CN111232084B - 多足行走机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多足行走机器人，包括：支撑板、多个行走机构、第一驱动装置、第二驱动装置、负载平台。多个行走机构均设在支撑板上，行走机构均具有三个间隔开的行走足，每个行走机构均包括：机架、第一驱动件、第二驱动件，每个行走足均与第一驱动件和第二驱动件联动运动，同一行走机构的三个行走足被构造成依次交替行走，三个行走足中的任一个均被构造成匀速着地行走；第一驱动装置以驱动多个行走机构的三个行走足交替行走；第二驱动装置以驱动多个行走机构同步转向且分别绕三个行走足中的一个转动。本发明能实现三个行走足中的两个抬起另一匀速着地行走，有利于消除机身振动和保持机身平稳，具有优异的爬坡能力和越障能力。

Description

多足行走机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种多足行走机器人。

背景技术

目前，现有行走机器人中，机器人的底盘或舵轮行走底盘的结构传统且单一，从而导致机器人普遍存在定位精度不高、转弯角度大、爬坡能力不足以及越障能力较差等问题，给机器人的实际应用带来了困难。而且机器人在行走过程中，车轮或行走足存在加速或减速的运动过程，在该过程中机器人的机身容易产生振动，也就使得机器人运动的稳定性较差，不利于保持高速的匀速行走。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种多足行走机器人，以解决现有机器人的定位精度不高、转弯角度大、爬坡能力不足、越障能力较差的问题，以及机器人在行走过程中容易产生振动而导致机身不稳的问题。

根据本发明实施例的一种多足行走机器人，包括：支撑板；

多个行走机构，多个所述行走机构均设在所述支撑板上，每个所述行走机构均具有三个间隔开的行走足，每个所述行走机构均包括：机架，所述机架具有相互垂直的第一方向和第二方向；第一驱动件，所述第一驱动件沿第一方向设在所述机架上；第二驱动件，所述第二驱动件沿第二方向设在所述机架上，所述第二驱动件与所述第一驱动件联动运动；其中，每个所述行走足均与所述第一驱动件和所述第二驱动件联动运动，同一所述行走机构的三个所述行走足被构造成依次交替行走，三个所述行走足中的任一个均被构造成匀速着地行走；

第一驱动装置，所述第一驱动装置与多个所述行走机构相连，以驱动多个所述行走机构的三个所述行走足交替行走；

第二驱动装置，所述第二驱动装置与多个所述行走机构相连，以驱动多个所述行走机构同步转向且分别绕三个所述行走足中的一个转动，以实现机器人的原地转向；

负载平台，所述负载平台可枢转地设在所述支撑板上。

根据本发明实施例的多足行走机器人，通过行走机构的三个行走足中的两个抬起和另一匀速着地行走，能够模拟仿真人的行走方式，具有优异的爬坡能力和越障能力，而且由于着地的行走足始终是匀速的，有利于消除机器人的机身振动和保持机身平稳。此外，由于行走足与地面的接触面积比轮式行走的接触面积大，不易打滑，可以为高精度定位行走打下可靠的物理基础。其次，通过设置第二驱动装置能够使得机器人进行原地转向，实现更为灵活的转向操作，机器人转向更简单、更方便。

一些实施例中，所述行走机构还包括：三个传动组件，每个所述传动组件均包括第一导轨和第二导轨，所述第一导轨沿第二方向延伸，所述第一导轨与所述第一驱动件相连以沿所述第一方向往复移动，所述第二导轨沿第一方向延伸，所述第二导轨与所述第二驱动件相连以沿第二方向往复移动；其中，三个所述行走足对应三个所述传动组件设置，每个所述行走足均滑动配合在对应所述传动组件的所述第一导轨和所述第二导轨上；其中，所述第一驱动件构造成驱动三个所述行走足在第一方向上的运动轨迹相同、运动周期相错开，所述第二驱动件构造成驱动三个所述行走足在第二方向上的运动轨迹相同、运动周期相错开。

一些实施例中，所述第一驱动件为具有第一凸轮槽的第一圆柱凸轮，所述第一圆柱凸轮的旋转轴线沿第一方向设置，三个所述第一导轨均与所述第一凸轮槽相配合；所述第二驱动件为具有第二凸轮槽的第二圆柱凸轮，所述第二圆柱凸轮的旋转轴线沿第二方向设置，三个所述第二导轨均与所述第二凸轮槽相配合。

一些实施例中，所述第一圆柱凸轮沿上下方向延伸以控制三个所述行走足的升降，三个所述第一导轨与所述第一凸轮槽的配合点均彼此相距120度圆心角；

所述第二圆柱凸轮沿前后方向延伸以控制三个所述行走足的进退，三个所述第二导轨与所述第二凸轮槽的配合点均彼此相距120度圆心角；其中，

所述第一凸轮槽上具有依次连接的推程段、远休止段、回程段、近休止段，所述近休止段的另一端连接所述推程段；所述第二凸轮槽上具有依次相连的匀速前行段、第一变速段、匀速后退段、第二变速段，所述第二变速段的另一端连接所述匀速前行段；其中，

同一所述传动组件中，所述第一导轨配合在所述推程段时，所述第二导轨配合在所述第一变速段上；所述第一导轨配合在所述远休止段时，所述第二导轨配合在所述匀速后退段上；所述第一导轨配合在所述回程段时，所述第二导轨配合在所述第二变速段上；所述第一导轨配合在所述近休止段时，所述第二导轨配合在所述匀速前行段上。

一些实施例中，所述推程段和所述回程段分别在垂直于所述第一圆柱凸轮轴线的平面上的投影形成60度圆心角；所述远休止段和所述近休止段分别在垂直于所述第一圆柱凸轮轴线的平面上的投影形成120度圆心角。

一些实施例中，三个所述第一导轨上均设有配合在所述第一凸轮槽内的第一跟踪轴；三个所述第二导轨上均设有配合在所述第二凸轮槽内的第二跟踪轴；三个所述行走足上均设有第一滑块和第二滑块，所述第一滑块设在所述第一导轨上且沿所述第二方向滑动，所述第二滑块设在所述第二导轨上且沿所述第一方向滑动。

