CN109733500B - 一种可重构六足机器人装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可重构六足机器人装置，其中：左前腿、左中腿、左后腿、右前腿、右中腿和右后腿固定安装在躯体底部四周，左前腿、左中腿、左后腿、右前腿、右中腿和右后腿结构一致，第一转动副固定端固定安装在躯体底部一角，第一转动副活动端与连接杆一端固定连接，连接杆另一端与第二转动副一端固定连接，第二转动副另一端与大腿一端固定连接，大腿另一端与第三转动副一端固定连接，第三转动副另一端与小腿一端固定连接。本发明具有可重构性好、行走稳定性好、爬坡能力强、越障能力强、承载能力强、应用范围广等特点。

Description

一种可重构六足机器人装置

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种可重构六足机器人装置。

背景技术

六足移动机器人是一种模仿多足动物运动方式的腿式运动结构，具有丰富的步态和冗余的肢体结构，相比传统的轮式、履带式移动机器人，其可利用离散的地面支撑实现非接触式障碍规避、障碍跨越以及不平整地面运动，对复杂地形和不可预知环境变化具有极强的适应性及良好的运动稳定性。在军事侦察、抢险救灾、星际探索、反恐爆破、考古探测、丘陵山地作业等领域具有重要应用。

中国发明专利CN103129640A公开了一种新型六足机器人，包括躯干、机械腿、传感系统和控制系统，所述每个机械腿均由连接件、躯干-基节关节、基节梁、基节-股节关节、股节梁、股节-胫节关节和胫节梁依次连接构成，所述控制系统包括计算机终端、主控制板、单腿控制模块、关节驱动器和CAN总线，计算机终端与主控制板通过以太网连接，单腿控制模块共6个，单腿控制模块和关节驱动器均设置在躯干内，主控制板通过CAN总线与单腿控制模块相连，6个机械腿上的关节驱动器搭接在CAN总线上。上述新型六足机器人提高了对环境感知能力和对自身状态的感知能力，同时，提高了机器人集成度。但是其结构仅为单一的六足机器人，可重构性不好、爬坡能力不强、越障能力不足、行走稳定性不高、承载能力不高，影响了六足机器人的发展和实用化，六足机器人没有得到很好的开发与应用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种结构可重构性好、行走稳定性好、爬坡能力强、越障能力强、承载能力强、应用范围广的可重构六足机器人装置。

本发明的技术方案如下：一种可重构六足机器人装置，包括左前腿、左中腿、左后腿、右前腿、右中腿、右后腿和躯体，其中：左前腿、左中腿、左后腿、右前腿、右中腿和右后腿固定安装在躯体底部四周，左前腿、左中腿、左后腿、右前腿、右中腿和右后腿结构一致，左后腿包括第一转动副、连接杆、第二转动副、大腿、第三转动副和小腿，第一转动副固定端固定安装在躯体底部一角，第一转动副活动端与连接杆一端固定连接，连接杆另一端与第二转动副一端固定连接，第二转动副另一端与大腿一端固定连接，大腿另一端与第三转动副一端固定连接，第三转动副另一端与小腿一端固定连接，躯体顶部四周固定安装有4个连接件，连接件包括第四转动副和连接架，第四转动副固定端固定安装在躯体顶部，第四转动副活动端与连接架一端固定连接，连接架另一端设有2个螺栓孔。

优选的，第二转动副和第三转动副转动轴线相互平行，且与第一转动副的转动轴线相互垂直。

优选的，躯体顶部左右两侧连接件可通过螺栓穿过螺栓孔固定连接。

优选的，小腿远离第三转动副一端采用半球形结构设计。

优选的，左前腿、左中腿、左后腿、右前腿、右中腿和右后腿上的第一转动副的转动轴线互相平行。

优选的，躯体上的4个连接件上的第四转动副的转动轴线均与躯体上平面垂直。

本发明的技术效果和优点：

1、通过躯体上的连接件实现多个六足机器人的连接，实现多个六足机器人的重构，形成不同的连接方式，可有效调整重构后六足机器人重心的位置及高度，提高其行走稳定性，经过重构后的六足机器人具有爬坡能力强、越障能力强、承载能力强、应用范围广等特点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的左后腿结构示意图。

