CN110667724B - 一种全地形移动机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种全地形移动机器人，其特征在于：包括机器人骨架、及设置于机器人骨架上的一套以上机械腿总成；所述机械腿总成包括髋关节组件、大腿组件、小腿组件和移动组件；所述大腿组件通过髋关节组件连接机器人骨架；所述小腿组件一端连接大腿组件，小腿组件另一端连接移动组件。本全地形移动机器人能使身体保持平衡的同时快速行进，灵活性好，用途广泛。

Description

一种全地形移动机器人
技术领域
本发明涉及一种机器人，具体是一种全地形移动机器人。
背景技术
四足移动机器人现大量出现在市场上，其具有拖拽货物、运送货物等功能；但是由于驱动与机械损耗的原因，现有的四足移动机器人一般不能够快速完成前进、后退等移动，在行进效率上存在极大的限制，而且灵活性低大大局限了其使用领域，导致现有的四足移动机器人难以普及到各行各业。
因此，需要进一步改进。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，而提供一种全地形移动机器人，本全地形移动机器人能使身体保持平衡的同时快速行进，灵活性好，用途广泛。
本发明的目的是这样实现的：
一种全地形移动机器人，其特征在于：包括机器人骨架、及设置于机器人骨架上的一套以上机械腿总成；所述机械腿总成包括髋关节组件、大腿组件、小腿组件和移动组件；所述大腿组件通过髋关节组件连接机器人骨架；所述小腿组件一端连接大腿组件，小腿组件另一端连接移动组件。
所述髋关节组件包括髋关节转动支架、髋关节驱动电机、髋关节推动螺杆和髋关节移动滑块；所述髋关节转动支架与机器人骨架铰接，髋关节驱动电机相对机器人骨架固定设置，髋关节驱动电机的电机轴传动连接髋关节推动螺杆、以驱动髋关节推动螺杆转动，髋关节推动螺杆与髋关节移动滑块相螺接，髋关节移动滑块传动连接髋关节转动支架。
所述髋关节驱动电机的电机轴连接有髋关节主动带轮，髋关节主动带轮通过第一同步带传动连接有髋关节从动带轮，髋关节从动带轮相对机器人骨架定位转动设置；所述髋关节移动滑块连接有髋关节推动轴，髋关节推动轴通过髋关节铰接座与髋关节转动支架铰接。
所述大腿组件包括大腿骨架、大腿支撑架、大腿驱动电机、大腿推动螺杆、大腿移动滑块和大腿转动推杆；所述大腿骨架一端分别与髋关节转动支架和大腿支撑架一端铰接，大腿驱动电机相对大腿骨架固定设置，大腿推动螺杆相对大腿骨架定位转动设置，大腿驱动电机的电机轴传动连接大腿推动螺杆、以驱动大腿推动螺杆转动，大腿移动滑块与大腿推动螺杆螺接，大腿转动推杆一端与大腿支撑架另一端铰接，大腿转动推杆另一端与大腿移动滑块铰接。
所述大腿驱动电机的电机轴连接有大腿主动带轮，大腿主动带轮通过第二同步带传动连接有大腿从动带轮，大腿从动带轮连接大腿推动螺杆且相对大腿骨架定位转动设置。
所述小腿组件包括小腿骨架、小腿驱动电机、小腿推动螺杆、小腿移动滑块和小腿转动推杆；所述小腿骨架一端与大腿骨架另一端铰接，小腿驱动电机相对大腿骨架固定设置，小腿推动螺杆相对大腿骨架定位转动设置，小腿驱动电机的电机轴传动连接小腿推动螺杆、以驱动小腿推动螺杆转动，小腿移动滑块与小腿推动螺杆螺接，小腿转动推杆一端与小腿骨架铰接、另一端与小腿移动滑块铰接。
所述小腿驱动电机的电机轴连接有小腿主动带轮，小腿主动带轮通过第三同步带传动连接有小腿从动带轮，小腿从动带轮连接小腿推动螺杆且相对小腿骨架定位转动设置。
所述移动组件包括移动驱动电机和移动滚轮；所述移动驱动电机相对小腿骨架固定设置，移动驱动电机的电机轴传动连接移动滚轮、以驱动移动滚轮转动。
所述机器人骨架包括支撑支架、及设置于支撑支架一端的前足框架和设置于支撑支架另一端的后足框架；所述前足框架左右侧分别设置有所述机械腿总成；所述后足框架左右侧分别设置有所述机械腿总成。
本发明的有益效果如下：