一些实施例中，所述第一驱动装置包括：多个行走驱动杆，多个所述行走驱动杆与多个所述行走机构的第一驱动件对应相连；动力传输连杆，所述动力传输连杆与多个所述行走驱动杆可枢转地相连；行走电机，所述行走电机设在所述支撑板上，所述行走电机的电机轴连接有第一转杆，所述第一转杆与所述动力传输连杆可枢转地相连，所述第一转杆与多个所述行走驱动杆的长度相等；其中，所述行走电机的电机轴带动所述第一转杆转动，通过所述动力传输连杆带动多个所述行走驱动杆同步转动，以带动多个所述第一驱动件同步转动。

一些实施例中，所述行走电机为一个或者多个，当所述行走电机为多个时，多个所述行走电机的所述第一转杆长度相等。

一些实施例中，所述第二驱动装置包括：多个转向驱动件，多个所述转向驱动件与多个所述行走机构的机架对应相连；转向联动杆，所述转向联动杆与多个所述转向驱动件可枢转地相连；转向电机，所述转向电机设在所述支撑板上，所述转向电机的电机轴连接有第二转杆，所述第二转杆与所述转向联动杆可枢转地相连，所述第二转杆与多个所述转向驱动件的长度相等；其中，所述转向电机的电机轴带动所述第二转杆转动，通过所述转向联动杆带动多个所述转向驱动件同步转动，以带动多个所述机架同步转动。

一些实施例中，所述负载平台位于所述支撑板的上方，所述支撑板上设有旋转驱动件，所述旋转驱动件连接所述负载平台以驱动所述负载平台转动。

一些实施例中，所述负载平台的底部设有转环，所述转环的周向止抵有多个滚轮，多个所述滚轮均可枢转地设在所述支撑板上。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例多足行走机器人的立体结构示意图；

图2为本发明实施例的行走机构的立体结构示意图；

图3为本发明实施例的行走机构去除部分组件后的立体结构示意图一；

图4为本发明实施例的行走机构去除部分组件后的立体结构示意图二；

图5为本发明实施例的行走机构中第一驱动件的立体结构示意图(为体现第一凸轮槽的完整轨迹，图中用虚线展示了轨迹在背面的形状)；

图6为本发明实施例的行走机构中第二驱动件的立体结构示意图(为体现第二凸轮槽的完整轨迹，图中用虚线展示了轨迹在背面的形状)；

图7为本发明实施例的行走机构中行走足在空间中的运动轨迹示意图；

图8为本发明实施例的行走机构中三个行走足在空间中的运动轨迹示意图；

图9为本发明实施例多足行走机器人去除部分组件后的立体结构示意图一；

图10为本发明实施例多足行走机器人去除部分组件后的立体结构示意图二。

附图标记：

100、多足行走机器人；

10、支撑板；

20、行走机构；

21、行走足；2101、第一行走足；2102、第二行走足；2103、第三行走足；211、第一滑块；212、第二滑块；

22、机架；221、旋转座；

23、第一驱动件；231、第一凸轮槽；2311、推程段；2312、远休止段；2313、回程段；2314、近休止段；

24、第二驱动件；241、第二凸轮槽；2411、匀速前行段；2412、第一变速段；2413、匀速后退段；2414、第二变速段；

25、传动组件；251、第一导轨；2511、第一跟踪轴；252、第二导轨；2521、第二跟踪轴；

26、直角齿轮箱；

30、第一驱动装置；

31、行走驱动杆；32、动力传输连杆；33、行走电机；34、第一转杆；

40、第二驱动装置；

41、转向驱动件；42、转向联动杆；43、转向电机；44、第二转杆；

60、旋转驱动件；70、转环；50、滚轮。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、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。

此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，用于区别描述特征，无顺序之分，无轻重之分。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，描述本发明实施例的多足行走机器人100。

如图1至图2所示，根据本发明实施例的一种多足行走机器人100，包括：支撑板10、多个行走机构20、第一驱动装置30、第二驱动装置40、负载平台(图未示出)。

多个行走机构20均设在支撑板10上，每个行走机构20均具有三个间隔开的行走足21，每个行走机构20均包括：机架22、第一驱动件23、第二驱动件24，机架22具有相互垂直的第一方向和第二方向；第一驱动件23沿第一方向设在机架22上；第二驱动件24沿第二方向设在机架22上，第二驱动件24与第一驱动件23联动运动。也就是说，第一驱动件23和第二驱动件24沿两个相互垂直的方向设置，从而提供两个方向上的驱动力，能够模拟出一种行走的运动状态。

其中，每个行走足21均与第一驱动件23和第二驱动件24联动运动，同一行走机构20的三个行走足21被构造成依次交替行走。例如，将三个行走足21分别记为第一行走足2101、第二行走足2102、第三行走足2103，当第一行走足2101着地行走时，第二行走足2102和第三行走足2103处于抬起状态；当第二行走足2102着地行走时，第一行走足2101和第三行走足2103处于抬起状态；当第三行走足2103着地行走时，第一行走足2101和第二行走足2102处于抬起状态，通过上述过程实现三个行走足21的依次交替行走。机器人通过多个行走机构20的协同作用模拟人行走的方式，相比于现有的轮式行走，这种行走方式更稳定，具有优异的越障能力，户外适应能力也大幅度提高。

三个行走足21中的任一个均被构造成匀速着地行走，可以理解为，由于三个行走足21是交替行走的，当行走足21在着地时出现加速或减速时，就会使得机器人的行走速度不稳定，机身易产生振动，大大影响了行走效果。而在本发明中，通过保持每个着地的行走足21均是匀速的时，就能保证机器人的行走状态趋于平稳，从而有效避免机身振动，有利于机器人实现较高速度的匀速行走，具有更好的行走效果。

