CN108275217B - 一种多运动模式的四足机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人技术领域，公开了一种多运动模式的四足机器人，包括机壳，机壳的左右两侧面通过四个电机支架对称固定有结构完全相同的四个腿部运动组件，即左前腿运动组件、右前腿运动组件、左后腿运动组件和右后腿运动组件；机壳的左右两侧面开设与电机支架形状相匹配的孔，电机支架固定在孔内；所述腿部运动组件包括抬腿系统、旋转系统和腿部连杆组件，实现四足机器人的步行运动模式或转动运动模式。本发明通过抬腿电机和旋转电机配合使用，实现机器人的两种运动模式的切换，可以适应较多的环境情况；另外，本发明结构简单，易于制作，成本低，具有非常好的应用前景。

Description

一种多运动模式的四足机器人

技术领域

本发明属于机器人技术领域，涉及一种多运动模式的四足机器人。

背景技术

在机器人领域，大家主要关注点越来越多的放在步行机器人上，步行机器人的设计是为了解决复杂环境下的适应性和执行多任务。但是步行机器人设计越来越复杂，由于控制手段和控制器的影响，使机器人对于环境的适应性反而降低了，致使有些简单机械结构且有较强适应性的机器人反而不受到过多的关注。

就目前的腿式机器人情况来看，短时间内做出适应性较强的腿式机器人是不现实的，因此，为了解决环境适应问题，设计了一款多运动模式的四足机器人。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多运动模式的四足机器人，通过抬腿电机和旋转电机配合使用，实现机器人的两种运动模式的切换，可以适应较多的环境情况；另外，本发明结构简单，易于制作，成本低，具有非常好的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种多运动模式的四足机器人，包括机壳，所述机壳为中空状，机壳的左右两侧面通过四个电机支架对称固定有结构完全相同的四个腿部运动组件，即左前腿运动组件、右前腿运动组件、左后腿运动组件和右后腿运动组件；所述电机支架的两端呈半圆形、中部呈长方形，机壳的左右两侧面开设与电机支架形状相匹配的孔，电机支架固定在孔内；所述腿部运动组件包括抬腿系统、旋转系统和腿部连杆组件，所述抬腿系统包括抬腿电机、抬腿驱动齿轮、抬腿随动齿轮、内带座外球面轴承和直线轴承，所述旋转系统包括旋转电机、旋转驱动齿轮、旋转随动齿轮和外带座外球面轴承，所述腿部连杆组件包括抬腿连轴、上端连接件、下端连接件、抬腿连接杆和腿部支撑杆；所述抬腿电机和旋转电机固定在电机支架的两端，抬腿电机和旋转电机位于机壳内部；抬腿电机的输出端固定抬腿驱动齿轮，所述抬腿驱动齿轮啮合抬腿随动齿轮；所述旋转电机的输出端固定旋转驱动齿轮，所述旋转随动齿轮的内侧面设置有齿，所述旋转驱动齿轮啮合旋转随动齿轮；所述外带座外球面轴承的边缘朝向机壳的一侧折弯，外带座外球面轴承的折弯部通过螺栓连接旋转随动齿轮，外带座外球面轴承中轴承中内嵌有垫片，垫片的一侧面通过螺栓连接内带座外球面轴承中的轴承座，垫片的另一侧面通过螺栓连接直线轴承，内带座外球面轴承与电机支架为一体结构；所述抬腿连轴的前端从外到内依次穿过直线轴承、垫片、内带座外球面轴承、旋转随动齿轮和电机支架，抬腿连轴的前端外侧面上开设与抬腿随动齿轮的内侧面相匹配的螺纹，抬腿连轴后端与抬腿连接杆固定形成一体结构，所述抬腿连接杆的两端分别活动连接上端连接件和下端连接件，所述上端连接件和下端连接件的一端转动连接于外带座外球面轴承的轴承座上，上端连接件和下端连接件的另一端转动连接腿部支撑杆。