本全地形移动机器人是以轮子作为驱动行进的四足移动仿生机器人，通过轮子的驱动使其可快速行进，且通过腿部结构的摆动可有效保持平衡、以便适应不同的恶劣地形；可见，本全地形移动机器人具有平衡性好，移动效率高，灵活性好，使用领域广等特点；鉴于上述优点本全地形移动机器人可应用于运送货物、科学研究等日常生活活动和/或工作。
附图说明
图1和图2为本发明一实施例中全地形移动机器人不同方位的示意图。
图3为本发明一实施例中全地形移动机器人的局部正视图。
图4为本发明一实施例中全地形移动机器人的局部侧视图。
图5为本发明一实施例中机械腿总成的局部正视图。
图6为本发明一实施例中机械腿总成的局部侧视图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
参见图1-图6，本全地形移动机器人，包括机器人骨架A、及设置于机器人骨架A上的一套以上机械腿总成；机械腿总成包括髋关节组件B、大腿组件C、小腿组件D和移动组件E；大腿组件C通过髋关节组件B连接机器人骨架A；小腿组件D一端连接大腿组件C，小腿组件D另一端连接移动组件E。本全地形移动机器人是一种四足移动机器人，每套机械腿总成有四个自由度，即本全地形移动机器人整体共十六个自由度，使其能完成多种动作以适应不同地形。
进一步地，髋关节组件B包括髋关节转动支架201、髋关节驱动电机202、髋关节推动螺杆203和髋关节移动滑块204；髋关节转动支架201与机器人骨架A铰接，髋关节驱动电机202相对机器人骨架A固定设置，髋关节驱动电机202的电机轴传动连接髋关节推动螺杆203、以驱动髋关节推动螺杆203转动，髋关节推动螺杆203与髋关节移动滑块204相螺接，髋关节移动滑块204传动连接髋关节转动支架201。具体是，髋关节驱动电机202通过髋关节固定支架209固定于机器人骨架A底部，髋关节驱动电机202通过螺栓固定连接髋关节固定支架209，髋关节固定支架209通过螺栓固定连接机器人骨架A；髋关节驱动电机202的电机轴连接有髋关节主动带轮205，髋关节主动带轮205通过第一同步带206传动连接有髋关节从动带轮207，髋关节从动带轮207相对机器人骨架A定位转动设置，髋关节驱动电机202通过带轮结构把动力传送到髋关节推动螺杆203上；髋关节移动滑块204通过连接块210固定连接有髋关节推动轴208，髋关节推动轴208通过髋关节铰接座（图中未标示）与髋关节转动支架201铰接。
当髋关节驱动电机202接收到脉冲信号工作时，髋关节驱动电机202的电机轴通过带轮结构（由髋关节主动带轮205、第一同步带206和髋关节从动带轮207组成）带动髋关节推动螺杆203，增加输出扭矩，由于髋关节推动螺杆203与髋关节移动滑块204以螺纹的方式进行装配，所以髋关节移动滑块204可把髋关节推动螺杆203的螺旋运动转换成沿把髋关节推动螺杆203轴线的直线运动，进而使髋关节转动支架201可相对机器人骨架A做旋转运动，以达到髋关节组件B相对于机器人骨架A摆动的效果。
进一步地，大腿组件C包括大腿骨架301、大腿支撑架302、大腿驱动电机303、大腿推动螺杆304、大腿移动滑块305和大腿转动推杆306；大腿骨架301一端分别与髋关节转动支架201和大腿支撑架302一端铰接，大腿驱动电机303相对大腿骨架301固定设置，大腿推动螺杆304相对大腿骨架301定位转动设置，大腿驱动电机303的电机轴传动连接大腿推动螺杆304、以驱动大腿推动螺杆304转动，大腿移动滑块305与大腿推动螺杆304螺接，大腿转动推杆306一端与大腿支撑架302另一端铰接，大腿转动推杆306另一端与大腿移动滑块305铰接。具体是，髋关节转动支架201上固定设置有大腿固定支架（图中未标示），大腿骨架301通过大腿固定支架与髋关节转动支架201铰接；大腿驱动电机303通过大腿电机固定座310固定连接大腿骨架301；大腿驱动电机303的电机轴连接有大腿主动带轮307，大腿主动带轮307通过第二同步带308传动连接有大腿从动带轮309，大腿从动带轮309连接大腿推动螺杆304且相对大腿骨架301定位转动设置。