第一驱动装置30与多个行走机构20相连，以驱动多个行走机构20的三个行走足21交替行走，从而提供整个机器人行走的动力。第二驱动装置40与多个行走机构20相连，以驱动多个行走机构20同步转向且分别绕三个行走足21中的一个转动，以实现机器人的原地转向，也就是说，当机器人需要转向时，每个行走机构20均能够绕自身的一个行走足21转动，从而实现机器人的机身的转向，当多个行走机构20同步转动后，就能够使得机器人在原地的360度转向，这种转向方式更灵活，转向也更方便。

负载平台可枢转地设在支撑板10上，负载平台可以用于机器人负载前行，由于负载平台在支撑板10上是可转动的，因此可以调整负载的调整，使用更方便。

根据本发明实施例的多足行走机器人100，通过行走机构20的三个行走足21中的两个抬起和另一匀速着地行走，能够模拟仿真人的行走方式，具有优异的爬坡能力和越障能力，而且由于着地的行走足21始终是匀速的，有利于消除机器人的机身振动和保持机身平稳。此外，由于行走足21与地面的接触面积比轮式行走的接触面积大，不易打滑，可以为高精度定位行走打下可靠的物理基础。其次，通过设置第二驱动装置40能够使得机器人进行原地转向，实现更为灵活的转向操作，机器人转向更简单、更方便。

一些实施例中，如图3和图4所示，行走机构20还包括：三个传动组件25，每个传动组件25均包括第一导轨251和第二导轨252，第一导轨251沿第二方向延伸，第一导轨251与第一驱动件23相连以沿第一方向往复移动，第二导轨252沿第一方向延伸，第二导轨252与第二驱动件24相连以沿第二方向往复移动；其中，三个行走足21对应三个传动组件25设置，每个行走足21均滑动配合在对应传动组件25的第一导轨251和第二导轨252上。

为更好地理解本发明，以第一方向为竖直方向、第二方向为水平方向为例作说明。在传动组件25中，第一导轨251和第二导轨252各自均能同时起到牵引和导向作用，例如，第一导轨251可带动行走足21作竖直运动，并提供行走足21和第二导轨252沿水平方向的运动导向；第二导轨252可带动行走足21作水平运动，并提供行走足21和第一导轨251沿竖直方向的运动导向。具体地，一个行走足21匹配一个传动组件25，在第一驱动件23的驱动下，带动第一导轨251和其上的行走足21沿第二导轨252作竖直运动；而在第二驱动件24的驱动下，带动第二导轨252和其上的行走足21沿第一导轨251作水平运动，从而实现每个行走足21抬升和前行的复合运动。

其中，第一驱动件23构造成驱动三个行走足21在第一方向上的运动轨迹相同、运动周期相错开，第二驱动件24构造成驱动三个行走足21在第二方向上的运动轨迹相同、运动周期相错开。例如，第一行走足2101匀速着地，且第一行走足2101从着地到离地的过程中，第二行走足2102先后经历加速、减速、匀速的过程，第三行走足2103先后经历匀速、加速、减速的过程。第二行走足2102匀速着地，第二行走足2102从着地到离地的过程中，第三行走足2103先后经历加速、减速、匀速的过程，第一行走足2101先后经历匀速、加速、减速的过程。第三行走足2103匀速着地，第三行走足2103从着地到离地的过程中，第一行走足2101先后经历加速、减速、匀速的过程，第二行走足2102先后经历匀速、加速、减速的过程。通过上述这种运动轨迹相同、运动周期相错开的运动形式，从而实现三个行走足21的依次交替行走。

此外，第一驱动件23驱动两个第一导轨251在竖直方向上往复移动，因此三个行走足21中，一个向下着地用于支撑多足行走机器人100行走，另外两个则向上抬起为接下来的交替行走作准备。经过一个运动周期后，原本着地的行走足21向上抬起，原本向上抬起的两个行走足21中的一个向下释放，通过该方式实现三个行走足21作周期交替抬起腿或释放腿。

同样，第二驱动件24能够带动两个第二导轨252在水平方向上往复移动，由于第二导轨252沿竖直方向延伸，第一导轨251沿水平方向延伸，行走足21又是滑动配合在第一导轨251和第二导轨252上的，因此第二导轨252能够为行走足21提供竖直方向的导向同时还能够带动行走足21沿水平方向移动，第一导轨251则可以提供行走足21水平方向的导向。第二驱动件24构造成驱动三个行走足21在第二方向上的运动轨迹相同、运动周期相错开，则相对行走机构20而言，三个行走足21中一个向后运动，而另外两个则向前运动，由前文所述可知，由于三个行走足21中有一个是着地的，因此向后运动的行走足21在着地后可带动多足行走机器人100向前运动，而向前于运动的行走足21则向上抬起为下一次着地行走作准备。通过该方式实现三个行走足21作周期交替前行。

综上所述，三个行走足21在第一驱动件23和第二驱动件24的共同作用下，最终使得三个行走足21可作周期交替行走，实现一个行走足21着地带动多足行走机器人100向前移动，其余两个行走足21在升降过程中循环，从而模拟出仿真人的行走姿态，实现一种适应性更强、更稳定的行走方式。

需要说明的是，本发明中的第一方向不限于竖直方向、第二方向也不限于水平方向，可根据具体的使用场景设置。例如，本发明的机械人可以作为一种用于地面行走的多足行走机器人，此时第一方向为竖直方向、第二方向为水平方向。此外，第一方向和第二方向还可以是空间坐标系中沿X、Y、Z轴的任意两个方向，例如，第一方向为Z轴方向，第二方向为X轴方向，则此时本发明可以作为一种用于墙面攀爬的多足行走机器人，从而实现墙面上行走。

可选的，如图3至图5所示，第一驱动件23为具有第一凸轮槽231的第一圆柱凸轮，第一圆柱凸轮的旋转轴线沿第一方向设置，三个第一导轨251均与第一凸轮槽231相配合。也就是说，第一驱动件23沿竖直方向设置且可做旋转运动，通过第一驱动件23旋转使得在第一凸轮槽231的作用下，三个第一导轨251可沿竖直方向作往复移动。

