CN107672685B - 一种机器人行走装置 - Google Patents

Abstract

一种机器人行走装置，包括机器人主体及连接机器人主体的第一支腿、第二支腿、第三支腿和第四支腿，所述每条支腿下端分别设有驱动电机和行走轮，所述驱动电机带动行走轮，所述第一支腿下端设有第一行走轮，所述第二支腿下端设有第二行走轮，所述第三支腿下端设有第三行走轮，所述第四支腿下端设有第四行走轮，所述四条支腿呈十字形分布，形成第一轴和第二轴，所述第一支腿和第三支腿下端的驱动电机分别驱动第一行走轮和第三行走轮以第一轴为中心转动，所述第二支腿和第四支腿下端的驱动电机分别驱动第二行走轮和第四行走轮以第二轴为中心转动，所述第一轴与第二轴相互垂直。本发明能够使机器人的行走更加稳定，增加了机器人的整体平衡。

Description

一种机器人行走装置

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种机器人行走装置。

背景技术

行走机器人早在20世纪80年代就已经面世了，随着玩具机器人技术领域的进一步发展，机器人行走技术日异月新，有模拟人行走的，有安装滚轮行走的，也有安装舵机带动行走的。机器人是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。随着机器人行业的迅猛发展，出现了许多取代人类工作的机器人，例如在生产业、建筑业，或是危险的工作等行业。目前我国涉及机器人生产的企业已超过800家，但是，其中200多家是机器人本体制造企业，大部分以组装和代加工为主，处于产业链低端，产业集中度低、总体规模小。各地还出现了40多个以发展机器人为主的产业园区。

小型机器人，特别是格斗型机器人，是目前非常热门的机器人类型，也有多种针对不同类型格斗机器人的比赛，激发了研发人员的兴趣，也打开了一个新的市场。随着科技的发展，越来越多的企业公司进入格斗机器人领域，各类格斗机器人产品功能推陈出新，十分丰富。且随着人工智能技术与互联网的发展，以语音互动、人脸识别、App互联等为主的多功能机器人逐渐进入大家的视线。

机器人行走技术关系到机器人整体移动的灵活度，是实现机器人能够更好完成任务的重要条件。然而现在市面上的机器人行走装置大多行走不够稳定，容易出现打滑或机器人摔倒，且行走方向单一，另外机器人底部轮子受力过大，容易磨损，需要经常更换轮子增加成本。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供能够稳定多向行走的一种机器人行走装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种机器人行走装置，设置在机器人主体下侧，所述机器人包括头部、躯干部、手臂以及行走装置，所述行走装置包括连接机器人主体的第一支腿、第二支腿、第三支腿和第四支腿，所述每条支腿下端分别设有驱动电机和行走轮，所述驱动电机带动行走轮，所述第一支腿下端设有第一行走轮，所述第二支腿下端设有第二行走轮，所述第三支腿下端设有第三行走轮，所述第四支腿下端设有第四行走轮，所述四条支腿呈十字形分布，形成第一轴和第二轴，所述第一支腿和第三支腿下端的驱动电机分别驱动第一行走轮和第三行走轮以第一轴为中心转动，所述第二支腿和第四支腿下端的驱动电机分别驱动第二行走轮和第四行走轮以第二轴为中心转动，所述第一轴与第二轴相互垂直。

所述机器人主体可根据不同的需要进行设计，对于格斗型机器人，可在机器人头部设置类似人类眼睛的摄像头，通过摄像头传达的图像，观察对方的攻击进程，从而分析自身的应对方式，增加格斗趣味性。所述机器人行走装置，类似于人类的腿部，用于机器人的快速行走。所述支腿上端通过螺纹紧固件与机器人主体固定，为了使机器人行走更加稳定，所述机器人行走装置包括四条支腿，所述支腿相对于机器人主体向外侧倾斜，所述支腿分布均匀分布在机器人主体下端，所述每条支腿下端分别设有一个电机保护壳和行走轮，所述驱动电机设于电机保护壳内部，可以防止驱动电机长期暴露造成损害。所述行走轮依靠驱动电机提供动力。