当大腿驱动电机303接收到脉冲信号工作时，大腿驱动电机303的电机轴通过带轮结构（由大腿主动带轮307、第一同步带308和大腿从动带轮309组成）带动大腿推动螺杆304，增加输出扭矩，由于大腿推动螺杆304与大腿移动滑块305以螺纹的方式进行装配，所以大腿移动滑块305可把大腿推动螺杆304的螺旋运动转换成沿把大腿推动螺杆304轴线的直线运动，进而使大腿骨架301可相对髋关节组件B做旋转运动，以完成大腿的摆动动作。
进一步地，小腿组件D包括小腿骨架401、小腿驱动电机402、小腿推动螺杆403、小腿移动滑块404和小腿转动推杆405；小腿骨架401一端与大腿骨架301另一端铰接，小腿驱动电机402相对大腿骨架301固定设置，小腿推动螺杆403相对大腿骨架301定位转动设置，小腿驱动电机402的电机轴传动连接小腿推动螺杆403、以驱动小腿推动螺杆403转动，小腿移动滑块404与小腿推动螺杆403螺接，小腿转动推杆405一端与小腿骨架401铰接、另一端与小腿移动滑块404铰接。具体是，小腿驱动电机402通过小腿电机固定座409固定连接大腿骨架301，小腿驱动电机402与大腿驱动电机303的设置方向相反；小腿驱动电机402的电机轴连接有小腿主动带轮406，小腿主动带轮406通过第三同步带407传动连接有小腿从动带轮408，小腿从动带轮408连接小腿推动螺杆403且相对小腿骨架401定位转动设置。
当小腿驱动电机402接收到脉冲信号工作时，小腿驱动电机402的电机轴通过带轮结构（由小腿主动带轮406、第一同步带407和小腿从动带轮408组成）带动小腿推动螺杆403，增加输出扭矩，由于小腿推动螺杆403与小腿移动滑块404以螺纹的方式进行装配，所以小腿移动滑块404可把小腿推动螺杆403的螺旋运动转换成沿把小腿推动螺杆403轴线的直线运动，进而使小腿骨架401可相对大腿组件C做旋转运动，以完成小腿的摆动动作。
进一步地，移动组件E包括移动驱动电机501和移动滚轮502；移动驱动电机501相对小腿骨架401固定设置，移动驱动电机501的电机轴传动连接移动滚轮502、以驱动移动滚轮502转动。具体是，移动驱动电机501为蜗轮蜗杆电机，移动驱动电机501的电机轴连接有减速器503，移动驱动电机501和减速器503分别固定设置于小腿骨架401上，移动驱动电机501通过减速器503驱动移动滚轮502转动，减速器503能有效增加扭矩，提升本全地形移动机器人的负载能力；移动滚轮502包括相互装配的轮毂和轮胎，移动滚轮502为本全地形移动机器人提供行进和转向功能。
当移动驱动电机501接收到脉冲信号工作时，移动驱动电机501的电机轴通过减速器503带动移动滚轮502转动，以达到行进效果。当各移动滚轮502均向前（向后）行进时，全地形移动机器人向前（向后）行进；当各移动滚轮502左侧或者后侧方向不一致时，全地形移动机器人可绕其中心转向（与汽车原地转向原理相似）。
进一步地，机器人骨架A包括支撑支架101、及设置于支撑支架101一端的前足框架102和设置于支撑支架101另一端的后足框架103；前足框架102左右侧分别设置有机械腿总成；后足框架103左右侧分别设置有机械腿总成。四套机械腿总成相互配合为本全地形移动机器人提供平衡功能，如：在跨越障碍物时，全地形移动机器人可抬起前侧左右两机械腿总成，从而降低全地形移动机器人前半身高度使其身体保持平衡。
上述为本发明的优选方案，显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (6)

1.一种全地形移动机器人，包括机器人骨架(A)、及设置于机器人骨架(A)上的一套以上机械腿总成；所述机械腿总成包括髋关节组件(B)、大腿组件(C)、小腿组件(D)和移动组件(E)；所述大腿组件(C)通过髋关节组件(B)连接机器人骨架(A)；所述小腿组件(D)一端连接大腿组件(C)，小腿组件(D)另一端连接移动组件(E)；
