CN110228546A - 一种仿生爬行机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿生爬行机器人，其特征在于，包括控制器、躯干（5）、驱动机构、传动机构和若干个机械腿，驱动机构和传动机构均安装在躯干（5）上，驱动机构固定连接传动机构，若干个机械腿铰接躯干（5），若干个机械腿传动连接传动机构，控制器电连接驱动机构。本装置通过两个电机带动四个曲柄齿轮转动实现带动四个摇杆转动，这种曲柄摇杆机构结构稳定性好，通过四个机械腿带动躯干前进后退，躯干的承载力大，传动平稳。

Description

一种仿生爬行机器人

技术领域

本发明涉及一种仿生爬行机器人，属于爬行机器人技术领域。

背景技术

足式爬行机器人有着超强的环境适应能力，同时对地面破坏小，而且其冗余结构也保证了在一条腿失去运动能力的情况下同样保证稳定的行走。现有技术中大多数足式机器人均采用空间机构，但是空间机构不仅控制复杂而且具有运动正反解不一致等诸多缺点。而平面机构相比空间机构具有结构稳定、控制简单和运动正反解一致等诸多优点。因此基于平面机构的足式爬行机器人成为当前机器人研究领域的热点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种仿生爬行机器人，结构稳定性好，承载力大，传动平稳。

为达到上述目的，本发明提供一种仿生爬行机器人，包括控制器、躯干、驱动机构、传动机构和若干个机械腿，驱动机构和传动机构均安装在躯干上，驱动机构固定连接传动机构，若干个机械腿铰接躯干，若干个机械腿传动连接传动机构，控制器电连接驱动机构。

优先地，驱动机构包括驱动齿轮一、驱动齿轮二、电机一和电机二，躯干内部开设容纳电机一和电机二的腔室，电机一和电机二均固定设置在腔室内，电机一输出轴垂直穿过躯干前侧壁同轴固定连接驱动齿轮一，电机二输出轴垂直穿过躯干后侧壁同轴固定连接驱动齿轮二。

优先地，传动机构包括若干个轴承座、曲柄齿轮轴一、曲柄齿轮轴二、曲柄齿轮轴三、曲柄齿轮轴四、曲柄齿轮一、曲柄齿轮二、曲柄齿轮三和曲柄齿轮四，若干个轴承座均固定设置在腔室内，若干个轴承座分为四组分别套设在曲柄齿轮轴一、曲柄齿轮轴二、曲柄齿轮轴三和曲柄齿轮轴四上，若干个轴承座和曲柄齿轮轴一、曲柄齿轮轴二、曲柄齿轮轴三和曲柄齿轮轴四之间均设置一轴承，

曲柄齿轮轴一和曲柄齿轮轴二对称地穿过躯干前侧壁，曲柄齿轮轴一同轴固定连接曲柄齿轮一，曲柄齿轮轴二同轴固定连接曲柄齿轮二，曲柄齿轮一和曲柄齿轮二均分别啮合驱动齿轮一，曲柄齿轮轴三和曲柄齿轮轴四对称地穿过躯干后侧壁，曲柄齿轮轴三同轴固定连接曲柄齿轮三，曲柄齿轮轴四同轴固定连接曲柄齿轮四。

优先地，若干个轴承座包括轴承座一、轴承座二、轴承座三、轴承座四、轴承座五、轴承座六、轴承座七和轴承座八，轴承座一、轴承座二、轴承座三、轴承座四、轴承座五、轴承座六、轴承座七和轴承座八均固定设置在腔室内，轴承座一和轴承座二均分别通过一个轴承转动连接曲柄齿轮轴一，轴承座三和轴承座四均分别通过一个轴承转动连接曲柄齿轮轴二，轴承座五和轴承座六均分别通过一个轴承转动连接曲柄齿轮轴三，轴承座七和轴承座八均分别通过一个轴承转动连接曲柄齿轮轴四。

