CN109204601B - 一种用于物流配送的自动巡航四足机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种用于物流配送的自动巡航四足机器人，所述机器人包括机械系统、动力系统以及反馈与控制系统。本发明实施例的四足机器人用以解决现有物流配送机器人在配送环境适应性、配送重量和安全性以及规定限制方面所遇到的问题，该机器人能够实现在不平整路面、楼梯等复杂路况上实现较大重量货物的无人配送。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种用于物流配送的自动巡航四足机器人。
背景技术
现在物流行业的无人配送已经成为了一种行业发展趋势，但是现有的无人配送机器人在如今复杂多变的配送环境上还有着很大的局限性。在现在市面上广泛使用的配送机器人主要为两种——无人车和无人机。无人车在实现复杂路况配送的时候，比如坑洼不平的路面，斜坡，楼梯等，往往显得力不从心；而无人机则更加受限：首先一个小型的无人机在实现到户配送的时候所能承载的重量并不能太重，其次受民航局空管行业管理办公室所发布的规定限制，无人机所能飞越的地区并不广泛，很难适应现在的物流市场。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种用于物流配送的自动巡航四足机器人，用以解决现有物流配送机器人在配送环境适应性、配送重量和安全性以及规定限制方面所遇到的问题，该机器人能够实现在复杂路况上的无人配送，具体来说，能够在不平整路面、楼梯等复杂路况上实现较大重量货物的配送。
为实现上述目的，本发明实施例提供一种用于物流配送的自动巡航四足机器人，所述机器人包括机械系统、动力系统以及反馈与控制系统；其中
所述机械系统包括机身部分和四个腿部模块；机身部分承载动力系统以及反馈与控制系统两个系统中的部分组件；四个腿部模块分别安装在机身部分两个侧面的前端和后端，从而支撑机身部分，每个所述腿部模块包括大腿、小腿和足端；
所述动力系统包括八个伺服电机和四个电动推力杆，其中四个伺服电机分别用于控制四个腿部模块中大腿的侧向旋转，即控制大腿同机身部分连接的髋关节的侧向旋转，另外四个伺服电机分别用于控制四个腿部模块中大腿的前后向旋转；四个电动推力杆分别用于控制四个腿部模块中小腿的前后向旋转，即控制大腿和小腿连接的膝关节的转动；
所述反馈与控制系统包括八个伺服电机的驱动模块，四个电动推力杆的驱动板，一个下位机板，一个主板，一个激光雷达和八块应变片。
进一步的，所述机身部分的底面与腿部模块的支撑面基本平行，所述机身部分还用于承载配送物品。
进一步的，动力系统中用于控制大腿侧向旋转的四个伺服电机安装在机身部分上；用于控制大腿前后向旋转的四个伺服电机以及控制小腿前后向旋转的四个电动推力杆安装在腿部模块上。
进一步的，反馈与控制系统中的八块应变片固定在腿部模块中的足端上；而伺服电机的驱动模块、电动推力杆的驱动板、下位机板、主板和激光雷达固定在机身部分上。
进一步的，四个腿部模块的结构相同，且安装部位相对于机身部分中轴线呈左右对称分布。
进一步的，每个腿部模块中大腿的侧向旋转自由度方向和前后向旋转自由度方向正交；大腿的前后向旋转自由度方向和小腿的前后向旋转自由度方向共面。即每个腿部模块具有三个自由度，分别为髋部相互正交的两个自由度和膝关节一个自由度。
在一个实施方案中，大腿和小腿的长度基本相等；用于控制大腿前后向旋转的伺服电机为立式电机，大腿由立式电机嵌入大腿进行带动；小腿与大腿铰支连接，并由电动推力杆进行驱动。
进一步的，所述足端内部安装有油压避震器，同时足端底部外周固定有耐磨橡胶垫。通过油压避震器和耐磨橡胶垫的共同缓冲避震作用，提高了四足机器人的巡航稳定性，保护了机身部分的元器件和机体以及配送物品的安全。
本发明实施例具有如下优点：
1、相比于传统的无人配送，该机器人更能适应各种路况的配送。
2、相比于其他的四足机器人，该机器人搭载了激光雷达能够感知环境的情况，结合机器人的传感器可以实现四足机器人的自动巡航功能。
3、所使用的驱动伺服电机和电动推力杆比其他同类产品所用的盘式电机更为廉价，可以进行大规模的使用推广。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的用于物流配送的自动巡航四足机器人的总装结构示意图。
图2为本发明实施例2提供的腿部模块的结构示意爆炸图。
图3为本发明实施例3提供的足端结构示意图。
其中附图标记为：