所述髋关节组件(B)包括髋关节转动支架(201)、髋关节驱动电机(202)、髋关节推动螺杆(203)和髋关节移动滑块(204)；所述髋关节转动支架(201)与机器人骨架(A)铰接，髋关节驱动电机(202)相对机器人骨架(A)固定设置，髋关节驱动电机(202)的电机轴传动连接髋关节推动螺杆(203)、以驱动髋关节推动螺杆(203)转动，髋关节推动螺杆(203)与髋关节移动滑块(204)相螺接，髋关节移动滑块(204)传动连接髋关节转动支架(201)；
所述机器人骨架(A)包括支撑支架(101)、及设置于支撑支架(101)一端的前足框架(102)和设置于支撑支架(101)另一端的后足框架(103)；所述前足框架(102)左右侧分别设置有所述机械腿总成；所述后足框架(103)左右侧分别设置有所述机械腿总成；
其特征在于：所述大腿组件(C)包括大腿骨架(301)、大腿支撑架(302)、大腿驱动电机(303)、大腿推动螺杆(304)、大腿移动滑块(305)和大腿转动推杆(306)；所述大腿骨架(301)一端分别与髋关节转动支架(201)和大腿支撑架(302)一端铰接，大腿驱动电机(303)相对大腿骨架(301)固定设置，大腿推动螺杆(304)相对大腿骨架(301)定位转动设置，大腿驱动电机(303)的电机轴传动连接大腿推动螺杆(304)、以驱动大腿推动螺杆(304)转动，大腿移动滑块(305)与大腿推动螺杆(304)螺接，大腿转动推杆(306)一端与大腿支撑架(302)另一端铰接，大腿转动推杆(306)另一端与大腿移动滑块(305)铰接。
2.根据权利要求1所述的全地形移动机器人，其特征在于：所述髋关节驱动电机(202)的电机轴连接有髋关节主动带轮(205)，髋关节主动带轮(205)通过第一同步带(206)传动连接有髋关节从动带轮(207)，髋关节从动带轮(207)相对机器人骨架(A)定位转动设置；所述髋关节移动滑块(204)连接有髋关节推动轴(208)，髋关节推动轴(208)通过髋关节铰接座与髋关节转动支架(201)铰接。
3.根据权利要求1所述的全地形移动机器人，其特征在于：所述大腿驱动电机(303)的电机轴连接有大腿主动带轮(307)，大腿主动带轮(307)通过第二同步带(308)传动连接有大腿从动带轮(309)，大腿从动带轮(309)连接大腿推动螺杆(304)且相对大腿骨架(301)定位转动设置。
4.根据权利要求1所述的全地形移动机器人，其特征在于：所述小腿组件(D)包括小腿骨架(401)、小腿驱动电机(402)、小腿推动螺杆(403)、小腿移动滑块(404)和小腿转动推杆(405)；所述小腿骨架(401)一端与大腿骨架(301)另一端铰接，小腿驱动电机(402)相对大腿骨架(301)固定设置，小腿推动螺杆(403)相对大腿骨架(301)定位转动设置，小腿驱动电机(402)的电机轴传动连接小腿推动螺杆(403)、以驱动小腿推动螺杆(403)转动，小腿移动滑块(404)与小腿推动螺杆(403)螺接，小腿转动推杆(405)一端与小腿骨架(401)铰接、另一端与小腿移动滑块(404)铰接。
5.根据权利要求4所述的全地形移动机器人，其特征在于：所述小腿驱动电机(402)的电机轴连接有小腿主动带轮(406)，小腿主动带轮(406)通过第三同步带(407)传动连接有小腿从动带轮(408)，小腿从动带轮(408)连接小腿推动螺杆(403)且相对小腿骨架(401)定位转动设置。
6.根据权利要求1所述的全地形移动机器人，其特征在于：所述移动组件(E)包括移动驱动电机(501)和移动滚轮(502)；所述移动驱动电机(501)相对小腿骨架(401)固定设置，移动驱动电机(501)的电机轴传动连接移动滚轮(502)、以驱动移动滚轮(502)转动。
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