如图3、图4、图6所示，第二驱动件24为具有第二凸轮槽241的第二圆柱凸轮，第二圆柱凸轮的旋转轴线沿第二方向设置，三个第二导轨252均与第二凸轮槽241相配合。也就是说，第二驱动件24沿水平方向设置且可做旋转运动，通过第二驱动件24旋转使得在第二凸轮槽241的作用下，三个第二导轨252可沿水平方向作往复移动。

可选的，如图2所示，第一驱动件23和第二驱动件24之间设有直角齿轮箱26，直角齿轮箱26一端与第一驱动件23相连且另一端与第二驱动件24相连，实现了两个垂直分布的第一驱动件23和第二驱动件24之间的运动联动。而且，通过直角齿轮箱26可以将驱动机构和行走机构20的三个行走足21安装在同一高度层，降低整机高度，提高机器的稳定性。在本发明中，直角齿轮箱26的结构与现有齿轮箱的结构类似，在这里就不再赘述。

可选的，第一圆柱凸轮沿上下方向延伸以控制三个行走足21的升降，即控制三个行走足21的抬起或落下。三个第一导轨251与第一凸轮槽231的配合点均彼此相距120度圆心角，通过该方式，三个行走足21均等地分配在第一凸轮槽231上，从而在一个运动周期内可以实现三个行走足21的按顺序着地。

第二圆柱凸轮沿前后方向延伸以控制三个行走足21的进退，即控制三个行走足21的向前行走。三个第二导轨252与第二凸轮槽241的配合点均彼此相距120度圆心角，通过该方式，三个行走足21均等地分配在第二凸轮槽241上，从而在一个运动周期内可以实现三个行走足21的按顺序着地后向前行走。

可以理解的是，通过第一凸轮槽231和第二凸轮槽241的运动轨迹的设计，经过第一导轨251和第二导轨252的运动联动，最终可使得三个行走足21实现一种抬腿前行的运动模式，准确模拟仿真人行走的运动姿态，并能够实现行走过程中的高精度定位，在行走过程中多足行走机器人100的机身高度不变，行走的稳定性得到大幅度提高。

如图5所示，第一凸轮槽231上具有依次连接的推程段2311、远休止段2312、回程段2313、近休止段2314，近休止段2314的另一端连接推程段2311。具体而言，推程段2311用于推动第一导轨251向上运动，例如，推程段2311在第一圆柱凸轮上构成斜向上的曲线槽，第一导轨251配合在推程段2311上时，随着第一圆柱凸轮的旋转，推程段2311与第一导轨251的接触点的高度逐渐增大，因此第一导轨251被推动上升。远休止段2312用于保持第一导轨251在最高位置处，例如，远休止段2312为绕第一圆柱凸轮的周向分布的弧形段，第一导轨251配合在远休止段2312上时，远休止段2312与第一导轨251的接触点的高度保持不变，因此第一导轨251处在竖直方向的最高位且持续保持一段时间。回程段2313用于推动第一导轨251向下运动，例如，回程段2313在第一圆柱凸轮上构成斜向下的曲线槽，第一导轨251配合在回程段2313上时，回程段2313与第一导轨251的接触点的高度逐渐减小，因此第一导轨251被推动下移。近休止段2314用于保持第一导轨251在最低位置处，例如，近休止段2314为绕第一圆柱凸轮的周向分布的弧形段，第一导轨251配合在近休止段2314上时，近休止段2314与第一导轨251的接触点的高度不变，第一导轨251处在竖直方向的最低位且持续保持一段时间。

如图6所示，第二凸轮槽241上具有依次相连的匀速前行段2411、第一变速段2412、匀速后退段2413、第二变速段2414，第二变速段2414的另一端连接匀速前行段2411。

具体而言：

匀速前行段2411用于保持第二导轨252匀速前行，例如，匀速前行段2411为沿第二圆柱凸轮的轴向分布的曲线槽，匀速前行段2411上各处的曲率均相等，即匀速前行段2411形成等速线，匀速前行段2411被构造成随着第二圆柱凸轮的旋转，匀速前行段2411与第二导轨252的接触点到第二圆柱凸轮的后端(即位于机器人行走方向后侧的一端)的距离逐渐增大，从而经第二导轨252作用可驱动行走足21匀速前行。

第一变速段2412用于驱动第二导轨252作变速运动，例如，第一变速段2412为形成在第二圆柱凸轮上的V形槽，第一变速段2412被构造成随着第二圆柱凸轮的旋转，第一变速段2412与第二导轨252的接触点到第二圆柱凸轮的后端的距离先逐渐增大然后逐渐减小，从而经第二导轨252作用可驱动行走足21先加速再减速。

匀速后退段2413用于保持第二导轨252匀速后退，例如，匀速后退段2413为沿第二圆柱凸轮的轴向分布的曲线槽，匀速后退段2413上各处的曲率均相等，即匀速后退段2413形成等速线，匀速后退段2413被构造成随着第二圆柱凸轮的旋转，匀速后退段2413与第二导轨252的接触点到第二圆柱凸轮的后端的距离逐渐减小，从而经第二导轨252作用可驱动行走足21匀速后退。

第二变速段2414用于驱动第二导轨252作变速运动，例如，第二变速段2414为形成在第二圆柱凸轮上的V形槽，第二变速段2414被构造成随着第二圆柱凸轮的旋转，第二变速段2414与第二导轨252的接触点到第二圆柱凸轮的后端的距离先逐渐减小然后逐渐增大，从而经第二导轨252作用可驱动行走足21先加速后退再减速后退。

其中，同一传动组件25中，第一导轨251配合在推程段2311时，第二导轨252配合在第一变速段2412上，具体而言，在该状态时通过第一圆柱凸轮和第二圆柱凸轮的共同作用，该位置处的行走足21经历加速抬升和减速抬升，有利于缩短抬腿时间。