优先地，机械腿为曲柄摇杆机构。

优先地，包括四个机械腿，四个机械腿为机械腿一、机械腿二、机械腿三和机械腿四，机械腿一包括连接杆一和摇杆一，摇杆一包括斜杆一和斜杆二，斜杆一的上端固定连接斜杆二的中端，斜杆一的下端支承在地面上，斜杆二的上端铰接连接杆一左端，连接杆一右端铰接躯干前侧壁左端；

机械腿二包括摇杆二和连杆二，摇杆二包括斜杆三和斜杆四，斜杆三的上端固定连接斜杆四的中端，斜杆三的下端支承在地面上，斜杆四的上端铰接连杆二右端，连杆二左端铰接躯干前侧壁右端，机械腿一和机械腿二关于躯干对称分布，斜杆一和斜杆三呈“八”字形分布；

机械腿三包括摇杆三和连杆三，摇杆五包括斜杆五和斜杆六，斜杆五的上端固定连接斜杆六的中端，斜杆五的下端支承在地面上，斜杆六的上端铰接连杆三左端，连杆三右端铰接躯干后侧壁左端；

机械腿四包括摇杆四和连杆四，摇杆四包括斜杆七和斜杆八，斜杆七的上端固定连接斜杆八的中端，斜杆七的下端支承在地面上，斜杆八的上端铰接连杆四右端，连杆四左端铰接躯干后侧壁右端，机械腿三和机械腿四关于躯干对称分布，斜杆五和斜杆七呈“八”字形分布。

优先地，曲柄齿轮一、摇杆一的铰接点和曲柄齿轮二、摇杆二的铰接点在初始相位上相差180°，曲柄齿轮三、摇杆三的铰接点和曲柄齿轮四、摇杆四的铰接点在初始相位上相差180°。

本发明所达到的有益效果：

1、本装置通过两个电机带动四个曲柄齿轮转动实现带动四个摇杆转动，这种曲柄摇杆机构结构稳定性好，通过四个机械腿带动躯干前进后退，躯干的承载力大，传动平稳。

2、本装置通过多个轴承座对曲柄齿轮轴进行限位，结构稳固稳定；本装置总体结构设计简单，控制高效，便于实现爬行机器人速度调节和转弯。

附图说明

图1为本发明的结构图；

图2为本发明的仰视图；

图3为本发明的俯视图；

图4为本发明的前视图；

图5为本发明的后视图。

附图中标记含义，1、机械腿一，2、机械腿二，3、机械腿三，4、机械腿四，5、躯干，6、电机一，7、电机二，11、曲柄齿轮轴一，12、轴承座一，13、轴承座二，14、摇杆一，15、连杆一，16、曲柄齿轮一，21、曲柄齿轮轴一，22、轴承座三，23、轴承座四，24、摇杆二，25、连杆二，26、曲柄齿轮二，31、曲柄齿轮轴三，32、轴承座五，33、轴承座六，34、摇杆三，35、连杆三，36、曲柄齿轮三，41、曲柄齿轮轴四，42、轴承座七，43、轴承座八，44、摇杆四，45、连杆四，46、曲柄齿轮四，61、驱动齿轮一，71、驱动齿轮二。

具体实施方式

以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明描述中使用的术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”指的是附图中的方向，术语“内”、“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

一种仿生爬行机器人，包括控制器、躯干5、驱动机构、传动机构和若干个机械腿，驱动机构和传动机构均安装在躯干5上，驱动机构固定连接传动机构，若干个机械腿铰接躯干5，若干个机械腿传动连接传动机构，控制器电连接驱动机构，本装置中躯干5外形为长方体形。

进一步地，驱动机构包括驱动齿轮一61、驱动齿轮二71、电机一6和电机二7，躯干5内部开设容纳电机一6和电机二7的腔室，电机一6和电机二7均固定设置在腔室内，电机一6输出轴垂直穿过躯干5前侧壁同轴固定连接驱动齿轮一61，电机二7输出轴垂直穿过躯干5后侧壁同轴固定连接驱动齿轮二71。