为了使行走装置行走更加稳定，且保证机器人可从任意方向移动，本发明设置四条支腿，分别为第一支腿、第二支腿、第三支腿和第四支腿，且按顺序相邻设置，所述四条支腿设置成十字形，形成两条相互垂直的第一轴和第二轴，所述行走轮支撑于地面，整个机器人主要靠行走轮的滚动进行移动。通过第一轴和第二轴的设计，能够增加机器人主体的稳定性，避免了行走时由于某个方向的倾斜引起机器人摔倒，且能够保证行走轮的运动的协调性。

进一步的，所述行走装置还包括容纳驱动电机的电机保护壳，所述电机保护壳一端连接行走轮，所述电机保护壳另一端悬空，所述电机保护壳一端的上侧连接支腿。

所述电机保护壳分为固定端和悬挂端，保护壳为直径小于行走轮直径、且具有预定长度的圆柱状机构，可将驱动电机安置在内，所述行走轮的中心轴插入至电机保护壳的固定端并与电机保护壳固定端连接，所述连接为转动连接，使得行走轮能够自由转动，通过电机保护壳内部设置的驱动电机能够控制行走轮的转动。所述电机保护壳悬挂端悬空设置，悬挂端与地面有一定的距离，使得机器人主体通过支腿受压于电机保护壳时，电机保护壳有一定的缓冲空间。所述支腿连接电机保护壳的上侧，一方面可作为支腿的着力点，另一方面起到悬挂电机保护壳的作用。

进一步的，所述支腿与电机保护壳的上侧转动连接，所述支腿的内侧设有分支架，所述分支架一端与支腿转动连接，另一端与电机保护壳的另一端上侧转动连接，所述支腿、分支架以及电机保护壳形成三角形固定结构。

由于支腿受力点在电机保护壳上，相当于机器人主体整体受力点都分布在四个电机保护壳上，为了使支腿受力更加稳定，所述支腿与电机保护壳的上侧转动连接，即支腿可通过转轴活动，但一个位点的活动会使整个装置出现摇晃，因此在支腿下端设置一个分支架，类似于在人体的膝关节处分支一个分支架，同样的，所述分支架一端转动连接支腿分支处，另一端与电机保护壳上侧转动连接。为了形成稳定的人字形结构，所述支腿与电机保护壳连接位置靠近电机保护壳的固定端，而分支架与电机保护壳连接位置靠近电机保护壳的悬挂端，尽量拉开了两个受力点的位置，使支腿、分支架以及电机保护壳三者形成稳定的三角形结构，行走更加稳定。

进一步的，所述行走轮包括第一转轮、第二转轮以及中心轴，所述第一转轮和第二转轮通过中心轴固定，所述驱动电机通过驱动中心轴转动而带动第一转轮和第二转轮同时转动。

所述每个行走轮可设置多个转轮，为了更好的控制行走轮的转动，本发明设置两个转轮，转轮通过中心轴固定在一起，增加与地面的接触面积，增加行走的稳定性。所述第一转轮和第二转轮通过中心轴固定后，不可绕转轴转动，而通过驱动电机带动中心轴的转动而转动。所述机器人设有控制系统，可对驱动电机进行控制，从而对行走轮进行控制。

进一步的，所述第一转轮和第二转轮的轮边分别设有多个安装位，所述第一转轮和第二转轮的安装位交错排列，所述第一转轮和第二转轮分别设有多个转动构件，所述转动构件分别安装于安装位中。

所述每个转轮在轮圈边框的位置各设置四个对称的安装位，所述安装位呈类似椭圆形，安装位处的轮边直径较小，所述转动机构以安装位处的轮边为中心，可自由转动。所述第一转轮和第二转轮的安装位相互交错，由于第一转轮和第二转轮相对固定在一起，二者的相对位置不会发生变化，所述相互交错即第一转轮的安装位，对应第二转轮与其固定的位置是第二转轮的轮边，同样的，第二转轮的安装位，对应第一转轮与其固定的位置是第一转轮的轮边。