第一导轨251配合在远休止段2312时，第二导轨252配合在匀速后退段2413上，具体而言，在该状态时通过第一圆柱凸轮和第二圆柱凸轮的共同作用，该位置处的行走足21被抬起，处于悬空状态，行走足21匀速向后运动，为下一次着地作准备。

第一导轨251配合在回程段2313时，第二导轨252配合在第二变速段2414上，具体而言，在该状态时通过第一圆柱凸轮和第二圆柱凸轮的共同作用，该位置处的行走足21经历加速下降和减速下降，有利于缩短放腿时间。

第一导轨251配合在近休止段2314时，第二导轨252配合在匀速前行段2411上，具体而言，在该状态时通过第一圆柱凸轮和第二圆柱凸轮的共同作用，该位置处的行走足21处于着地状态，此时行走足21匀速向前运动，从而驱动机器人行走。

可以理解的是，通过上述这种方式使得三个行走足21中，每个行走足21的加速和减速是在抬起的过程中完成的，而行走足21在着地的过程中始终是匀速的，因此，行走机构20行走的过程始终是稳定的，就可以避免机身振动，实现机器人的匀速行走。

如图5和图6所示，E、F、G均为推程段2311上的轨迹点，e、f、g均为第一变速段2412上的轨迹点。如图所示，G、H、I、J、K为远休止段2312上的轨迹点，g、h、i、j、k为匀速后退段2413上的轨迹点。如图所示，K、L、A为回程段2313上的轨迹点，k、l、a为第二变速段2414上的轨迹点。如图所示，A、B、C、D、E为近休止段2314上的轨迹点，a、b、c、d、e为匀速前行段2411上的轨迹点。

如图7所示，表示以地面为参考系，X轴表示水平方向，Z轴表示竖直方向，图中展示了行走足21在空间上的运动轨迹，例如，第一行走足2101(即左侧)从A点开始运动，第二行走足2102(即中间)从C点开始，第三行走足2103(即右侧)E点开始。

如图8所示，表示以地面为参考系，其中，水平轴表示时间t，竖直轴Z表示竖直在高度。如图所示，表示在相同时刻下，三个行走足21在空中的运动轨迹示意图，其中，图a表示第一行走足2101的运动轨迹图，图b表示第二行走足2102的运动轨迹图，图c表示第三行走足2103的运动轨迹图。结合图示可知，相邻的两个行走足21之间存在跨距，这里所指的跨距可以理解为两个行走足21依次着地后，此时行走机构20在地面上的移动距离。具体地，第一行走足2101将要离地抬升，第一行走足2101从第一凸轮槽231上的A点运动到C点时，此时第二行走足2102运动到第一凸轮槽231的A点，第二行走足2102和第一行走足2101间隔半个跨距。同样的道理，当第二行走足2102从第一凸轮槽231上的A点运动到C点时，此时第三行走足2103运动到第一凸轮槽231的A点，第三行走足2103和第二行走足2102同样间隔半个跨距。三个行走足21按照上述的运动轨迹，从而实现依次交替行走。

可选的，推程段2311和回程段2313分别在垂直于第一圆柱凸轮轴线的平面上的投影形成60度圆心角；远休止段2312和近休止段2314分别在垂直于第一圆柱凸轮轴线的平面上的投影形成120度圆心角。可以理解为，在第一圆柱凸轮转动一周的整个运动过程中，行走足21在抬升和下降状态的时间占据整个运动过程的三分之一，保持行走足21在空中的时间占据运动过程的三分之一，保持行走足21着地行走的时间也占据运动过程的三分之一。通过该方式，经过合理分配三个行走足21的位置后，可以使得一个行走足21处于着地状态，另一个行走足21处于先抬升然后保持悬空，最后一个行走足21则处于先保持悬空然后下降。

一些实施例中，如图3至图5所示，三个第一导轨251上均设有配合在第一凸轮槽231内的第一跟踪轴2511，通过第一跟踪轴2511方便三个第一导轨251与第一凸轮槽231的连接配合，有利于运动传递。三个第二导轨252上均设有配合在第二凸轮槽槽241内的第二跟踪轴2521，通过第二跟踪轴2521方便三个第二导轨252与第二凸轮槽槽241的连接配合，有利于运动传递。

如图3至图5所示，三个行走足21上均设有第一滑块211和第二滑块212，第一滑块211设在第一导轨251上且沿第二方向滑动，第二滑块212设在第二导轨252上且沿第一方向滑动。通过第一滑块211和第二滑块212方便每个行走足21与第一导轨251和第二导轨252的滑动连接，使得行走足21与导轨之间摩擦较小，损耗也较少，有利于延长使用寿命。

一些实施例中，如图8所示，第一驱动装置30包括：多个行走驱动杆31、动力传输连杆32、行走电机33、第一转杆34。多个行走驱动杆31与多个行走机构20的第一驱动件23对应相连；动力传输连杆32与多个行走驱动杆31可枢转地相连；行走电机33设在支撑板10上，行走电机33的电机轴连接有第一转杆34，第一转杆34与动力传输连杆32可枢转地相连，第一转杆34与多个行走驱动杆31的长度相等；其中，行走电机33的电机轴带动第一转杆34转动，通过动力传输连杆32带动多个行走驱动杆31同步转动，以带动多个第二驱动件24同步转动。也就是说，行走电机33带动第一转杆34转动，使得动力传输连杆32运动，而且动力传输连杆32上的任一点均能够实现与第一转杆34同等转动半径大小的圆周运动，由于第一转杆34与多个行走驱动杆31的长度相等，因此通过动力传输连杆32，行走驱动杆31就可以带动第一驱动件23旋转，再将动力传递到第二驱动件24上，就可以驱动多个行走机构20行走。采用该方式能够同时驱动多个行走机构20行走，大大减少了行走电机33的数量，可以节省成本。

具体地，由于第一驱动件23通过直角齿轮箱26与第二驱动件24运动联动，因此，行走驱动杆31可与直角齿轮箱26的输入端相连，进而通过直角齿轮箱26的联动带动第一驱动件23和第二驱动件24运动。