进一步地，传动机构包括若干个轴承座、曲柄齿轮轴一11、曲柄齿轮轴二21、曲柄齿轮轴三31、曲柄齿轮轴四41、曲柄齿轮一16、曲柄齿轮二26、曲柄齿轮三36和曲柄齿轮四46，若干个轴承座均固定设置在腔室内，若干个轴承座分为四组分别套设在曲柄齿轮轴一11、曲柄齿轮轴二21、曲柄齿轮轴三31和曲柄齿轮轴四41上，若干个轴承座和曲柄齿轮轴一11、曲柄齿轮轴二21、曲柄齿轮轴三31和曲柄齿轮轴四41之间均设置一轴承，

曲柄齿轮轴一11和曲柄齿轮轴二21对称地穿过躯干5前侧壁，曲柄齿轮轴一11键连接曲柄齿轮一16，曲柄齿轮轴二21键连接曲柄齿轮二26，曲柄齿轮一16和曲柄齿轮二26均分别啮合驱动齿轮一61，曲柄齿轮轴三31和曲柄齿轮轴四41对称地穿过躯干5后侧壁，曲柄齿轮轴三31键连接曲柄齿轮三36，曲柄齿轮轴四41键连接曲柄齿轮四46。

进一步地，若干个轴承座包括轴承座一12、轴承座二13、轴承座三22、轴承座四23、轴承座五32、轴承座六33、轴承座七42和轴承座八43，轴承座一12、轴承座二13、轴承座三22、轴承座四23、轴承座五32、轴承座六33、轴承座七42和轴承座八43均固定设置在腔室内，轴承座一12和轴承座二13均分别通过一个轴承转动连接曲柄齿轮轴一11，轴承座三22和轴承座四23均分别通过一个轴承转动连接曲柄齿轮轴二21，轴承座五32和轴承座六33均分别通过一个轴承转动连接曲柄齿轮轴三31，轴承座七42和轴承座八43均分别通过一个轴承转动连接曲柄齿轮轴四41。

进一步地，机械腿为曲柄摇杆机构。

进一步地，包括四个机械腿，四个机械腿为机械腿一1、机械腿二2、机械腿三3和机械腿四4，机械腿一1包括连接杆一15和摇杆一14，摇杆一14包括斜杆一和斜杆二，斜杆一的上端固定连接斜杆二的中端，斜杆一的下端支承在地面上，斜杆二的上端铰接连接杆一15左端，连接杆一15右端铰接躯干5前侧壁左端；

机械腿二2包括摇杆二24和连杆二25，摇杆二24包括斜杆三和斜杆四，斜杆三的上端固定连接斜杆四的中端，斜杆三的下端支承在地面上，斜杆四的上端铰接连杆二25右端，连杆二25左端铰接躯干5前侧壁右端，机械腿一1和机械腿二2关于躯干5对称分布，斜杆一和斜杆三呈“八”字形分布；

机械腿三3包括摇杆三34和连杆三35，摇杆三34包括斜杆五和斜杆六，斜杆五的上端固定连接斜杆六的中端，斜杆五的下端支承在地面上，斜杆六的上端铰接连杆三35左端，连杆三35右端铰接躯干5后侧壁左端；

机械腿四4包括摇杆四44和连杆四45，摇杆四44包括斜杆七和斜杆八，斜杆七的上端固定连接斜杆八的中端，斜杆七的下端支承在地面上，斜杆八的上端铰接连杆四45右端，连杆四45左端铰接躯干5后侧壁右端，机械腿三3和机械腿四4关于躯干5对称分布，斜杆五和斜杆七呈“八”字形分布。

