CN110666808A - 一种双马八足行走机构防爆机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双马八足行走机构防爆机器人，涉及机器人领域，其技术要点是：包括机架、所述机架上设有稳步行进装置、传动装置；所述稳步行进装置位于机架两侧平行设有两组，各组稳步行进装置包括八条七连杆机械腿，所述七连杆机械腿可做出抬腿，向前伸腿，向后蹬腿等动作，步进时各组稳步行进装置的八条七连杆机械腿，所述传动装置用于驱动机架单侧的四组七连杆机械腿实现步进运动，所述传动装置对称设有两组，分别位于机架两侧处，各组所述传动装置分别包括一个步进电机、两个主动链轮，两条传动链，两个输出链轮和输出轴，具有能适应落差较大或有断层的地形，且能灵活转向、倒退，行进震动小，驱动装置运行平稳等优点。
Description
技术领域
本发明涉及机器人领域，更具体地说，它涉及一种双马八足行走机构防爆机器人。
背景技术
目前，公知的机器人在地面上运动的行式有轮式运动、履带式运动、仿生步行运动，它们都有各自的优点。对于仿生步行运动能够在复杂的非结构环境中稳定的行走，可以代替人完成许多危险的作业，在军事，月球表面探测，消防营救等行业有潜在的应用前景。长期以来，步行机器人技术一直是国内外机器人技术领域研究的热点之一。现有技术的履带机器人，履带底盘中部位置或靠近中部位置设有翻越凸起障碍物时供履带朝底盘内陷的让位区域，在遇到高低起伏路况时，履带在让位区域内陷，使底盘不易倾倒。但是在高低落差大的地形或有凹坑的地形显得无能为力，平稳性不足。
公开号为CN108909870A的“一种单驱动仿生多足机器人及其重构转向方法”中国发明专利，公开了一种采用单驱动的四足仿生机器人及该机器人的转向方法。该单驱动四足机器人采用推杆，液压缸使腿部连杆尺寸改变，形成左右侧不同足端轨迹，实现转向。但该专利公开的机器人结构复杂，运行时稳定性和维修性差，且液压缸驱动缓慢，使得转向不及时。
基于现有技术的问题与市场需求，亟需一种可改变现有防爆机器人驱动装置在高低起伏较大的地形中无法运行，或在行进过程中平稳性差，转向性能差，结构复杂等缺点的新方案。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种双马八足行走机构防爆机器人，具有能够适应落差较大或有断层的地形，且能灵活转向、倒退，行进震动小，驱动装置运行平稳等优点。
为实现上述技术目的，本发明提供了如下技术方案：一种双马八足行走机构防爆机器人，包括机架、所述机架上设有稳步行进装置、传动装置；
所述稳步行进装置位于机架两侧平行设有两组，各组稳步行进装置包括八条七连杆机械腿，所述七连杆机械腿可做出抬腿，向前伸腿，向后蹬腿等动作，步进时各组稳步行进装置的八条七连杆机械腿；
所述传动装置用于驱动机架单侧的四组七连杆机械腿实现步进运动，所述传动装置对称设有两组，分别位于机架两侧处，各组所述传动装置分别包括一个步进电机、两个主动链轮，两条传动链，两个输出链轮和两根输出轴。
通过采用上述技术方案，每侧的通过单独的步进电机驱动，通过调节两个步进电机的转动方向，可以实现快速的前进，后退，转弯，提高了运行效率，当两个步进电机转向同时向前时，可以实现前进动作；当左侧的步进电机转向向后，而右侧步进电机转向向前时，实现机器人迅速向左转；相反，实现机器人迅速向右转；当两个步进电机转向同时向后时，可以实现机器人迅速倒退；
采用七连杆机械腿驱动有较大的抬腿高度和跨步距离，可以在高低跨度较大和有断层的地形上行；八组七连杆机械腿步进时与地面有较多接触点，当有个别腿踩空了也不易侧翻，提高了行进时的平稳性。
作为优选，所述七连杆机械腿由第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、第七连杆组成，各连杆间通过销钉连接；