在一些实施例中，动力传输连杆32可以构造成等边多边形结构，例如，当行走机构20为三个时对应的第二驱动件24为三个，则第一驱动装置30的行走驱动杆31也为三个，如图8所示，此时动力传输连杆32可以是等边三角形，这样动力传输连杆32的三个角与行走驱动杆31可枢转地相连，就可以实现动力传递。当然，动力传输连杆32也可以构造成等边四边形，通过四个角能够实现与四个行走驱动杆31相连。值得说明的是，动力传输连杆32还可以构成呈圆环形，多个行走驱动杆31可以等分地设在圆环上，这样适应性更强，连接不易出错，更容易安装。

可选的，行走电机33为一个或者多个，例如，当行走电机33为一个时，行走电机33可以是大功率电机。当行走电机33为多个时，多个行走电机33的第一转杆34长度相等，视具体情况而定，行走电机33为多个能够带来更强的行走动力，此时多足行走机器人100可以承受更大的负载。

一些实施例中，如图9所示，第二驱动装置40包括：多个转向驱动件41、转向联动杆42、转向电机43、第二转杆44。多个转向驱动件41与多个行走机构20的机架22对应相连；转向联动杆42与多个转向驱动件41可枢转地相连；转向电机43设在支撑板10上，转向电机43的电机轴连接有第二转杆44，第二转杆44与转向联动杆42可枢转地相连，第二转杆44与多个转向驱动件41的长度相等；其中，转向电机43的电机轴带动第二转杆44转动，通过转向联动杆42带动多个转向驱动件41同步转动，以带动多个机架22同步转动。也就是说，行走机构20的机架22可枢转地设在支撑板10上，转向电机43带动第二转杆44转动使得转向联动杆42运动，转向联动杆42上的任一点均能够实现与第二转杆44同等转动半径大小的圆周运动，由于第二转杆44与多个转向驱动件41的长度相等，因此通过转向联动杆42，转向驱动件41可以带动机架22旋转。由于每个行走机构20中的三个行走足21中有一个行走足21是着地的，在转向时每个行走机构20绕支撑在地面上的行走足21的轴心转动，即多足行走机器人100通过多个行走机构20就能够进行360度转动，从而在原地向任意方向移动。这种转向方式简单，转弯角度小，转弯效率更高，而且该方式可驱动多个行走机构20转向，显著减少了转向电机43的数量，可以节省成本。

具体地，如图2和图9所示，行走机构20的机架22上可设有旋转座221，机架22通过旋转座221安装在支撑板10上，采用该方式，有利于机架22在支撑板10上转动。转向驱动件41可以是固定在旋转座221上驱动块，驱动块与旋转座221的转动中心的连线形成连杆机构，从而可以驱动旋转座221转动。

可选的，负载平台位于支撑板10的上方，支撑板10上设有旋转驱动件60，旋转驱动件60连接负载平台以驱动负载平台转动。旋转驱动件60能够驱动负载平台进行圆周方向旋转，从而可以调整负载平台的方位，例如负载平台上的负载达到预定位置后，需要对不同方向的工位进行上下料，此时即可通过负载平台的转向方便上下料，从而满足不同作业需求。

可选的，旋转驱动件60为驱动电机，控制简单，安装方便，有利于用户操作。

可选的，如图1所示，负载平台的底部设有转环70，转环70的周向止抵有多个滚轮50，多个滚轮50均可枢转地设在支撑板10上。也就是说，转环70构成环形的滑轨，多个滚轮50构成环形支撑架，转环70和滚轮50共同构成负载平台的支撑和导向机构，用于确保负载平台能够进行稳定可靠的旋转，从而保证负载平台的工作可靠。

在一些实施例中，如图1所示，行走机构20为三组，其中，行走电机33、转向电机43、旋转驱动件60相互错开设置，以实现合理的空间配置，避免出现干涉。

下面描述本发明多足行走机器人100的一个具体实施例。

如图1至图9所示，一种多足行走机器人100，包括：支撑板10、三个行走机构20、第一驱动装置30、第二驱动装置40、负载平台。

三个行走机构20均设在支撑板10上，每个行走机构20均具有三个间隔开的行走足21，每个行走机构20均包括：机架22、第一驱动件23、第二驱动件24、三个传动组件25。机架22具有相互垂直的第一方向和第二方向，其中第一方向为水平方向，第二方向为竖直方向；第一驱动件23沿第一方向设在机架22上；第二驱动件24沿第二方向设在机架22上，第二驱动件24与第一驱动件23联动运动。其中，每个行走足21均与第一驱动件23和第二驱动件24通过直角齿轮箱26联动运动，同一行走机构20的三个行走足21被构造成依次交替行走，三个行走足21中的任一个均被构造成匀速着地行走。

每个传动组件25均包括第一导轨251和第二导轨252，第一导轨251沿第二方向延伸，第一导轨251与第一驱动件23相连以沿第一方向往复移动，第二导轨252沿第一方向延伸，第二导轨252与第二驱动件24相连以沿第二方向往复移动；其中，三个行走足21对应三个传动组件25设置，每个行走足21均滑动配合在对应传动组件25的第一导轨251和第二导轨252上。其中，第一驱动件23构造成驱动三个行走足21在第一方向上的运动轨迹相同、运动周期相错开，第二驱动件24构造成驱动三个行走足21在第二方向上的运动轨迹相同、运动周期相错开。

第一驱动件23为具有第一凸轮槽231的第一圆柱凸轮，第一圆柱凸轮的旋转轴线沿水平方向设置，三个第一导轨251均与第一凸轮槽231相配合，第一圆柱凸轮沿上下方向延伸以控制三个行走足21的升降，即控制三个行走足21的抬起或落下，三个第一导轨251与第一凸轮槽231的配合点均彼此相距120度圆心角。其中，第一凸轮槽231上具有依次连接的推程段2311、远休止段2312、回程段2313、近休止段2314，近休止段2314的另一端连接推程段2311。

