等障碍，并且多足机器人足部落脚点的离散性和面积小较小，的特点，使其因此多足机器人对坑洼山地的机动性和适应性更强，多足机器人能够在足部落脚点可达范围内灵活调整行走姿态，并选择合理的支撑点，使得机器人具有更高的避障和越障能力。

现有技术中，多足机器人通常包括一个主箱体以及设置在主箱体四周的腿部结构，其中，主箱体上设置有主控制器，用于接收用户的指令并根据指令控制每个腿部结构运动；腿部结构由两个呈倒V字形连接的支架组成，其中一个支架与主箱体通过分控制器以及电机连接，分控制器和电机接收来自主控制器的指令信号，通过分控制器确定腿部结构的运行方向，然后通过电机提供动力驱动腿部结构改变运行方向，两个支架的连接处也设置有分控制器和电机，通过接收主控制器的信号，驱动腿部结构的起落和伸展，从而实现机器人的行走。

然而，从上述传统现有足式机器人腿部结构设计方法可以看出，传统的多足机器人由于在机器人的腿部机构上安装了许多附加器件，使腿部机构质量增加、质心位置降低、转动惯量增加，降低了腿部机构的机动性，从而造成了现有足式机器人在复杂工作条件下转向困难，并且，现有足式机器人的步进结构复杂，不容易防护。

发明内容

为克服相关技术中的问题，公开了如下技术方案：

一种足式步行机器人，包括前箱体、后箱体和高箱体，其中，

所述前箱体和后箱体通过所述高箱体中的转动轴连接，所述高箱体内设置有用于控制所述后箱体摆动的摆动电机，所述前箱体、后箱体或高箱体内设置有控制器；

所述前箱体和后箱体上均并排设置有两个小箱体，每个所述小箱体内均设置有转动电机，每个所述转动电机与一个腿部机构连接，所述转动电机用于控制所述腿部机构的前后移动；

所述前箱体和后箱体内均设置有两个升降电机，每个所述升降电机通过传动杆与一个所述小箱体固定连接，所述升降电机用于控制所述小箱体的上下移动；

每个所述摆动电机、转动电机和升降电机均分别与所述控制器电连接。

可选的，所述传动杆包括连架杆，所述连架杆贯穿所述前箱体和后箱体与所述小箱体固定连接。

可选的，所述前箱体和后箱体上均设置有四根支撑杆，两根所述连架杆以及两根所述支撑杆成矩形分布，用于支撑所述小箱体，其中，所述支撑杆一端固定于所述前箱体和后箱体上，另一端悬空。

可选的，所述腿部机构包括连接曲柄、传动机构和步行机构，所述连接曲柄分别与所述转动电机和传动机构连接，所述传动机构连接所述步行机构。

可选的，所述步行机构靠近地面的一端设置有滚轮。

可选的，所述腿部机构通过螺栓固定在所述小箱体侧面。

可选的，所述前箱体、后箱体和高箱体表面的各连接处均设置有防水密封层，用于对所述摆动电机、转动电机、升降电机以及控制器进行防水保护。

本发明实施例提供的足式步行机器人，包括前箱体、后箱体和高箱体，其中，前箱体和后箱体通过高箱体中的转动轴连接，高箱体内设置有用于控制后箱体摆动的摆动电机，前箱体、后箱体或高箱体内设置有控制器，前箱体和后箱体上均并排设置有两个小箱体，每个小箱体内均设置有转动电机，每个转动电机与一个腿部机构连接，转动电机用于控制腿部机构的前后移动，前箱体和后箱体内均设置有两个升降电机，每个升降电机通过传动杆与一个小箱体固定连接，升降电机用于控制小箱体的上下移动。通过将电机以及控制器设置在箱体内，减轻了腿部机构的重量，能够提高机器人的机动性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，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足式步行机器人的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的前箱体和小箱体的局部结构放大示意图；

图3为本发明实施例提供的前箱体和小箱体的内部结构放大示意图；

图4为本发明实施例提供的电机和传动杆的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的腿部结构的结构示意图。

图示说明：

1-前箱体，2-后箱体，3-高箱体，4-小箱体，5-腿部机构，51-连接曲柄，52-第一连杆，53-第二连杆，54-步行机构，55-第四连杆，56-第五连杆，57-第六连杆，6-传动杆，61-第一传动杆，62-第二传动杆，63-第三传动杆，64-连架杆，71-转动电机，72-升降电机，8-滚轮。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参见图1，为本发明实施例提供的足式步行机器人的结构示意图，如图1所述，本发明实施例提供的足式步行机器人包括前箱体1、后箱体2和高箱体3。

前箱体1和后箱体2通过高箱体3中的转动轴连接，为了在机器人行走过程中控制后箱体2的摆动，在高箱体3内设置有摆动电机，摆动电机与转动轴连接，控制后箱体2的摆动方向和幅度，保证前箱体1和后箱体2的协调运动。