第一连杆一端与主动链轮的输出轴通过平键固定，另一端与第二连杆通过销钉铰接；
第二连杆一端与第五连杆一端铰接，另一端通过销钉与第三连杆的中部铰接；
第三连杆一端与机架通过销钉铰接，另一端与第六连杆一端铰接，第六连杆的另一端通过销钉第三连杆中部铰接；
第四连杆一端与机架铰接，另一端与第五连杆铰接，第三端与第七连杆铰接。
通过采用上述技术方案，第一连杆固定在链轮输出轴上，随着输出轴做圆周运动，曲柄摇杆机构产生相应的连杆曲线，使得机械腿做出抬腿，向前伸腿，向后蹬腿等动作，完成机器人步进运动。
作为优选，还包括减震装置，所述减震装置包括减震杆、减震滑块、套筒、弹簧、弹簧卡圈，减震滑块通过螺钉各组七连杆机械腿的第七连杆固定。
通过采用上述技术方案，减震滑块用螺钉固定在七连杆机械腿第七连杆。在运动过程中，当第七连杆接触到地面时，套在减震杆上的套筒压缩弹簧存储弹性势能。当要离开地面时，减震装置释放弹性势能，使得在行进过程中震动减小，运行平稳。
作为优选，所述传动装置还包括减速装置，所述减速装置位于步进电机与输出轴间。
通过采用上述技术方案，通过减速装置对步进电机输出的转速进行减速，防止过快转速导致的问题，进一步优化了结构。
作为优选，所述机架包括用于保证刚度并减轻重量的八条细钢板和四根钢杆。
通过采用上述技术方案，机架采用简单的八条细钢板和四根钢杆连接，保证刚度的同时减轻了整体重量。
作为优选，所述七连杆机械腿各连杆长度根据步进时第七连杆的运动轨迹设计，从而构成曲柄摇杆机构。
通过采用上述技术方案，单侧各组稳步行进装置由于步调不一致，所以安装时需要位于曲柄连杆机构两个不同位置，调整两个曲柄连杆机构安装的相对位置，可以调整机械腿的抬腿高度。且为了保证步进时步调一致，各侧前后足连杆机构安装相对位置相同。
综上所述，本发明取得了以下有益效果：
（1）现有履带式驱动装置虽能灵活转向，能够在较崎岖的地形上行进，但遇到高低跨度较大的地形或有断层的地形时行进艰难，本方案采用七连杆机械腿驱动有较大的抬腿高度和跨步距离，可以在高低跨度较大和有断层的地形上行走；
（2）现有仿生足式驱动装置虽克服了上述缺点，但由于步进时与地面接触的机械腿较少，支撑点较少，所以行进时平稳性差，例如四足机器人步进时的支撑点只有八足的一半。本方案采用双四足并行的双马八足机器人，步进时与地面有较多接触点，当有个别腿踩空了也不易侧翻，提高了行进时的平稳性；
（3）现有足式驱动装置大多数没有减震装置，在遇到崎岖地形或快速步进时震动较大，使运行的稳定性变差，机器容易出现故障。本方案在每条机械腿底端都装有减震装置，快速行进时能够保持较平稳的运行状态；
（4）现有足式驱动装置设计的转向原理过于复杂，使得装置设计过于复杂且转向效果较差。本发明专利采用双四足并行的八足机器人，在每个四足机构都有单独的电机驱动，通过调节两个电机的转动方向，可以实现快速的前进、后退、转弯，提高了运行效率。
附图说明
图1为双马八足防爆机器人主视图；
图2为双马八足驱动装置俯视图；
图3为七连杆机械腿示意图；
图4为七连杆机械腿结构简图；
图5为双马八足机械腿跨越障碍示意图；
图6为减震装置结构图；
图7为单侧四足装置的驱动结构爆炸图；
图8为主从动链轮安装相对位置示意图。
