CN109278885A - 一种两段式的可滚动四足机器人 - Google Patents
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Abstract
一种两段式的可滚动四足机器人，包括躯干、四条结构相同的腿和电控部分；所述躯干为身体中心的矩形箱体，两侧装有固定孔，用于和腿部连接；所述腿分为大腿和小腿；所述大腿为连接躯干的第一段不可变形的部分，由两个完全一样的U形舵机支架十字交叉构成，两者靠螺钉固定，大腿的两端通过螺钉固定在舵机上；所述小腿由两块近似半圆弧的侧板构成，两块侧板平行相对，由支撑柱进行固定；侧板内侧装有舵机；所述电控部分包括：单片机、舵机及其驱动板和六轴传感器；舵机作为关节连接大腿和小腿，躯干上的舵机连接了大腿和躯干；舵机驱动大腿和小腿发生偏转运动，使机器人变形呈圆柱状态。本发明可完成爬行和滚动运动，地形适应性好，结构简单。
Description
技术领域
本发明设计一种具有圆弧腿型结构的四足机器人，具体涉及一种能通过变形实现滚动和爬行的四足机器人，属于机器人技术领域。
背景技术
发明专利CN102728066A中公开了一种可翻滚四足机器人，该机器人具有圆弧外形的多段躯干结构，在变形成圆型结构后通过控制伺服电机使各部件之间产生偏转运动，实现机器人沿着身体纵向滚动。但是该机器人为了实现变形，在躯干上增加了爬行运动中非必需的自由度，降低了电机使用效率。因为该机器人各关节旋转轴都在一个方向上，所以机器人难以抵御横向干扰，实用性较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有滚动前进功能的四足机器人。
为达上述目的，本发明一种两段式的可滚动四足机器人，包括躯干、四条结构相同的腿和电控部分，其特征在于：
所述躯干为身体中心的矩形箱体，两侧装有固定孔，用于和腿部连接；
所述腿分为大腿和小腿；
所述大腿为连接躯干的第一段不可变形的部分，由两个完全一样的标准U形舵机支架十字交叉构成，两者靠螺钉固定，材料为铝合金；大腿的两端通过螺钉固定在舵机上；
所述小腿由两块近似半圆弧的侧板构成，两块侧板平行相对，由支撑柱进行固定；侧板内侧装有舵机；小腿能将躯干包围，闭合形成圆形，通过大腿和小腿之间的舵机运动带动机器人滚动；小腿外缘呈圆弧形；小腿的侧板为碳纤维，支撑柱为尼龙柱；小腿采用镂空设计，减轻了质量，降低了舵机扭力的要求，还具有较高的强度；
所述电控部分包括：Aduino mega2560单片机，zx361舵机及其配套驱动板，JY-61六轴传感器；舵机作为关节连接大腿和小腿，躯干上的舵机连接了大腿和躯干；舵机驱动大腿和小腿发生偏转运动，机器人可变形呈圆柱状态。
本发明一种两段式的可滚动四足机器人每条腿装有3个舵机驱动关节旋转，三个关节的旋转轴互相正交，因此可以通过控制舵机的转动完成腿的移动；左右两侧的腿可通过变形闭合成圆形；通过小腿的开闭运动，机器人的移动速度得到较大的提高；对于四条腿，由身体内侧到外侧的关节活动范围都分别是：90度，90度，270度；
规定机器人长边所在直线的方向为机器人前进/后退方向，开有圆孔的一侧为前进方向；则机器人左侧的两条大腿和两条小腿可向下收成互相平行的半圆，右侧的两条大腿和小腿向上收成另一半圆；当传感器监测到躯干为正面向上，则可以控制左侧的两条小腿开闭运动推动机器人前进，当传感器监测到躯干为反面向上，则驱动右侧的两条小腿开闭运动，循环往复，向前滚动；当机器人不发生开闭运动时，机器人整体呈圆柱状。
本发明相对于现有技术的优点在于：一种两段式的可滚动四足机器人可完成爬行和滚动运动，地形适应性好，结构简单。
附图说明
图1为本发明的爬行状态立体示意图。
图2为本发明的爬行状态结构主视图。
图3为本发明的爬行状态结构俯视图。
图4为本发明的滚动状态立体示意图。
图5为本发明的滚动状态结构主视图。
图6为本发明的滚动状态结构俯视图。
图中标号：1.躯干，2.舵机，3.大腿，4.小腿。
具体实施方式
参见图1、图2、图3，本发明一种两段式的可滚动四足机器人，由躯干1、舵机2、大腿3、小腿4组成；其中，大腿3和小腿4相连接，四条腿的结构相同。小腿外缘呈圆弧形。连接小腿4、大腿3和躯干1处的舵机可以发生偏转运动。