进一步地，所述旋转随动齿轮的直径大于外带座外球面轴承中轴承座的外径，外带座外球面轴承中轴承的内径与内带座外球面轴承中轴承座的外径相当；直线轴承的外径小于内带座外球面轴承中轴承的内径。

进一步地，所述抬腿连轴、直线轴承、外带座外球面轴承、内带座外球面轴承抬腿随动齿轮和旋转随动齿轮的中心线同轴。

进一步地，所述外带座外球面轴承中沿轴承厚度的三分之一处内嵌有垫片。

进一步地，所述直线轴承和内带座外球面轴承分别位于外带座外球面轴承的两侧。

进一步地，所述抬腿连接杆、上端连接件、下端连接件和腿部支撑杆组成平行四边形连杆机构。

进一步地，所述活动连接为在上端连接件和下端连接件上开设腰形通孔，在抬腿连接杆的两端开设凹槽，在所述凹槽内设置第一转轴，所述第一转轴穿过腰形通孔。

进一步地，所述转动连接为在外带座外球面轴承的轴承座和腿部支撑杆上分别设置凸起，在所述凸起上设置第二转轴，在上端连接件和下端连接件的两端开设圆孔，所述第二转轴穿过圆孔。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

1.本发明通过抬腿电机的输出端带动抬腿驱动齿轮做相同角度的往复运动，带动抬腿随动齿轮进行相同角度往复运动，带动抬腿连轴进行往复运动，进而带动抬腿连接杆在腰形通孔内进行往复运动，实现腿部支撑杆进行抬升或降落，以完成跨越障碍；旋转电机的输出端带动旋转驱动齿轮进行相同角度往复运动，进而带动旋转随动齿轮进行相同角度往复转动，外带座外球面轴承也随之进行相同角度的往复运动，从而使腿部支撑杆进行前进或后退，以实现机器人的前进或后退，从而实现四足机器人的步行运动模式。

2.本发明通过旋转电机进行圆周往复运动，抬腿电机做小角度的往复运动，若抬腿电机补偿抬腿连接杆的旋转，使抬腿连接杆相对只发生旋转运动，从而实现机器人恒定腿长旋转运动模式；若抬腿电机使抬腿连接杆完成旋转运动，并在旋转过程中同时实现抬升或降落，从而实现机器人恒定腿长旋转运动模式。

3.本发明通过抬腿电机和旋转电机配合使用，实现机器人的两种运动模式的切换，可以适应较多的环境情况；另外，本发明结构简单，易于制作，成本低，具有非常好的应用前景。

附图说明

图1为本发明多运动模式的四足机器人的整体结构示意图。

图2为本发明多运动模式的四足机器人的侧视结构示意图。

图3为本发明多运动模式的四足机器人的腿部运动组件的结构示意图。

图4为本发明多运动模式的四足机器人的腿部运动组件的侧视结构示意图。

图5为本发明多运动模式的四足机器人的腿部运动组件的剖视结构示意图。

图6为本发明多运动模式的四足机器人的外带座外球面轴承与垫片的结构示意图。

图7为本发明多运动模式的四足机器人的电机支架与内带座外球面轴承的结构示意图。

图8为本发明多运动模式的四足机器人的步行运动模式示意图。

图9为本发明多运动模式的四足机器人的旋转运动模式示意图。

附图中标记：1为机壳，2为腿部运动组件，3为电机支架，4为抬腿电机，5为旋转电极，6为抬腿连轴，7为抬腿驱动齿轮，8为抬腿随动齿轮，9为旋转驱动齿轮，10为旋转随动齿轮，11为外带座外球面轴承，12为上端连接件，13为下端连接件， 14为抬腿连接杆，15为腿部支撑杆，16为内带座外球面轴承，17直线轴承，18为垫片，19为腰形通孔。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限定本发明的保护范围。若未特别指明，实施例中所用技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。下述实施例中的试验方法，如无特别说明，均为常规方法。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例一