在机器人行走过程中需要控制机器人的运动状态，通过控制前箱体1和后箱体2的相对位置关系等因素进而影响机器人运行方向，因此，本发明实施例提供的足式步行机器人还包括控制器，控制器设置在前箱体1、后箱体2或高箱体3中任意一个内，需要说明的是控制器只需设置在机器人内部即可，在此不对设置位置做具体限制。

前箱体1和后箱体2上均并排设置有两个小箱体4，每个小箱体4内均设置有转动电机71，每个转动电机71与一个腿部机构5连接，转动电机71用于控制腿部机构5的前后移动。

腿部机构5在步行过程中不知需要进行前后移动，还需要进行上下移动，因此，在前箱体1和后箱体2内均设置有两个升降电机72，每个升降电机72通过传动杆6与一个小箱体4固定连接，升降电机72用于控制小箱体4的上下移动，又由于腿部机构5与小箱体4通过转动电机71连接，因此，在升降电机72控制小箱体4上下移动的过程中带动的腿部结构5的上下移动，从而实现腿部机构5的行走。

因为机器人在行走过程中需要控制4个腿部机构5的运动，以及前箱体1和后箱体2的协调运动，因此，每个摆动电机、转动电机71和升降电机72均分别与控制器电连接，控制器通过协调各组件的运动方式进而协调机器人的行走方向。

腿部机构5靠近底面的一端还设置有滚轮8，滚轮8的设置便于机器人的行走，也减少了腿部机构5落地时对小箱体4造成的冲击。

参见图2，为本发明实施例提供的前箱体和小箱体的局部放大示意图，如图2所示，小箱体4上设置有开口，转动电机71的转轴从开口处伸出，与腿部机构5连接，控制腿部机构5的运动。

参见图3，为本发明实施例提供的前箱体和小箱体的内部结构放大示意图，如图3所示，前箱体1和后箱体2内均设置有两个升降电机72，升降电机72的转轴连接传动杆6，其中，传动杆6包括连架杆64，连架杆64贯穿前箱体1和后箱体2与小箱体4固定连接。升降电机72运动时带动小箱体4上下运动，由于小箱体4内的转动电机71与腿部机构5连接，因此，进而带动腿部机构5上下运动，在转动电机71和升降电机72的同时作用下，腿部机头5实现行走。

为了在小箱体4下降过程中进行支撑，防止由于过度下降对腿部机构5造成损害，前箱体1和后箱体2上均设置有四根支撑杆，两根连架杆64以及两根支撑杆分布在小箱体4的四个顶点，在小箱体4下降的过程是进行支撑，以为支撑杆具有一定的重量，因此，为了便于小箱体4的抬升过程，将支撑杆一端固定于前箱体1和后箱体2上，另一端悬空，小箱体4在下落过程中触碰到支撑杆的悬空端之后就停止下降，因此，腿部机构5在设计是需要满足，小箱体4接触到支撑杆之后滚轮8可以良好的接触地面。

参见图4，为本发明实施例提供的电机和传动杆的结构示意图，如图4所示，小箱体4的升降过程具体原理为：传动杆6包括第一传动杆61，第二传动杆62和第三传动杆63，第一传动杆61水平设置、且与升降电机72的转轴固定连接，第二传动杆62与第一传动杆61铆接，第三传动杆63与第二传动杆62垂直固定连接、且第三传动杆63与第一传动杆61平行，第三传动杆63与腿部机构5铆接，其中，第一传动杆61与升降电机72的连接点以及第二传动杆62与第一传动杆61的连接点分别靠近第一传动杆61相对的两侧边。在升降电机72转动是，转轴带动第一传动杆61转动，由于第二传动杆62与第一传动杆61铆接，因此第二传动杆62做上下运动，又因为，第三传动杆63与第二传动杆62垂直固定连接，因此第三传动杆63随第二传动杆62上下运动，使设置在第三传动杆63两端的连架杆64上下运动，从而带动小箱体4的上下运动。

为了防止由于传动杆6占用空间过大而造成前箱体1和后箱体2的体积过大，因此第一传动杆61为一半圆形板，第一传动杆61与电机7的连接点靠近半圆形板的直线边，第二传动杆62与第一传动杆61的连接点靠近半圆形板的曲线边，减小了传动杆6的占用体积和重量，是本发明实施例提供的足式步行机器人具有更高的机动性。

参见图5，为本发明实施例提供的腿部结构的结构示意图，如图5所示，本发明实施例提供的腿部机构5包括连接曲柄51、传动机构和步行机构54，连接曲柄51分别与转动电机71和传动机构连接，传动机构连接步行机构54。