当机器人需要朝第一轴方向移动时，第二行走轮和第四行走轮通过驱动电机的转动实现转动，而此时第一行走轮和第三行走轮转动方向与第一轴垂直，因此控制中心只需启动第二行走轮和第四行走轮即可。但是此时第一行走轮和第三行走轮的移动会增加行走的阻力，并且会对行走轮造成磨损，因此需要设置转动机构，当第一行走轮和第三行走轮带动机器人移动时，可带动第二行走轮和第四行走轮的转动机构转动，避免了轮圈与地面接触时行走轮无法朝中心轴方向运动的缺陷，同时减小了轮边的磨损，也减小了运动阻力。同样的，当机器人需要朝第二轴方向移动时，第一行走轮和第三行走轮通过驱动电机的转动实现转动，而此时第二行走轮和第四行走轮转动方向与第二轴垂直，因此控制系统只需启动第一行走轮和第三行走轮即可。但是此时第二行走轮和第四行走轮的移动会增加行走的阻力，并且会对行走轮造成磨损，因此需要设置转动机构，当第二行走轮和第四行走轮带动机器人移动时，可带动第一行走轮和第三行走轮的转动机构转动。

进一步的，所述转动构件为橄榄球形转子。

所述橄榄球型转子中部空心，通过安装位处的轮圈穿过橄榄球型转子，使转子能够绕安装位处的轮圈转动。所述转子表面涂有防滑层，增加行走装置的摩擦力，防止打滑。

进一步的，所述转子均相对于其对应的轮边凸起。

为了防止磨损非安装位的轮圈部分，本发明设置的转子均相对于其对应的轮边框凸起，在行走时，凸起的转子与地面接触，使得行走轮无论怎么转动，总会有一个行走轮的转动机构与地面接触，防止轮圈的磨损。

进一步的，所述电机保护壳悬挂端上部设有控制线入口。

所述机器人主体背部设有控制线路主板，控制线路主板通过控制线控制机器人内部设置的所有电机、舵机的运行。所述电机控制线由机器人背部为起点发出，在腰部集中，再分散至各个支架上，通过电机保护壳悬挂端上部设置的控制线入口与电机连接，从而控制电机的运行。

进一步的，所述支腿设有控制线安装位，所述控制线安装位设有保护壳。

为了使控制线更加有序排列，防止控制线的无序缠绕造成损害，本发明在支腿上端设置控制线安装位，并在控制线安装位设置保护壳，保护控制线。

进一步的，所述分支架为液压装置或气压装置或弹性装置。

当机器人主体运动时，主要支腿下端和分支架为主要受力点，所述液压装置或气压装置或弹性装置主要起缓冲作用，能够使行走更加稳定，同时减轻对行走轮的磨损。

本发明的有益效果，能够使机器人的行走更加稳定，增加了机器人的整体平衡，防止摔倒。另外，还能减缓行走轮受力过大引起的磨损。另外行走轮双轮和转动机构的设置使机器人朝任意方向行走时，能够快速反应，减少轮圈磨损，并能够防滑。

附图说明

图1为本发明机器人立体图。

图2为本发明机器人俯视图。

图3为本发明机器人行走装置支腿立体图。

图4为本发明机器人行走装置保护壳爆炸图。

图5为本发明行走装置的行走轮拆解图。

图6为本发明行走装置的转轮爆炸图。

具体实施例

实施例1

如图1所示，一种机器人行走装置，设置在机器人主体1下端，所述行走装置包括四条支腿2。如图2~3所示，所述支腿2包括第一支腿21、第二支腿22、第三支腿23和第四支腿24，所述每条支腿2下端设有一个电机保护壳3和行走轮4，所述电机保护壳3内置驱动电机5，所述第一支腿21下端设有第一行走轮41，所述第二支腿22下端设有第二行走轮42，所述第三支腿23下端设有第三行走轮43，所述第四支腿24下端设有第四行走轮44，所述四条支腿呈十字形分布，形成第一轴和第二轴，所述第一支腿21和第三支腿23下端的驱动电机5分别驱动第一行走轮41和第三行走轮43以第一轴为中心转动，所述第二支腿22和第四支腿24下端的驱动电机5分别驱动第二行走轮42和第四行走轮44以第二轴为中心转动，所述第一轴与第二轴相互垂直。

进一步的，如图3所示，所述电机保护壳3一端连接行走轮4，所述电机保护壳3另一端悬空，所述电机保护壳3的上侧连接支腿2。如图4所示，所述保护壳3包括保护壳左盖31、保护壳右盖32，所述驱动电机5设于保护壳左盖31和保护壳右盖32所围成的空腔中。所述保护壳3还设有电机固定环33、电机固定座34以及电机支架35以及电机轴承36。