第二驱动件24为具有第二凸轮槽241的第二圆柱凸轮，第二圆柱凸轮的旋转轴线沿第二方向设置，三个第二导轨252均与第二凸轮槽241相配合，第二圆柱凸轮沿前后方向延伸以控制三个行走足21的进退，即控制三个行走足21的向前行走，三个第二导轨252与第二凸轮槽241的配合点均彼此相距120度圆心角。其中，第二凸轮槽241上具有依次相连的匀速前行段2411、第一变速段2412、匀速后退段2413、第二变速段2414，第二变速段2414的另一端连接匀速前行段2411。

推程段2311和回程段2313分别在垂直于第一圆柱凸轮轴线的平面上的投影形成60度圆心角；远休止段2312和近休止段2314分别在垂直于第一圆柱凸轮轴线的平面上的投影形成120度圆心角

三个第一导轨251上均设有配合在第一凸轮槽231内的第一跟踪轴2511，三个第二导轨252上均设有配合在第二凸轮槽槽241内的第二跟踪轴2521，三个行走足21上均设有第一滑块211和第二滑块212，第一滑块211设在第一导轨251上且沿第二方向滑动，第二滑块212设在第二导轨252上且沿第一方向滑动。

其中，同一传动组件25中，第一导轨251配合在推程段2311时，第二导轨252配合在第一变速段2412上，第一导轨251配合在远休止段2312时，第二导轨252配合在匀速后退段2413上，第一导轨251配合在回程段2313时，第二导轨252配合在第二变速段2414上，第一导轨251配合在近休止段2314时，第二导轨252配合在匀速前行段2411上。通过上述这种方式使得三个行走足21中，每个行走足21的加速和减速是在抬起的过程中完成的，而行走足21在着地的过程中始终是匀速的，因此，行走机构20行走的过程始终是稳定的，就可以避免机身振动，实现机器人的匀速行走。

第一驱动装置30与多个行走机构20相连，以驱动多个行走机构20的三个行走足21交替行走，从而提供整个机器人行走的动力。

第一驱动装置30包括：多个行走驱动杆31、动力传输连杆32、行走电机33、第一转杆34。多个行走驱动杆31与多个行走机构20的第二驱动件24对应相连；动力传输连杆32与多个行走驱动杆31可枢转地相连；行走电机33设在支撑板10上，行走电机33的电机轴连接有第一转杆34，第一转杆34与动力传输连杆32可枢转地相连，第一转杆34与多个行走驱动杆31的长度相等；其中，行走电机33的电机轴带动第一转杆34转动，通过动力传输连杆32带动多个行走驱动杆31同步转动，以带动多个第二驱动件24同步转动。其中，行走电机33为三个，从而构成三电机驱动的九足机器人。

第二驱动装置40与多个行走机构20相连，以驱动多个行走机构20同步转向且分别绕三个行走足21中的一个转动，以实现机器人的原地转向。

第二驱动装置40包括：多个转向驱动件41、转向联动杆42、转向电机43、第二转杆44。多个转向驱动件41与多个行走机构20的机架22对应相连；转向联动杆42与多个转向驱动件41可枢转地相连；转向电机43设在支撑板10上，转向电机43的电机轴连接有第二转杆44，第二转杆44与转向联动杆42可枢转地相连，第二转杆44与多个转向驱动件41的长度相等；其中，转向电机43的电机轴带动第二转杆44转动，通过转向联动杆42带动多个转向驱动件41同步转动，以带动多个机架22同步转动。

负载平台可枢转地设在支撑板10上，负载平台可以用于机器人负载前行。旋转驱动件60为驱动电机，能够驱动负载平台进行圆周方向旋转，从而可以调整负载平台的方位。负载平台的底部设有转环70，转环70的周向止抵有多个滚轮50，多个滚轮50均可枢转地设在支撑板10上。

综上所述，本发明能够构成一种三电机驱动的九足行走机器人，当多足行走机器人100行走途中遇到路障时，可根据传感器测量的信息选择越过障碍或者绕开障碍，由于多足行走机器人每步行走的距离是固定的，而多足行走机器人100抬腿的最高点位置是由腿的行走轨迹决定的，所以多足行走机器人100要计算好行走路线，确定跨越前的落脚点。本发明使多足行走机器人100的负载能力、行走速度、续航能力都达到了实用的程度。和轮式行走机器人相比，本发明的最大优势在于对于地面环境的适应能力，在工地，山林，草丛和农田都将是多足行走机器人100的用武之地。随着行走多足行走机器人100的推广，救灾，军事，工业，农业等领域将得到更广泛的应用。

此外，本发明的多足行走机器人100具有仿真人的行走方式，一脚底着地另一脚抬起带动身体移动，因此，多足行走机器人100与地面的接触面积比轮式行走的接触面积大，不易滑动，为高精度定位打下了可靠的物理基础。

其次，本发明的多足行走机器人100在转弯时，每组行走机构20中的一个行走足21着地不动，机身整体可进行360度转动，因此多足行走机器人100在原地可以实现向任意方向的转向，操作方式更灵活，转向也更方便。而且，本发明的多足行走机器人100的负载平台可以独立转向，与多足行走机器人100的行走方向互不干涉。在一些示例中，多足行走机器人100可以设有三个行走机构20，保证负载平台同时有三个行走足21进行支撑，行走时机身高度不变，负载平面稳定可靠。其中，负载能力由结构强度和电机功率决定。本发明的多足行走机器人100的行走机构20可由一台电机控制，行走速度由负载重量和电机功率决定。

根据本发明实施例的多足行走机器人100的其他构成等以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种多足行走机器人，其特征在于，包括：

支撑板；

多个行走机构，多个所述行走机构均设在所述支撑板上，每个所述行走机构均具有三个间隔开的行走足，每个所述行走机构均包括：

机架，所述机架具有相互垂直的第一方向和第二方向；

第一驱动件，所述第一驱动件沿第一方向设在所述机架上，所述第一驱动件为具有第一凸轮槽的第一圆柱凸轮，所述第一凸轮槽上具有依次连接的推程段、远休止段、回程段、近休止段，所述近休止段的另一端连接所述推程段；