如图1~图7所示，一种多运动模式的四足机器人，包括机壳1，所述机壳1为中空状，机壳1的左右两侧面通过四个电机支架3对称固定有结构完全相同的四个腿部运动组件2，即左前腿运动组件、右前腿运动组件、左后腿运动组件和右后腿运动组件；所述电机支架3的两端呈半圆形、中部呈长方形，机壳1的左右两侧面开设与电机支架3形状相匹配的孔，电机支架3固定在孔内；所述腿部运动组件2包括抬腿系统、旋转系统和腿部连杆组件，实现四足机器人的步行运动模式或转动运动模式，所述抬腿系统包括抬腿电机4、抬腿驱动齿轮7、抬腿随动齿轮8、内带座外球面轴承16和直线轴承17，所述旋转系统包括旋转电机5、旋转驱动齿轮9、旋转随动齿轮10和外带座外球面轴承11，所述腿部连杆组件包括抬腿连轴6、上端连接件12、下端连接件13、抬腿连接杆14和腿部支撑杆15；所述抬腿电机4和旋转电机5固定在电机支架3的两端，抬腿电机4和旋转电机5位于机壳1内部；抬腿电机4的输出端固定抬腿驱动齿轮7，所述抬腿驱动齿轮7啮合抬腿随动齿轮8；所述旋转电机5的输出端固定旋转驱动齿轮9，所述旋转随动齿轮10的内侧面设置有齿，所述旋转驱动齿轮9啮合旋转随动齿轮10；所述外带座外球面轴承11的边缘朝向机壳1的一侧折弯，外带座外球面轴承11的折弯部通过螺栓连接旋转随动齿轮10，外带座外球面轴承11中轴承中内嵌有垫片18，垫片18的一侧面通过螺栓连接内带座外球面轴承16中的轴承座，垫片18的另一侧面通过螺栓连接直线轴承17，内带座外球面轴承16与电机支架3为一体结构；所述抬腿连轴6的前端从外到内依次穿过直线轴承17、垫片18、内带座外球面轴承16、旋转随动齿轮10和电机支架3，抬腿连轴6的前端外侧面上开设与抬腿随动齿轮8的内侧面相匹配的螺纹，抬腿连轴6后端与抬腿连接杆14固定形成一体结构，所述抬腿连接杆14的两端分别活动连接上端连接件12和下端连接件13，所述上端连接件12和下端连接件13的一端转动连接于外带座外球面轴承11的轴承座上，上端连接件12和下端连接件13的另一端转动连接腿部支撑杆15。

所述旋转随动齿轮10的直径大于外带座外球面轴承11中轴承座的外径，外带座外球面轴承11中轴承的内径与内带座外球面轴承16中轴承座的外径相当；直线轴承17的外径小于内带座外球面轴承16中轴承的内径。

所述抬腿连轴6、直线轴承17、外带座外球面轴承11、内带座外球面轴承16抬腿随动齿轮8和旋转随动齿轮10的中心线同轴。

所述外带座外球面轴承11中沿轴承厚度的三分之一处内嵌有垫片18，垫片18的材质可以与外带座外球面轴承11中轴承的材质相同或者是硬质塑料，如ABS等。

所述直线轴承17和内带座外球面轴承16分别位于外带座外球面轴承11的两侧。

所述抬腿连接杆14、上端连接件12、下端连接件13和腿部支撑杆15组成平行四边形连杆机构。

所述活动连接为在上端连接件12和下端连接件13上开设腰形通孔19，在抬腿连接杆14的两端开设凹槽，在所述凹槽内设置第一转轴，所述第一转轴穿过腰形通孔19。

所述转动连接为在外带座外球面轴承11的轴承座和腿部支撑杆15上分别设置凸起，在所述凸起上设置第二转轴，在上端连接件12和下端连接件的两端开设圆孔，所述第二转轴穿过圆孔。