进一步的，如图3所示，所述支腿2与电机保护壳3的上侧转动连接，所述支腿2的下端设有分支架6，所述分支架6为液压杆，所述分支架6一端与支腿2转动连接，另一端与电机保护壳3的上侧转动连接，所述支腿2、分支架6以及电机保护壳3形成三角形固定结构。所述支腿2设有控制线安装位，所述控制线安装位设有保护壳25。

进一步的，如图5所示，所述每个行走轮4包括第一转轮45、第二转轮46以及中心轴47，所述第一转轮45和第二转轮46通过中心轴47固定，所述驱动电机5通过驱动中心轴47转动而带动第一转轮45和第二转轮46同时转动。

进一步的，如图5所示，所述转轮的轮边分别设有四个相互对称的安装位48，所述第一转轮45和第二转轮46的安装位交错排列，所述第一转轮45和第二转轮46结构相同，如图6所示，所述转轮45包括脚轮连接轴451、转轮上盖452、橄榄球形转子453、转子转轴454、转轮下盖455以及转轮锁紧轴456，所述转轮设有四个橄榄球形转子453，并设有4个相应的安装位。进一步的，如图5所示，所述转子453均相对于其对应的轮边凸起。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于，所述行走轮设有六个相互对称的安装位，所述第一转轮和第二转轮的安装位交错排列，所述第一转轮和第二转轮结构相同，所述转轮设有六个橄榄球形转子，并设于六个相应的安装位。

进一步的，所述分支架为气压杆。

实施例3

本实施例与实施例2的不同之处在于，所述分支架为支撑弹簧。

以上所述仅为本发明的较佳实施例或多种实施方式的其中一种实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种机器人行走装置，设置在机器人主体下侧，所述机器人包括头部、躯干部、手臂以及行走装置，所述行走装置包括连接机器人主体的第一支腿、第二支腿、第三支腿和第四支腿，所述每条支腿下端分别设有驱动电机和行走轮，所述驱动电机带动行走轮，所述第一支腿下端设有第一行走轮，所述第二支腿下端设有第二行走轮，所述第三支腿下端设有第三行走轮，所述第四支腿下端设有第四行走轮，其特征在于，所述四条支腿呈十字形分布，形成第一轴和第二轴，所述第一支腿和第三支腿下端的驱动电机分别驱动第一行走轮和第三行走轮以第一轴为中心转动，所述第二支腿和第四支腿下端的驱动电机分别驱动第二行走轮和第四行走轮以第二轴为中心转动，所述第一轴与第二轴相互垂直；

所述机器人行走装置，其特征在于，所述行走装置还包括容纳驱动电机的电机保护壳，所述电机保护壳一端连接行走轮，所述电机保护壳另一端悬空，所述电机保护壳一端的上侧连接支腿；

所述机器人行走装置，其特征在于，所述支腿与电机保护壳的上侧转动连接，所述支腿的内侧设有分支架，所述分支架一端与支腿转动连接，另一端与电机保护壳的另一端上侧转动连接，所述支腿、分支架以及电机保护壳形成三角形固定结构。

2.根据权利要求1所述机器人行走装置，其特征在于，所述行走轮包括第一转轮、第二转轮以及中心轴，所述第一转轮和第二转轮通过中心轴固定，所述驱动电机通过驱动中心轴转动而带动第一转轮和第二转轮同时转动。

3.根据权利要求2所述所述机器人行走装置，其特征在于，所述第一转轮和第二转轮的轮边分别设有多个安装位，所述第一转轮和第二转轮的安装位交错排列，所述第一转轮和第二转轮分别设有多个转动构件，所述转动构件分别安装于安装位中。

4.根据权利要求3所述机器人行走装置，其特征在于，所述转动构件为橄榄球形转子。

5.根据权利要求4所述机器人行走装置，其特征在于，所述转子均相对于其对应的轮边凸起。

6.根据权利要求1所述机器人行走装置，其特征在于，所述支腿设有控制线安装位，所述控制线安装位设有保护壳。

7.根据权利要求1所述机器人行走装置，其特征在于，所述分支架为液压装置或气压装置或弹性装置。