在四足爬行的状态下，小腿4和大腿3中间的舵机的旋转运动可以让小腿产生抬脚或落脚运动，大腿3和躯干1处的舵机的旋转运动可以让小腿产生向前或向后的滑动，两者结合即可完成爬行运动。
参见图4、图5、图6，本发明由四足爬行状态过渡到滚动状态时，可先将左侧两条大腿3和小腿4收至平行且与机器人前进方向垂直。再将两条左侧的腿的小腿4和大腿3中间的舵机旋转至将躯干半包裹，在这个过程中右侧的两条腿同时上抬使得躯干不发生偏转。最后将右侧的两条腿收至包裹躯干的另一半，完成变形成圆柱的运动。
处于圆柱状态的机器人利用陀螺仪对躯干姿态角度的检测，可以判断机器人哪一侧的腿着地，相应的移动大腿3和小腿4中间的舵机，完成半圆弧的开闭运动来实现机器人的滚动运动。左右侧舵机的差速开闭可完成机器人的转向运动。
处于圆柱状态的机器人想要变回成爬行状态同样要利用陀螺仪对躯干姿态角度的检测，当判断出机器人左侧两条腿着地时，机器人会发出指令，让四条腿的舵机角度同时回归至爬行静止站立的姿态，机器人即可实现状态转换。
Claims (10)
1.一种两段式的可滚动四足机器人，包括躯干、四条结构相同的腿和电控部分，其特征在于：
所述躯干为身体中心的矩形箱体，两侧装有固定孔，用于和腿部连接；
所述腿分为大腿和小腿；
所述大腿为连接躯干的第一段不可变形的部分，由两个完全一样的U形舵机支架十字交叉构成，两者靠螺钉固定，大腿的两端通过螺钉固定在舵机上；
所述小腿由两块近似半圆弧的侧板构成，两块侧板平行相对，由支撑柱进行固定；侧板内侧装有舵机；
所述电控部分包括：单片机、舵机及其驱动板和六轴传感器；舵机作为关节连接大腿和小腿，躯干上的舵机连接了大腿和躯干；舵机驱动大腿和小腿发生偏转运动，使机器人变形呈圆柱状态。
2.根据权利要求1所述的一种两段式的可滚动四足机器人，其特征在于：每条腿装有3个舵机驱动关节旋转，三个关节的旋转轴互相正交，通过控制舵机的转动完成腿的移动；左右两侧的腿通过变形闭合成圆形。
3.根据权利要求1或2所述的一种两段式的可滚动四足机器人，其特征在于：规定机器人长边所在直线的方向为机器人前进/后退方向，开有圆孔的一侧为前进方向；则机器人左侧的两条大腿和两条小腿向下收成互相平行的半圆，右侧的两条大腿和小腿向上收成另一半圆；当传感器监测到躯干为正面向上，则控制左侧的两条小腿开闭运动推动机器人前进，当传感器监测到躯干为反面向上，则驱动右侧的两条小腿开闭运动，循环往复，向前滚动；当机器人不发生开闭运动时，机器人整体呈圆柱状。
4.根据权利要求3所述的一种两段式的可滚动四足机器人，其特征在于：在四足爬行的状态下，小腿和大腿中间的舵机的旋转运动让小腿产生抬脚或落脚运动，大腿和躯干处的舵机的旋转运动让小腿产生向前或向后的滑动，两者结合完成爬行运动。
5.根据权利要求3所述的一种两段式的可滚动四足机器人，其特征在于：由四足爬行状态过渡到滚动状态时，先将左侧两条大腿和小腿收至平行且与机器人前进方向垂直；再将两条左侧的腿的小腿和大腿中间的舵机旋转至将躯干半包裹，在这个过程中右侧的两条腿同时上抬使得躯干不发生偏转；最后将右侧的两条腿收至包裹躯干的另一半，完成变形成圆柱的运动。
6.根据权利要求3所述的一种两段式的可滚动四足机器人，其特征在于：处于圆柱状态的机器人利用陀螺仪对躯干姿态角度的检测，判断机器人哪一侧的腿着地，相应的移动大腿和小腿中间的舵机，完成半圆弧的开闭运动来实现机器人的滚动运动；左右侧舵机的差速开闭完成机器人的转向运动。
7.根据权利要求3所述的一种两段式的可滚动四足机器人，其特征在于：对于四条腿，由身体内侧到外侧的关节活动范围都分别是：90度，90度和270度。
8.根据权利要求3所述的一种两段式的可滚动四足机器人，其特征在于：小腿能将躯干包围，闭合形成圆形，通过大腿和小腿之间的舵机运动带动机器人滚动；小腿外缘呈圆弧形。
9.根据权利要求3所述的一种两段式的可滚动四足机器人，其特征在于：小腿的侧板为碳纤维，支撑柱为尼龙柱。
10.根据权利要求3所述的一种两段式的可滚动四足机器人，其特征在于：小腿采用镂空设计，减轻了质量，降低了舵机扭力的要求。
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