CN109367643B - 一种基于连杆结构的四足爬行仿生机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于连杆结构的四足爬行仿生机器人，属于仿生机器人领域。它包括机器躯体、装设于机器躯体左右两侧的左足模块和右足模块、两组结构完全相同分别驱动左足模块与右足模块运动的动力装置，左足模块与右足模块结构完全相同，均包括大腿杆A、小腿杆A、前脚脚底板、大腿杆B、小腿杆B、后脚脚底板、连杆A和连杆B，此外还包括金属螺旋弹簧；大腿杆A和大腿杆B分别采用铰链A、铰链B装设于机器躯体上；大腿杆A与大腿杆B始终平行，小腿杆A与小腿杆B始终平行，连杆B与连杆A始终平行。本发明是一种结构更加合理、双电机驱动多自由度转动、前后足同步爬行的四足仿生爬行机器人。

Description

一种基于连杆结构的四足爬行仿生机器人
技术领域
本发明主要涉及仿生机器人领域，特指一种基于连杆结构的四足爬行仿生机器人。
背景技术
四足爬行动物具有高度的运动稳定性，这是因为四足动物在运动过程中具有较多的运动自由度。针对地面恶劣的工业环境，设计具有仿生功能的四足爬行机器人可以实现恶劣环境中的代人工作。然而由于四足爬行动物爬行过程中的运动姿态非常复杂、结构自由度数量较大，通常导致爬行机器人结构复杂、体积庞大、且耗能多。因此，急需设计一种结构更加紧凑的四足仿生爬行机器人。
发明内容
本发明需解决的技术问题是：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构更加合理、双电机驱动多自由度转动、前后足同步爬行的四足仿生爬行机器人。
为了解决上述问题，本发明提出的解决方案为：一种基于连杆结构的四足爬行仿生机器人，它包括机器躯体、装设于所述机器躯体左右两侧的左足模块和右足模块、两组结构完全相同分别驱动所述左足模块与所述右足模块运动的动力装置，其结构特征在于：
所述左足模块与所述右足模块结构完全相同，均包括大腿杆A、采用铰链C与所述大腿杆A铰接的小腿杆A、固定装设于所述小腿杆A一端的前脚脚底板、平行于所述大腿杆A装设的大腿杆B、采用铰链D与所述大腿杆B铰接的小腿杆B、固定装设于所述小腿杆B一端的后脚脚底板、两端分别与所述铰链C和铰链D相连的连杆A、两端分别与所述前脚脚底板和后脚脚底板铰接的连杆B，此外还包括金属螺旋弹簧；
所述大腿杆A和大腿杆B分别采用铰链A、铰链B装设于所述机器躯体上；所述大腿杆A与大腿杆B始终平行，所述小腿杆A与所述小腿杆B始终平行，所述连杆B与所述连杆A始终平行；
两组所述动力装置均包括装设于所述机器躯体上的步进电机、装设于所述步进电机输出轴上的主动齿轮、与所述主动齿轮相啮合传动的从动齿轮；所述从动齿轮固定装设于所述大腿杆A上；
所述金属螺旋弹簧的一端连接所述前脚脚底板、其另一端固定装设于所述从动齿轮上；所述金属螺旋弹簧与所述大腿杆A、小腿杆A共面。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
本发明的一种基于连杆结构的四足爬行仿生机器人采用了平行连杆结构，从而实现了前脚脚底与后脚脚底同步爬行，提高了爬行速度；此外，本发明还设有金属螺旋弹簧，利用从动齿轮转动周期实现了单个电机同时驱动小腿转动和大腿转动，实现了双自由度驱动，这样不仅节约了能源，简化了结构，而且还模仿了生物爬行的动作细节。由此可知，本发明是一种结构更加合理、双电机驱动多自由度转动、前后足同步爬行的四足仿生爬行机器人。
附图说明
图1是本发明的一种基于连杆结构的四足爬行仿生机器人的主视结构原理示意图。
图2是本发明的一种基于连杆结构的四足爬行仿生机器人的拆除动力装置后左视结构原理示意图。
图中，1-机器躯体；21-大腿杆A；22-大腿杆B；211-铰链A；221-铰链B；23-连杆A；231-铰链C；232-铰链D；24-小腿杆A；25-小腿杆B；26-连杆B；27-前脚脚底板；28-后脚脚底板；29-金属螺旋弹簧；2-左足模块；3-右足模块；41-步进电机；42-主动齿轮；43-从动齿轮。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1和图2所示，本发明的一种基于连杆结构的四足爬行仿生机器人，它包括机器躯体1、装设于机器躯体1左右两侧的左足模块2和右足模块3、两组结构完全相同分别驱动左足模块2与右足模块3运动的动力装置。
参见图1和图2所示，左足模块2与右足模块3结构完全相同，均包括大腿杆A21、采用铰链C231与大腿杆A21铰接的小腿杆A24、固定装设于小腿杆A24一端的前脚脚底板27、平行于大腿杆A21装设的大腿杆B22、采用铰链D232与大腿杆B22铰接的小腿杆B25、固定装设于小腿杆B25一端的后脚脚底板28、两端分别与铰链C231和铰链D232相连的连杆A23、两端分别与前脚脚底板27和后脚脚底板28铰接的连杆B26，此外还包括金属螺旋弹簧29。
参见图1和图2所示，大腿杆A21和大腿杆B22分别采用铰链A211、铰链B221装设于机器躯体1上；大腿杆A21与大腿杆B22始终平行，小腿杆A24与小腿杆B25始终平行，连杆B26与连杆A23始终平行。
参见图1和图2所示，两组动力装置均包括装设于机器躯体1上的步进电机41、装设于步进电机41输出轴上的主动齿轮42、与主动齿轮42相啮合传动的从动齿轮43；从动齿轮43固定装设于大腿杆A21上。
参见图1和图2所示，金属螺旋弹簧29的一端连接前脚脚底板27、其另一端固定装设于从动齿轮43上；金属螺旋弹簧29与大腿杆A21、小腿杆A24共面。
工作原理：首先启动第一组动力装置，即驱动左足模块2运动的动力装置。步进电机41转动，带动主动齿轮42转动，进而带动从动齿轮43转动；与从动齿轮43相连的金属螺旋弹簧29受到拉伸作用，进而产生弹簧力拉伸前脚脚底板27，使其抬高；与此同时从动齿轮43带动大腿杆A21绕铰链A211相对于机器躯体1向前转动；由于金属螺旋弹簧29与大腿杆A21、小腿杆A24共面，因此从动齿轮43转动一周前脚脚底板27刚好回到初始位置。连杆A23和连杆B26确保前脚脚底板27与后脚脚底板28同步运动。之后，启动第二组动力装置，即驱动右足模块3运动的动力装置，按照上述相似的工作原理，从而实现了机器人四足爬行前进。