进一步地，曲柄齿轮一16、摇杆一14的铰接点和曲柄齿轮二26、摇杆二24的铰接点在初始相位上相差180°，曲柄齿轮三36、摇杆三34的铰接点和曲柄齿轮四46、摇杆四44的铰接点在初始相位上相差180°。

本装置中控制器、驱动齿轮一61、驱动齿轮二71、电机一6、电机二7、曲柄齿轮一16、曲柄齿轮二26、曲柄齿轮三36和曲柄齿轮四46为现有技术中的产品，轴承座为圆环形，曲柄齿轮轴一11、曲柄齿轮轴二21、曲柄齿轮轴三31、曲柄齿轮轴四41为圆柱形杆件，连接杆一15、连杆二25、连杆三35、连杆四45、斜杆一、斜杆二、斜杆三、斜杆四、连杆二25、斜杆五、斜杆六、斜杆七和斜杆八均为平面板材。

本装置工作过程：

当爬行机器人按图1所示方向向左平稳前进时，两电机接通，左右两侧的两对机械腿相位差均为180°，所以一侧的一对机械腿在某一时刻必定有一个处于支撑相一个处于摆动相。当需要爬行机器人以较大的速度前进时，可以控制两电机的相位差为180°或者90°。当两电机的相位差为180°时，爬行机器人处于两拍步态，机械腿1、机械腿4足相位相同，机械腿2、机械腿3足相位相同，机械腿1、机械腿4摆动时机械腿2、机械腿3支撑，机械腿2、机械腿3摆动时机械腿1、机械腿4支撑，此时躯干质心稳定，运动速度较快。当两电机的相位差为90°时，爬行机器人处于四拍步态，序号相邻的四个腿彼此之间相位相差90°，此时，运动速度最快。当需要爬行机器人以较小的速度前进时，可以控制两电机的相位差在0°附近。机械腿1和机械腿3处于支撑相时机械腿2和机械腿4处于摆动相，机械腿2和机械腿4处于支撑相时机械腿1和机械腿3处于摆动相，处于摆动相的足由于躯干倾斜无法向前摆动，爬行机器人原地踏步。当爬行机器人转弯时，通过控制两电机转速不同，实现转弯。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种仿生爬行机器人，其特征在于，包括控制器、躯干（5）、驱动机构、传动机构和若干个机械腿，驱动机构和传动机构均安装在躯干（5）上，驱动机构固定连接传动机构，若干个机械腿铰接躯干（5），若干个机械腿传动连接传动机构，控制器电连接驱动机构。

2.根据权利要求1所述的一种仿生爬行机器人，其特征在于，驱动机构包括驱动齿轮一（61）、驱动齿轮二（71）、电机一（6）和电机二（7），躯干（5）内部开设容纳电机一（6）和电机二（7）的腔室，电机一（6）和电机二（7）均固定设置在腔室内，电机一（6）输出轴垂直穿过躯干（5）前侧壁同轴固定连接驱动齿轮一（61），电机二（7）输出轴垂直穿过躯干（5）后侧壁同轴固定连接驱动齿轮二（71）。

3.根据权利要求2所述的一种仿生爬行机器人，其特征在于，传动机构包括若干个轴承座、曲柄齿轮轴一（11）、曲柄齿轮轴二（21）、曲柄齿轮轴三（31）、曲柄齿轮轴四（41）、曲柄齿轮一（16）、曲柄齿轮二（26）、曲柄齿轮三（36）和曲柄齿轮四（46），若干个轴承座均固定设置在腔室内，若干个轴承座分为四组分别套设在曲柄齿轮轴一（11）、曲柄齿轮轴二（21）、曲柄齿轮轴三（31）和曲柄齿轮轴四（41）上，若干个轴承座和曲柄齿轮轴一（11）、曲柄齿轮轴二（21）、曲柄齿轮轴三（31）和曲柄齿轮轴四（41）之间均设置一轴承，