图3为本发明的连接件结构示意图。

图4为本发明的小腿抬起及行走示意图。

图5为本发明的串联连接结构示意图。

图6为本发明的并联连接结构示意图。

图7为本发明的三角连接结构示意图。

图中：1-左前腿、2-左中腿、3-左后腿、4-右前腿、5-右中腿、6-右后腿、7-躯体、8-第一转动副、9-连接杆、10-第二转动副、11-大腿、12-第三转动副、13-小腿、14-连接件、15-第四转动副、16-连接架、17-螺栓孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1、请参阅图1-图3，一种可重构六足机器人装置，包括左前腿1、左中腿2、左后腿3、右前腿4、右中腿5、右后腿6和躯体7，其中：左前腿1、左中腿2、左后腿3、右前腿4、右中腿5和右后腿6固定安装在躯体7底部四周，左前腿1、左中腿2、左后腿3、右前腿4、右中腿5和右后腿6结构一致，左后腿3包括第一转动副8、连接杆9、第二转动副10、大腿11、第三转动副12和小腿13，第一转动副8固定端固定安装在躯体7底部一角，第一转动副8活动端与连接杆9一端固定连接，连接杆9另一端与第二转动副10一端固定连接，第二转动副10另一端与大腿11一端固定连接，大腿11另一端与第三转动副12一端固定连接，第三转动副12另一端与小腿13一端固定连接，躯体7顶部四周固定安装有4个连接件14，连接件14包括第四转动副15和连接架16，第四转动副15固定端固定安装在躯体7顶部，第四转动副15活动端与连接架16一端固定连接，连接架16另一端设有2个螺栓孔17。

第二转动副10和第三转动副12转动轴线相互平行，且与第一转动副8的转动轴线相互垂直，可有效提高装置的行走能力。

躯体7顶部左右两侧连接件14可通过螺栓穿过螺栓孔17固定连接。

小腿13远离第三转动副12一端采用半球形结构设计，可有效提高装置的地形适应能力。

进一步的，第三转动副12可用与其转动轴线相互垂直的移动副或平行四边形机构来替代，可有效提高装置的应用范围。

进一步的，第一转动副8和第二转动副10可用一个虎克铰替代，可有效提高装置的应用范围。

进一步的，左前腿1、左中腿2、左后腿3、右前腿4、右中腿5和右后腿6上的第一转动副8的转动轴线互相平行。

进一步的，躯体7上的4个连接件14上的第四转动副15的转动轴线均与躯体7上平面垂直。

实施例2、请参阅图4，一种可重构六足机器人装置，其中：六足机器人行走的典型步态有三角步态、四足步态和波形步态，现以三角步态对其行走工作原理进行叙述：左前腿1、左后腿2和右中腿5不动，左中腿2、右前腿4和右后腿6上的小腿13分别经第三转动副12和第二转动副10向上抬起，左中腿2、右前腿4和右后腿6上的第一转动副8分别转动相同角度，与躯体7呈一定角度，左中腿2、右前腿4和右后腿6上的小腿13分别经第三转动副12和第二转动副10向下运动与地面接触，左前腿1、左后腿2和右中腿5上的小腿13抬起，左中腿2、右前腿4和右后腿6上的第一转动副8分别往回转动相同角度，回到初始角度；左中腿2、右前腿4和右后腿6不动，左前腿1、左后腿2和右中腿5上的第一转动副8分别转动相同角度，与躯体7呈一定角度，左前腿1、左后腿2和右中腿5上的小腿13分别经第三转动副12和第二转动副10向下运动与地面接触，左中腿2、右前腿4和右后腿6上的小腿13抬起，左前腿1、左后腿2和右中腿5上的第一转动副8分别往回转动相同角度，回到初始角度；如此往复运动，实现可重构六足机器人的三角步态行走；

当单个六足机器人无法满足行走稳定性、爬坡、越障、跨沟等要求时，可根据具体要求将两个或多个可重构六足机器人进行重构，调整行走机器人的重心位置及高度，通过串联连接、并联连接、三角连接等协同作业方式达到更好的行走稳定性、爬坡、越障等性能。

实施例3、请参阅图5，一种可重构六足机器人装置，将待连接可重构六足机器人躯体7-1上的左后连接件、右后连接件，待连接可重构六足机器人躯体7-2上的左前连接件、左后连接件、右前连接件、右后连接件，待连接可重构六足机器人躯体7-3上的左前连接件、右前连接件分别绕着各自的第四转动副15向外旋转90°后固定，然后将待连接可重构六足机器人躯体7-2上的左前连接件、右前连接件、左后连接件、右后连接件分别与待连接可重构六足机器人躯体7-1上的左后连接件、右后连接件，待连接可重构六足机器人躯体7-3上的左前连接件、右前连接件用螺栓联接，即构成三个可重构六足机器人装置的串联连接方式。