图中，1、稳步行进装置；11、七连杆机械腿；2、云台；3、防爆罐；4、机械臂；5、减震装置；6、传动装置；7、机架；8、销钉；9、减震杆；10、弹簧卡圈；11、减震滑块；12、弹簧；13、套筒；14、从动链；15：输出轴23；16、主动链轮；17、主动链轮；18、减速装置；19、步进电机；20、链条；21、滑动轴承；22、从动链轮；23、输出轴；24、链条；25、主动轴；A-1、第一连杆；A-2、第二连杆；A-3、第三连杆；A-4、第四连杆；A-5、第五连杆；A-6、第六连杆；A-7、第七连杆。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例：一种双马八足行走机构防爆机器人，如图1所示，包括机架7，机架7包括用于保证刚度并减轻重量的八条细钢板和四根钢杆。机架7采用简单的八条细钢板和四根钢杆连接，保证刚度的同时减轻了整体重量。
如图1、图7所示，机架7上方设有云台2、防爆罐3、机械臂4。机架7下方设有稳步行进装置1、传动装置6；稳步行进装置1位于机架7两侧平行设有两组，各组稳步行进装置1包括八条七连杆机械腿11，七连杆机械腿11可做出抬腿，向前伸腿，向后蹬腿等动作，步进时各组稳步行进装置1的八条七连杆机械腿11。
如图2所示，本实施例将八组七连杆机械腿11分别标号为A~H,其中以其中A组的七连杆机械腿11为例进行细致标识，七连杆机械腿11由第一连杆A-1、第二连杆A-2、第三连杆A-3、第四连杆A-4、第五连杆A-5、第六连杆A-6、第七连杆A-7组成，各连杆间通过销钉8连接；
第一连杆A-1一端与主动链轮的输出轴23通过平键固定，另一端与第二连杆A-2通过销钉8铰接；
第二连杆A-2一端与第五连杆A-5一端铰接，另一端通过销钉8与第三连杆A-3的中部铰接；
第三连杆A-3一端与机架7通过销钉8铰接，另一端与第六连杆A-6一端铰接，第六连杆A-6的另一端通过销钉8第三连杆A-3中部铰接；
第四连杆A-4一端与机架7铰接，另一端与第五连杆A-5铰接，第三端与第七连杆A-7铰接。第一连杆A-1固定在链轮输出轴23上，随着输出轴23做圆周运动，曲柄摇杆机构产生相应的连杆曲线，使得七连杆机械腿11做出抬腿，向前伸腿，向后蹬腿等动作，完成机器人步进运动。在安装时，机械腿A,E,C,G中的连杆A-1与链传动输出轴配合时要保持方向一致，机械腿B,F,D,H中的连杆A-1与链传动输出轴配合时也要保持方向一致且与A,E,C,G的连杆A-1夹角为180°，使得在步进过程中各侧四足机构相邻两条机械腿产生一定的抬腿高度和跨步距离。
如图7、图8所示，传动装置6用于驱动机架7单侧的四组七连杆机械腿11实现步进运动，传动装置6对称设有两组，分别位于机架7两侧处，各组传动装置6分别包括一个步进电机19、两个主动链轮，两条传动链，两个输出链轮和两根输出轴23。传动装置6还包括减速装置，减速装置位于步进电机19与输出轴23间。步进电机19经过减速装置后连接链传动输入轴，输入轴上的两个主动链轮与输入轴平键连接，从动链14轮分别与链传动输出轴23和输出轴23平键连接。由一根输入轴带动两个主动链轮，主动链轮通过链条带动前后从动链14轮。步进电机19通过减速器后连接链传动的输入轴，输入轴上装配有两个主动链轮，通过链条驱动各自的从动链14轮分别为单侧四足机构的前足与后足提供动力。通过相同的两条链，主动链轮分别驱动从动链14轮使输出轴23产生旋转运动，从而带动各条七连杆机械腿11同步的运动。
每侧的通过单独的步进电机19驱动，通过调节两个步进电机19的转动方向，可以实现快速的前进，后退，转弯，提高了运行效率，当两个步进电机19转向同时向前时，可以实现前进动作；当左侧的步进电机19转向向后，而右侧步进电机19转向向前时，实现机器人迅速向左转；相反，实现机器人迅速向右转；当两个步进电机19转向同时向后时，可以实现机器人迅速倒退。
如图2所示，七连杆机械腿11各连杆长度根据步进时第七连杆A-7的运动轨迹设计，从而构成曲柄摇杆机构。单侧各组稳步行进装置1由于步调不一致，所以安装时需要位于曲柄连杆机构两个不同位置，调整两个曲柄连杆机构安装的相对位置，可以调整机械腿的抬腿高度。且为了保证步进时步调一致，各侧前后足连杆机构安装相对位置相同。采用七连杆机械腿11驱动有较大的抬腿高度和跨步距离，可以在高低跨度较大和有断层的地形上行；八组七连杆机械腿11步进时与地面有较多接触点，当有个别腿踩空了也不易侧翻，提高了行进时的平稳性。