Claims (1)

1.一种基于连杆结构的四足爬行仿生机器人，它包括机器躯体(1)、装设于所述机器躯体(1)左右两侧的左足模块(2)和右足模块(3)、两组结构完全相同分别驱动所述左足模块(2)与所述右足模块(3)运动的动力装置，其特征在于：
所述左足模块(2)与所述右足模块(3)结构完全相同，均包括大腿杆A(21)、采用铰链C(231)与所述大腿杆A(21)铰接的小腿杆A(24)、固定装设于所述小腿杆A(24)一端的前脚脚底板(27)、平行于所述大腿杆A(21)装设的大腿杆B(22)、采用铰链D(232)与所述大腿杆B(22)铰接的小腿杆B(25)、固定装设于所述小腿杆B(25)一端的后脚脚底板(28)、两端分别与所述铰链C(231)和铰链D(232)相连的连杆A(23)、两端分别与所述前脚脚底板(27)和后脚脚底板(28)铰接的连杆B(26)，此外还包括金属螺旋弹簧(29)；
所述大腿杆A(21)和大腿杆B(22)分别采用铰链A(211)、铰链B(221)装设于所述机器躯体(1)上；所述大腿杆A(21)与大腿杆B(22)始终平行，所述小腿杆A(24)与所述小腿杆B(25)始终平行，所述连杆B(26)与所述连杆A(23)始终平行；
两组所述动力装置均包括装设于所述机器躯体(1)上的步进电机(41)、装设于所述步进电机(41)输出轴上的主动齿轮(42)、与所述主动齿轮(42)相啮合传动的从动齿轮(43)；所述从动齿轮(43)固定装设于所述大腿杆A(21)上；
所述金属螺旋弹簧(29)的一端连接所述前脚脚底板(27)、其另一端固定装设于所述从动齿轮(43)上；所述金属螺旋弹簧(29)与所述大腿杆A(21)、小腿杆A(24)共面。
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