实施例4、请参阅图6，一种可重构六足机器人装置，将可重构六足机器人躯体7-1上的右前连接件和右后连接件逆时针旋转180°后固定，将可重构六足机器人躯体7-2上的左前连接件和左后连接件均逆时针旋转180°后固定，右前连接件和右后连接件均顺时针旋转180°后固定，将可重构六足机器人躯体7-3上的左前连接件和左后连接件均逆时针旋转180°后固定，并将躯体7-1上右前连接件和右后连接件分别与躯体7-2上的左前连接件和左后连接件螺栓连接，躯体7-3上的左前连接件和左后连接件分别与躯体7-2上的右前连接件和右后连接件螺栓连接，同时收起可重构六足机器人躯体7-1上的右前腿、右中腿和右后腿，收起可重构六足机器人躯体7-3上的左前腿、左中腿和左后腿以及收起可重构六足机器人躯体7-2上的六个腿，即构成三个可重构六足机器人装置的并联连接方式。

实施例5、请参阅图7，一种可重构六足机器人装置，将可重构六足机器人躯体7-1上的右后连接件逆时针旋转90°后固定，左后连接件顺时针旋转90°后固定，将可重构六足机器人躯体7-2上的右前连接件逆时针旋转270°后固定，右后连接件均逆时针旋转180°后固定，将可重构六足机器人躯体7-3上的左前连接件逆时针旋转90°后固定，左后连接件逆时针旋转180°后固定，并将躯体7-1上左后连接件与躯体7-2上的右前连接件螺栓连接，躯体7-1上右后连接件与躯体7-3上的左前连接件螺栓连接，躯体7-2上右后连接件与躯体7-3上的左后连接件螺栓连接，同时收起可重构六足机器人躯体7-2上的右前腿、右中腿和右后腿以及可重构六足机器人躯体7-3上的左前腿、左中腿和左后腿，即构成三个可重构六足机器人装置的三角连接方式。

Claims (4)

1. 一种可重构六足机器人装置，包括左前腿(1)、左中腿(2)、左后腿(3)、右前腿(4)、右 中腿(5)、右后腿(6)和躯体(7)，其特征在于：所述左前腿(1)、左中腿(2)、左后腿(3)、右前 腿(4)、右中腿(5)和右后腿(6)固定安装在躯体(7)底部四周，左前腿(1)、左中腿(2)、左后腿(3)、右前腿(4)、右中腿(5)和右后腿(6)结构一致，左后腿(3)包括第一转动副(8)、连接杆(9)、第二转动副(10)、大腿(11)、第三转动副(12)和小腿(13)，第一转动副(8)固定端固定安装在躯体(7)底部一角，第一转动副(8)活动端与连接杆(9)一端固定连接，连接杆(9)另一端与第二转动副(10)一端固定连接，第二转动副(10)另一端与大腿(11)一端固定连接，大腿(11)另一端与第三转动副(12)一端固定连接，第三转动副(12)另一端与小腿(13)一端固定连接，躯体(7)顶部四周固定安装有4个连接件(14)，连接件(14)包括第四转动副(15)和连接架(16)，所述躯体(7)上的4个连接件(14)上的第四转动副(15)的转动轴线均与躯体(7)上平面垂直；第四转动副(15)固定端固定安装在躯体(7)顶部，第四转动副(15)活动端与连接架(16)一端固定连接，连接架(16)另一端设有2个螺栓孔(17)；连接架（16）远离固定端的一端设有凹部，躯体（7）顶部左右两侧连接架（16）对应的凹部相互配合；所述躯体(7)顶部左右两侧连接件(14)可通过螺栓穿过螺栓孔(17)固定连接，还可通过连接架（16）实现两个或多个可重构六足机器人的串联或并联或三角连接。

2.根据权利要求1所述的一种可重构六足机器人装置，其特征在于：所述第二转动副(10)和第三转动副(12)转动轴线相互平行，且与第一转动副(8)的转动轴线相互垂直。

3.根据权利要求1所述的一种可重构六足机器人装置，其特征在于：所述小腿(13)远离第三转动副(12)一端采用半球形结构设计。

4.根据权利要求1所述的一种可重构六足机器人装置，其特征在于：所述左前腿(1)、左中腿(2)、左后腿(3)、右前腿(4)、右中腿(5)和右后腿(6)上的第一转动副(8)的转动轴线互相平行。