如图6所示，还包括位于各七连杆机械腿11第七连杆A-7底部的减震装置5，减震装置5包括减震杆9、减震滑块11、套筒13、弹簧12、弹簧12卡圈10，减震滑块11通过螺钉与各组七连杆机械腿11的第七连杆A-7固定。安装顺序为先将套筒13套在减震杆9上，然后套装弹簧12，再次套装减震滑块11，再将弹簧12卡圈10装入减震杆9的凹槽内作为减震滑块11在减震杆9上滑动的最大限度，最后将安装好的减震装置5通过减震滑块11上的两个螺纹孔固定在第七连杆A-7上。减震滑块11用螺钉固定在七连杆机械腿11第七连杆A-7。
如图5、图6所示，在运动过程中，当第七连杆A-7接触到地面时，套在减震杆9上的套筒13压缩弹簧12存储弹性势能。当要离开地面时，减震装置5释放弹性势能，使得在行进过程中震动减小，运行平稳。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (6)
1.一种双马八足行走机构防爆机器人，其特征在于：包括机架(7)、所述机架(7)上设有稳步行进装置(1)、传动装置(6)；
所述稳步行进装置(1)位于机架(7)两侧平行设有两组，各组稳步行进装置(1)包括八条七连杆机械腿(11)，所述七连杆机械腿(11)可做出抬腿，向前伸腿，向后蹬腿等动作，步进时各组稳步行进装置(1)的八条七连杆机械腿(11)；
所述传动装置(6)用于驱动机架(7)单侧的四组七连杆机械腿(11)实现步进运动，所述传动装置(6)对称设有两组，分别位于机架(7)两侧处，各组所述传动装置(6)分别包括一个步进电机（19）、两个主动链轮，两条传动链，两个输出链轮和两根输出轴（23）。
2.根据权利要求1所述的一种双马八足行走机构防爆机器人，其特征在于：所述七连杆机械腿(11)由第一连杆(A-1)、第二连杆(A-2）、第三连杆（A-3）、第四连杆（A-4）、第五连杆（A-5）、第六连杆（A-6）、第七连杆（A-7）组成，各连杆间通过销钉(8)连接；
第一连杆（A-1）一端与主动链轮的输出轴（23）通过平键固定，另一端与第二连杆（A-2）通过销钉(8)铰接；
第二连杆（A-2）一端与第五连杆（A-5）一端铰接，另一端通过销钉(8)与第三连杆（A-3）的中部铰接；
第三连杆（A-3）一端与机架(7)通过销钉(8)铰接，另一端与第六连杆（A-6）一端铰接，第六连杆（A-6）的另一端通过销钉(8)第三连杆（A-3）中部铰接；
第四连杆（A-4）一端与机架(7)铰接，另一端与第五连杆（A-5）铰接，第三端与第七连杆（A-7）铰接。
3.根据权利要求2所述的一种双马八足行走机构防爆机器人，其特征在于：还包括减震装置(5)，所述减震装置(5)包括减震杆(9)、减震滑块(11)、套筒(13)、弹簧(12)、弹簧(12)卡圈(10)，减震滑块(11)通过螺钉各组七连杆机械腿(11)的第七连杆（A-7）固定。
4.根据权利要求1所述的一种双马八足行走机构防爆机器人，其特征在于：所述传动装置(6)还包括减速装置，所述减速装置位于步进电机（19）与输出轴（23）间。
5.根据权利要求1所述的一种双马八足行走机构防爆机器人，其特征在于：所述机架(7)包括用于保证刚度并减轻重量的八条细钢板和四根钢杆。
6.根据权利要求2所述的一种双马八足行走机构防爆机器人，其特征在于：所述七连杆机械腿(11)各连杆长度根据步进时第七连杆(A-7)的运动轨迹设计，从而构成曲柄摇杆机构。
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