曲柄齿轮轴一（11）和曲柄齿轮轴二（21）对称地穿过躯干（5）前侧壁，曲柄齿轮轴一（11）键连接曲柄齿轮一（16），曲柄齿轮轴二（21）键连接曲柄齿轮二（26），曲柄齿轮一（16）和曲柄齿轮二（26）均分别啮合驱动齿轮一（61），曲柄齿轮轴三（31）和曲柄齿轮轴四（41）对称地穿过躯干（5）后侧壁，曲柄齿轮轴三（31）键连接曲柄齿轮三（36），曲柄齿轮轴四（41）键连接曲柄齿轮四（46）。

4.根据权利要求3所述的一种仿生爬行机器人，其特征在于，若干个轴承座包括轴承座一（12）、轴承座二（13）、轴承座三（22）、轴承座四（23）、轴承座五（32）、轴承座六（33）、轴承座七（42）和轴承座八（43），轴承座一（12）、轴承座二（13）、轴承座三（22）、轴承座四（23）、轴承座五（32）、轴承座六（33）、轴承座七（42）和轴承座八（43）均固定设置在腔室内，轴承座一（12）和轴承座二（13）均分别通过一个轴承转动连接曲柄齿轮轴一（11），轴承座三（22）和轴承座四（23）均分别通过一个轴承转动连接曲柄齿轮轴二（21），轴承座五（32）和轴承座六（33）均分别通过一个轴承转动连接曲柄齿轮轴三（31），轴承座七（42）和轴承座八（43）均分别通过一个轴承转动连接曲柄齿轮轴四（41）。

5.根据权利要求1所述的一种仿生爬行机器人，其特征在于，机械腿为曲柄摇杆机构。

6.根据权利要求1所述的一种仿生爬行机器人，其特征在于，包括四个机械腿，四个机械腿为机械腿一（1）、机械腿二（2）、机械腿三（3）和机械腿四（4），机械腿一（1）包括连接杆一（15）和摇杆一（14），摇杆一（14）包括斜杆一和斜杆二，斜杆一的上端固定连接斜杆二的中端，斜杆一的下端支承在地面上，斜杆二的上端铰接连接杆一（15）左端，连接杆一（15）右端铰接躯干（5）前侧壁左端；

机械腿二（2）包括摇杆二（24）和连杆二（25），摇杆二（24）包括斜杆三和斜杆四，斜杆三的上端固定连接斜杆四的中端，斜杆三的下端支承在地面上，斜杆四的上端铰接连杆二（25）右端，连杆二（25）左端铰接躯干（5）前侧壁右端，机械腿一（1）和机械腿二（2）关于躯干（5）对称分布，斜杆一和斜杆三呈“八”字形分布；

机械腿三（3）包括摇杆三（34）和连杆三（35），摇杆五（34）包括斜杆五和斜杆六，斜杆五的上端固定连接斜杆六的中端，斜杆五的下端支承在地面上，斜杆六的上端铰接连杆三（35）左端，连杆三（35）右端铰接躯干（5）后侧壁左端；

机械腿四（4）包括摇杆四（44）和连杆四（45），摇杆四（44）包括斜杆七和斜杆八，斜杆七的上端固定连接斜杆八的中端，斜杆七的下端支承在地面上，斜杆八的上端铰接连杆四（45）右端，连杆四（45）左端铰接躯干（5）后侧壁右端，机械腿三（3）和机械腿四（4）关于躯干（5）对称分布，斜杆五和斜杆七呈“八”字形分布。

7.根据权利要求6所述的一种仿生爬行机器人，其特征在于，曲柄齿轮一（16）、摇杆一（14）的铰接点和曲柄齿轮二（26）、摇杆二（24）的铰接点在初始相位上相差180°，曲柄齿轮三（36）、摇杆三（34）的铰接点和曲柄齿轮四（46）、摇杆四（44）的铰接点在初始相位上相差180°。