第二驱动件，所述第二驱动件沿第二方向设在所述机架上，所述第二驱动件与所述第一驱动件联动运动，所述第二驱动件为具有第二凸轮槽的第二圆柱凸轮，所述第二凸轮槽上具有依次相连的匀速前行段、第一变速段、匀速后退段、第二变速段，所述第二变速段的另一端连接所述匀速前行段；

三个传动组件，每个所述传动组件均包括第一导轨和第二导轨，三个所述行走足对应三个所述传动组件设置，每个所述行走足均滑动配合在对应所述传动组件的所述第一导轨和所述第二导轨上，三个所述第一导轨均与所述第一凸轮槽相配合，三个所述第一导轨与所述第一凸轮槽的配合点均彼此相距120度圆心角，三个所述第二导轨均与所述第二凸轮槽相配合，三个所述第二导轨与所述第二凸轮槽的配合点均彼此相距120度圆心角，同一所述传动组件中，所述第一导轨配合在所述推程段时，所述第二导轨配合在所述第一变速段上；所述第一导轨配合在所述远休止段时，所述第二导轨配合在所述匀速后退段上；所述第一导轨配合在所述回程段时，所述第二导轨配合在所述第二变速段上；所述第一导轨配合在所述近休止段时，所述第二导轨配合在所述匀速前行段上；

其中，每个所述行走足均与所述第一驱动件和所述第二驱动件联动运动，同一所述行走机构的三个所述行走足被构造成依次交替行走，三个所述行走足中的任一个均被构造成匀速着地行走；

第一驱动装置，所述第一驱动装置与多个所述行走机构相连，以驱动多个所述行走机构的三个所述行走足交替行走；

第二驱动装置，所述第二驱动装置与多个所述行走机构相连，以驱动多个所述行走机构同步转向且分别绕三个所述行走足中的一个转动，以实现机器人的原地转向；

负载平台，所述负载平台可枢转地设在所述支撑板上。

2.根据权利要求1所述的多足行走机器人，其特征在于，所述行走机构还包括：

所述第一导轨沿第二方向延伸，所述第一导轨与所述第一驱动件相连以沿所述第一方向往复移动，所述第二导轨沿第一方向延伸，所述第二导轨与所述第二驱动件相连以沿第二方向往复移动；其中，所述第一驱动件构造成驱动三个所述行走足在第一方向上的运动轨迹相同、运动周期相错开，所述第二驱动件构造成驱动三个所述行走足在第二方向上的运动轨迹相同、运动周期相错开。

3.根据权利要求2所述的多足行走机器人，其特征在于，

所述第一圆柱凸轮的旋转轴线沿第一方向设置；

所述第二圆柱凸轮的旋转轴线沿第二方向设置。

4.根据权利要求3所述的多足行走机器人，其特征在于，

所述第一圆柱凸轮沿上下方向延伸以控制三个所述行走足的升降；

所述第二圆柱凸轮沿前后方向延伸以控制三个所述行走足的进退。

5.根据权利要求4所述的多足行走机器人，其特征在于，

所述推程段和所述回程段分别在垂直于所述第一圆柱凸轮轴线的平面上的投影形成60度圆心角；

所述远休止段和所述近休止段分别在垂直于所述第一圆柱凸轮轴线的平面上的投影形成120度圆心角。

6.根据权利要求3所述的多足行走机器人，其特征在于，

三个所述第一导轨上均设有配合在所述第一凸轮槽内的第一跟踪轴；

三个所述第二导轨上均设有配合在所述第二凸轮槽内的第二跟踪轴；

三个所述行走足上均设有第一滑块和第二滑块，所述第一滑块设在所述第一导轨上且沿所述第二方向滑动，所述第二滑块设在所述第二导轨上且沿所述第一方向滑动。

7.根据权利要求3所述的多足行走机器人，其特征在于，所述第一驱动装置包括：

多个行走驱动杆，多个所述行走驱动杆与多个所述行走机构的第一驱动件对应相连；

动力传输连杆，所述动力传输连杆与多个所述行走驱动杆可枢转地相连；

行走电机，所述行走电机设在所述支撑板上，所述行走电机的电机轴连接有第一转杆，所述第一转杆与所述动力传输连杆可枢转地相连，所述第一转杆与多个所述行走驱动杆的长度相等；其中，所述行走电机的电机轴带动所述第一转杆转动，通过所述动力传输连杆带动多个所述行走驱动杆同步转动，以带动多个所述第一驱动件同步转动。

8.根据权利要求7所述的多足行走机器人，其特征在于，所述行走电机为一个或者多个，当所述行走电机为多个时，多个所述行走电机的所述第一转杆长度相等。

9.根据权利要求1所述的多足行走机器人，其特征在于，所述第二驱动装置包括：

多个转向驱动件，多个所述转向驱动件与多个所述行走机构的机架对应相连；

转向联动杆，所述转向联动杆与多个所述转向驱动件可枢转地相连；

转向电机，所述转向电机设在所述支撑板上，所述转向电机的电机轴连接有第二转杆，所述第二转杆与所述转向联动杆可枢转地相连，所述第二转杆与多个所述转向驱动件的长度相等；其中，所述转向电机的电机轴带动所述第二转杆转动，通过所述转向联动杆带动多个所述转向驱动件同步转动，以带动多个所述机架同步转动。

10.根据权利要求9所述的多足行走机器人，其特征在于，所述负载平台位于所述支撑板的上方，所述支撑板上设有旋转驱动件，所述旋转驱动件连接所述负载平台以驱动所述负载平台转动。

11.根据权利要求10所述的多足行走机器人，其特征在于，所述负载平台的底部设有转环，所述转环的周向止抵有多个滚轮，多个所述滚轮均可枢转地设在所述支撑板上。

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