1、机身部分；21、左前腿部模块；22、右前腿部模块；23、左后腿部模块；24、右后腿部模块；211、轴承座；212、轴承；213、伺服电机；214、电机架；215、法兰；216、大腿；217、电动推力杆；218、小腿；31、足顶座；32、应变片保护板；33、油压避震器；34、足基座；35、耐磨橡胶垫。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例1
如图1所示，显示了本发明一个实施例中提供的用于物流配送的自动巡航四足机器人的总装结构示意图，其中主要显示了机器人的机械系统。该机械系统包括机身部分1和四个腿部模块，包括左前腿部模块21、右前腿部模块22、左后腿部模块23、右后腿部模块24；四个腿部模块21、22、23、24结构相同，分别安装在机身部分1两个侧面的前端和后端，且安装部位相对于机身部分1中轴线呈左右对称分布，从而支撑机身部分1，每个腿部模块包括大腿、小腿和足端。
本实施例技术方案的机器人总体上具有仿生学结构，重心较高从而便于通过四个腿部模块的感应和调节来保持平衡。
实施例2
如图2所示，显示了本发明一个实施例中提供的腿部模块的结构示意爆炸图。此腿部模块可以为例如图1中的左前腿部模块21。其中
电机213通过电机架214与轴承座211固定，而轴承座211能相对机身部分1翻转，且仅有翻转自由度。轴承座211上同时套有轴承212，电机213通过法兰215与大腿216连接，同时通过法兰215传递扭矩带动大腿216转动，从而使大腿216具有两正交自由度。而小腿218与大腿216铰接后由电动推力杆217带动。
本实施例技术方案的腿部模块主要分别展示了大腿和小腿的连接关系及运动原理，同样采用仿生学设计，能够实现灵活的动作与稳定的支撑作用。
实施例3
如图3所示，显示了本发明一个实施例中提供的足端结构示意图。足顶座31通过螺栓与小腿218连接，足顶座31中部为应变片保护板32，在保护板32下面贴上应变片，同时正反各一片，四个足端使用了八片应变片。由于使用了应变片，通过电桥可以获取足端的力反馈电压。油压避震器33通过两个螺母与足顶座31固支，下部冲撞头由两个螺栓与足基座34限位，同时足基座34的中部套筒套住油压避震器33的上半部分，这样可以由油压避震器33的粗管部分来承担剪力。在足基座34的外周部还固定有耐磨橡胶垫35。通过油压避震器33和耐磨橡胶垫35的共同发挥缓冲避震作用。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (6)
1.一种用于物流配送的自动巡航四足机器人，其特征在于，所述机器人包括机械系统、动力系统以及反馈与控制系统；其中，
所述机械系统包括机身部分和四个腿部模块；机身部分承载动力系统以及反馈与控制系统两个系统中的部分组件；四个腿部模块分别安装在机身部分两个侧面的前端和后端，从而支撑机身部分，每个所述腿部模块包括大腿、小腿和足端；
所述动力系统包括八个伺服电机和四个电动推力杆，其中四个伺服电机分别用于控制四个腿部模块中大腿的侧向旋转，即控制大腿同机身部分连接的髋关节的侧向旋转，另外四个伺服电机分别用于控制四个腿部模块中大腿的前后向旋转；四个电动推力杆分别用于控制四个腿部模块中小腿的前后向旋转，即控制大腿和小腿连接的膝关节的转动；
所述反馈与控制系统包括八个伺服电机的驱动模块，四个电动推力杆的驱动板，一个下位机板，一个主板，一个激光雷达和八块应变片；
反馈与控制系统中的八块应变片固定在腿部模块中的足端上；而伺服电机的驱动模块、电动推力杆的驱动板、下位机板、主板和激光雷达固定在机身部分上；
所述足端内部安装有油压避震器；且所述足端底部外周固定有耐磨橡胶垫；
所述油压避震器通过两个螺母与足顶座固支，下部冲撞头由两个螺栓与足基座限位，同时足基座的中部套筒套住油压避震器的上半部分。
2.根据权利要求1所述的四足机器人，其特征在于，所述机身部分的底面与腿部模块的支撑面基本平行，所述机身部分还用于承载配送物品。
3.根据权利要求2所述的四足机器人，其特征在于，所述动力系统中用于控制大腿侧向旋转的四个伺服电机安装在机身部分上；用于控制大腿前后向旋转的四个伺服电机以及控制小腿前后向旋转的四个电动推力杆安装在腿部模块上。
4.根据权利要求1所述的四足机器人，其特征在于，所述四个腿部模块的结构相同，且安装部位相对于机身部分中轴线呈左右对称分布。
5.根据权利要求4所述的四足机器人，其特征在于，所述每个腿部模块中大腿的侧向旋转自由度方向和前后向旋转自由度方向正交；大腿的前后向旋转自由度方向和小腿的前后向旋转自由度方向共面。
6.根据权利要求5所述的四足机器人，其特征在于，所述大腿和小腿的长度基本相等；用于控制大腿前后向旋转的伺服电机为立式电机，大腿由立式电机嵌入大腿进行带动；小腿与大腿铰支连接，并由电动推力杆进行驱动。
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