值得说明的是，本发明中腿部支撑杆15的上端呈长方形、下端呈弧状，腿部支撑杆15的弧状部的圆心可朝向机壳1的长度方向。另外，内带座外球面轴承16与电机支架3为一体结构，电机支架3固定于机壳1的左右两侧面开设与电机支架3形状相匹配的孔内，电机支架3与孔的对应面可以焊接在一起，使得机器人四条腿在运动时不会与机壳脱离；在电机支架3的两端开设通孔，抬腿电机4的输出端穿出通孔固定抬腿驱动齿轮7，旋转电机5的输出轴穿出通孔固定旋转驱动齿轮9，两个电机的输出端与齿轮的配合均为过盈配合。

本发明四足机器人在进行步行运动模式时，4个抬腿电机4和4个旋转电机5配合使用，使得如图8所示的右前腿和左后腿的运动步调一致、左前腿和右后腿的运动步调一致，或者左前腿和右前腿的运动步调一致、左后腿和右后腿的运动步调一致，使机器人的四条腿部支撑杆15完成步行运动模式。抬腿电机4做小角度的往复运动，抬腿电机4的输出端带动抬腿驱动齿轮7做相同角度的往复运动，进而带动抬腿随动齿轮8进行相同角度往复运动。由于抬腿连轴6的前端外侧面上开设有与抬腿随动齿轮8的内侧面相匹配的螺纹，抬腿随动齿轮8的转动会带动抬腿连轴6进行横向往复运动，进而带动抬腿连接杆14在腰形通孔19内进行往复运动，实现腿部支撑杆15进行抬升或降落，以完成跨越障碍。旋转电机5做小角度的往复运动，旋转电机5的输出端带动旋转驱动齿轮9进行相同角度往复运动，进而带动旋转随动齿轮10进行相同角度往复运动。由于外带座外球面轴承11的折弯部通过螺栓连接旋转随动齿轮10，则外带座外球面轴承11也随之进行相同角度的往复运动，从而使腿部支撑杆15进行前进或后退，以实现机器人的前进或后退。值得说明的是，旋转电机5旋转角度与腿部支撑杆15每步前进的距离有关，抬腿电机4的旋转角度及腰形通孔19的长度（即腿部支撑杆15的抬升高度）与所要跨越的障碍的尺寸有关。

本发明四足机器人在进行旋转运动模式时，4个抬腿电机4和4个旋转电机5配合使用，使得如图9所示右前腿和左后腿的旋转步调一致、左前腿和右后腿的旋转步调一致，或者左前腿和右前腿的旋转步调一致、左后腿和右后腿的旋转步调一致，使机器人的四条腿部支撑杆15完成旋转运动模式。旋转电机5进行圆周往复运动，抬腿电机4做小角度的往复运动，其各部件运动过程如步行运动模式所述，若抬腿电机4补偿抬腿连接杆14的旋转，使抬腿连接杆14相对只发生旋转运动，从而实现机器人恒定腿长旋转运动模式；若抬腿电机4使抬腿连接杆14完成旋转运动，并在旋转过程中同时实现抬升或降落，从而实现机器人恒定腿长旋转运动模式。

以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，仅仅用以解释本发明，并非限制本发明实施范围，对于本技术领域的技术人员来说，当然可根据本说明书中所公开的技术内容，通过置换或改变的方式轻易做出其它的实施方式，故凡在本发明的原理上所作的变化和改进等，均应包括于本发明申请专利范围内。

Claims (6)