传动机构包括第一连杆52和第二连杆53，连接曲柄51与转动电机71的转轴铆接，第一连杆52一端和第二连杆53一端均与连接曲柄51铆接，第一连杆52另一端与第五连杆56铆接，第二连杆53另一端与第四连杆55铆接，第四连杆55的两端分别与第五连杆56和步行机构54铆接，第五连杆56与第六连杆57的一端铆接，第六连杆57的另一端与步行机构54铆接，其中，第二连杆53与第四连杆55的铆接点靠近第四连杆55与步行机构54的铆接点，第四连杆55与第五连杆56的铆接点固定于小箱体4侧壁上，使腿部机构5可以在一个平面内进行前后移动且只按固定方向移动不发生复位。

为了是腿部机构5更好的运动，第五连杆56为等边三角形板，步行机构54为钝角三角形板，其中，第一连杆52、第六连杆57以及第四连杆55与第五连杆56的铆接点分别位于等边三角形板的三个顶点上；第六连杆57以及第四连杆55与步行机构54的铆接点分别位于钝角三角形板远离底面的两个顶点上。

第四连杆55和第六连杆57均为由两根子连杆组成的成对连杆，其中，组成第四连杆55的两根子连杆之间的距离等于组成第六连杆57的两根子连杆之间的距离，两根子连杆之间的距离大于或等于第二连杆53和第五连杆56的厚度。

第四连杆55与第二连杆53、步行机构54以及第六连杆57的铆接方式均为同轴铆接，第六连杆57与第五连杆56以及步行机构54的铆接方式均为同轴铆接。

前箱体1、后箱体2和高箱体3表面的各连接处均设置有防水密封层，用于对箱体内部的摆动电机、转动电机71、升降电机72以及控制器进行防水保护，使本发明实施例提供的足式步行机器人可以进行水下操作。

本发明实施例公开的一种足式步行机器人，包括前箱体、后箱体和高箱体，其中，前箱体和后箱体通过高箱体中的转动轴连接，高箱体内设置有用于控制后箱体摆动的摆动电机，前箱体、后箱体或高箱体内设置有控制器，前箱体和后箱体上均并排设置有两个小箱体，每个小箱体内均设置有转动电机，每个转动电机与一个腿部机构连接，转动电机用于控制腿部机构的前后移动，前箱体和后箱体内均设置有两个升降电机，每个升降电机通过传动杆与一个小箱体固定连接，升降电机用于控制小箱体的上下移动。通过将电机以及控制器设置在箱体内，减轻了腿部机构的重量，能够提高机器人的机动性。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

以上所述的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。

Claims (7)

1.一种足式步行机器人，其特征在于，包括前箱体(1)、后箱体(2)和高箱体(3)，其中，

所述前箱体(1)和后箱体(2)通过所述高箱体(3)中的转动轴连接，所述高箱体(3)内设置有用于控制所述后箱体(2)摆动的摆动电机，所述前箱体(1)、后箱体(2)或高箱体(3)内设置有控制器；

所述前箱体(1)和后箱体(2)上均并排设置有两个小箱体(4)，每个所述小箱体(4)内均设置有转动电机(71)，每个所述转动电机(71)与一个腿部机构(5)连接，所述转动电机(71)用于控制所述腿部机构(5)的前后移动；

所述前箱体(1)和后箱体(2)内均设置有两个升降电机(72)，每个所述升降电机(72)通过传动杆(6)与一个所述小箱体(4)固定连接，所述升降电机(72)用于控制所述小箱体(4)的上下移动；

每个所述摆动电机、转动电机(71)和升降电机(72)均分别与所述控制器电连接。

2.如权利要求1所述的足式步行机器人，其特征在于，所述传动杆(6)包括连架杆(64)，所述连架杆(64)贯穿所述前箱体(1)和后箱体(2)与所述小箱体(4)固定连接。

3.如权利要求2所述的足式步行机器人，其特征在于，所述前箱体(1)和后箱体(2)上均设置有四根支撑杆，两根所述连架杆(64)以及两根所述支撑杆成矩形分布，用于支撑所述小箱体(4)，其中，所述支撑杆一端固定于所述前箱体(1)和后箱体(2)上，另一端悬空。

4.如权利要求1所述的足式步行机器人，其特征在于，所述腿部机构(5)包括连接曲柄(51)、传动机构和步行机构(54)，所述连接曲柄(51)分别与所述转动电机(71)和传动机构连接，所述传动机构连接所述步行机构(54)。

5.如权利要求4所述的足式步行机器人，其特征在于，所述步行机构(54)靠近地面的一端设置有滚轮(8)。

6.如权利要求4所述的足式步行机器人，其特征在于，所述腿部机构(5)通过螺栓固定在所述小箱体(4)侧面。

7.如权利要求1所述的足式步行机器人，其特征在于，所述前箱体(1)、后箱体(2)和高箱体(3)表面的各连接处均设置有防水密封层，用于对所述摆动电机、转动电机(71)、升降电机(72)以及控制器进行防水保护。