1.一种多运动模式的四足机器人，包括机壳（1），其特征在于，所述机壳（1）为中空状，机壳（1）的左右两侧面通过四个电机支架（3）对称固定有结构完全相同的四个腿部运动组件（2），即左前腿运动组件、右前腿运动组件、左后腿运动组件和右后腿运动组件；所述电机支架（3）的两端呈半圆形、中部呈长方形，机壳（1）的左右两侧面开设与电机支架（3）形状相匹配的孔，电机支架（3）固定在孔内；所述腿部运动组件（2）包括抬腿系统、旋转系统和腿部连杆组件，所述抬腿系统包括抬腿电机（4）、抬腿驱动齿轮（7）、抬腿随动齿轮（8）、内带座外球面轴承（16）和直线轴承（17），所述旋转系统包括旋转电机（5）、旋转驱动齿轮（9）、旋转随动齿轮（10）和外带座外球面轴承（11），所述腿部连杆组件包括抬腿连轴（6）、上端连接件（12）、下端连接件（13）、抬腿连接杆（14）和腿部支撑杆（15）；所述抬腿电机（4）和旋转电机（5）固定在电机支架（3）的两端，抬腿电机（4）和旋转电机（5）位于机壳（1）内部；抬腿电机（4）的输出端固定抬腿驱动齿轮（7），所述抬腿驱动齿轮（7）啮合抬腿随动齿轮（8）；所述旋转电机（5）的输出端固定旋转驱动齿轮（9），所述旋转随动齿轮（10）的内侧面设置有齿，所述旋转驱动齿轮（9）啮合旋转随动齿轮（10）；所述外带座外球面轴承（11）的边缘朝向机壳（1）的一侧折弯，外带座外球面轴承（11）的折弯部通过螺栓连接旋转随动齿轮（10），外带座外球面轴承（11）中的轴承中内嵌有垫片（18），垫片（18）的一侧面通过螺栓连接内带座外球面轴承（16）中的轴承座，垫片（18）的另一侧面通过螺栓连接直线轴承（17），内带座外球面轴承（16）与电机支架（3）为一体结构；所述抬腿连轴（6）的前端从外到内依次穿过直线轴承（17）、垫片（18）、内带座外球面轴承（16）、旋转随动齿轮（10）和电机支架（3），抬腿连轴（6）的前端外侧面上开设与抬腿随动齿轮（8）的内侧面相匹配的螺纹，抬腿连轴（6）后端与抬腿连接杆（14）固定形成一体结构，所述抬腿连接杆（14）的两端分别活动连接上端连接件（12）和下端连接件（13），所述活动连接为在上端连接件（12）和下端连接件（13）上开设腰形通孔（19），在抬腿连接杆（14）的两端开设凹槽，在所述凹槽内设置第一转轴，所述第一转轴穿过腰形通孔（19）；所述上端连接件（12）和下端连接件（13）的一端转动连接于外带座外球面轴承（11）的轴承座上，上端连接件（12）和下端连接件（13）的另一端转动连接腿部支撑杆（15），所述转动连接为在外带座外球面轴承（11）的轴承座和腿部支撑杆（15）上分别设置凸起，在所述凸起上设置第二转轴，在上端连接件（12）和下端连接件的两端开设圆孔，所述第二转轴穿过圆孔。

2.根据权利要求1所述的一种多运动模式的四足机器人，其特征在于，所述旋转随动齿轮（10）的直径大于外带座外球面轴承（11）中轴承座的外径，外带座外球面轴承（11）中轴承的内径与内带座外球面轴承（16）中轴承座的外径相当；直线轴承（17）的外径小于内带座外球面轴承（16）中轴承的内径。

3.根据权利要求1所述的一种多运动模式的四足机器人，其特征在于，所述抬腿连轴（6）、直线轴承（17）、外带座外球面轴承（11）、内带座外球面轴承（16）、抬腿随动齿轮（8）和旋转随动齿轮（10）的中心线同轴。

4.根据权利要求1所述的一种多运动模式的四足机器人，其特征在于，所述外带座外球面轴承（11）中沿轴承厚度的三分之一处内嵌有垫片（18）。

5.根据权利要求1所述的一种多运动模式的四足机器人，其特征在于，所述直线轴承（17）和内带座外球面轴承（16）分别位于外带座外球面轴承（11）的两侧。

6.根据权利要求1所述的一种多运动模式的四足机器人，其特征在于，所述抬腿连接杆（14）、上端连接件（12）、下端连接件（13）和腿部支撑杆（15）组成平行四边形连杆机构。