CN112758208B - 一种多自由度四足软体机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多自由度四足软体机器人，包括：4条气动腿，4条气动腿分布在四角，其中，4条气动腿两两平行设置形成2排气动腿，每排气动腿通过转动轴垂直连接，形成“凹”形，2根转动轴平行设置并通过移动控制件连接，移动控制件包括舵机座和舵机；2根转动轴分别穿过舵机座的侧边的固定管，舵机安装在舵机座中部的腔内，舵机的中间设置有可旋转的舵盘；2根转动轴均还穿过第一法兰盘，2个第一法兰盘和舵盘在同一个平面。本发明通过舵机拉绳与气动混合驱动的方式，使得机器人每个腿部除了能全向弯曲以外，机器人本体也能展开和闭合。

Description

一种多自由度四足软体机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种多自由度四足软体机器人。

背景技术

目前软体机器人发展迅速，特别是在人机交互和其他复杂环境下，软体机器人突显了其强大的安全性、环境适应能力和灵活性。而在移动机器人中，四足机器人一直以来都备受宠爱。现今出现的一些用软体材料做出的机器人，配合记忆合金控制、拉绳控制、气动控制。他们各有优缺点，比如记忆合金驱动的力气比较大但是响应速度慢；拉绳驱动的力气大响应速度也大，但是每一个自由度需要一个电机控制，使得机器人的复杂度大大提高；气动驱动的软体机器人响应速度快、力气也大，而且可以用同一个气源与控制阀相接，只要控制控制阀就能实现多个自由度的控制。众所周知，机器人的自由度大都反应了腿的灵活性。目前的气动软体机器人自由度并不高，当遇到一些比较高的障碍物或者其他难以跨越的障碍时仍然无法通过。

因此，行业内急需研发一种控制简单，且适应能力好的软体机器人。

发明内容

本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种控制简单，且适应能力好的多自由度四足软体机器人。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种多自由度四足软体机器人，包括：4条气动腿，4条气动腿分布在四角，其中，4条气动腿两两平行设置形成2排气动腿，每排气动腿通过转动轴垂直连接，形成“凹”形，2根转动轴平行设置并通过移动控制件连接，移动控制件包括舵机座和舵机；2根转动轴分别穿过舵机座的侧边的固定管，舵机安装在舵机座中部的腔内，舵机的中间设置有可旋转的舵盘；2根转动轴均还穿过第一法兰盘，2个第一法兰盘和舵盘在同一个平面。

优选地，移动控制件还包括用于给气动腿充气的气泵，气动腿内部设置2N排空腔，N≥1，当空腔充气时，该排空腔膨胀，机器人的气动腿往与充气空腔对称的方向弯曲。

优选地，N＝2。

优选地，多自由度四足软体机器人还包括：固定件；固定件为中空圆柱体，气动腿的末端固定在中空圆柱体内，固定件的侧边和第二法兰盘连接，第二法兰盘还和转动轴的一端连接。

优选地，固定件和舵机座均由3D打印制作。

本发明相对于现有技术具有如下优点：

本发明的多自由度四足软体机器人采用舵机与全方位弯曲气动驱动的软体腿(气动腿)配合，舵机能够实现精确的旋转控制，通过拉绳方式，拉动两根转动轴相互反方向旋转，实现四腿的展开和闭合，而且只需控制一个电信号即可，大大的减少控制困难，软体部分是气动驱动，具有快速响应和大的致动力的特点。该机器人还可以通过自身的变形实现多种运动方式适应环境的变化，具有控制精读高、响应速度快、致动力大、灵活且环境适应力好的特点。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的多自由度四足软体机器人的结构图。

图2为本发明的多自由度四足软体机器人的爆炸图。

图3是本发明的多自由度四足软体机器人的气动软腿的剖视图。

图4是本发明的多自由度四足软体机器人的气动软腿的俯视图。

图5是本发明的多自由度四足软体机器人的舵盘逆时针旋转图。

图6是本发明的多自由度四足软体机器人的舵盘顺时针旋转图。

图7(a)是本发明的多自由度四足软体机器人的一运动空间图。

图7(b)是本发明的多自由度四足软体机器人的另一运动空间图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

参见图1-2、一种多自由度四足软体机器人，包括：4条气动腿1，4条气动腿1分布在四角，其中，4条气动腿1两两平行设置形成2排气动腿1，每排气动腿1通过转动轴垂直连接，形成“凹”形，2根转动轴平行设置并通过移动控制件1连接，移动控制件1包括舵机座21和舵机22；2根转动轴分别穿过舵机22座21的侧边的固定管，舵机22安装在舵机22座21中部的腔内，舵机22的中间设置有可旋转的舵盘23；2根转动轴均还穿过第一法兰盘3，2个第一法兰盘3和舵盘23在同一个平面。

其中，转动轴可以在舵机22座21的侧边的固定管转动。转动轴穿过第一法兰盘3并和第一法兰盘3固定。舵盘23固定于舵机22转动轴上。一排的气动腿1同步活动。

在本实施例，参见图3-4，移动控制件还包括用于给气动腿充气的气泵，气泵通过气管和气动腿1连接，气动腿1内部设置4排空腔，当空腔充气时，该排空腔膨胀，导致机器人的气动腿1软腿往与方充气空腔对称的方向弯曲。2排软腿即可实现全方位的精度控制，使得四足机器人的爬走运动和攀爬一些比较小的障碍物，四足可以通过差速原理实现整个机器人的空间移动。

在本实施例，多自由度四足软体机器人还包括：固定件4；固定件4为中空圆柱体，气动腿1的末端固定在中空圆柱体内，固定件4的侧边和第二法兰盘连接5，第二法兰盘还和转动轴的一端连接。固定件4的侧边通过螺丝螺母和第二法兰盘连接5。固定件4和舵机22座21均由3D打印制作。

同一排的全方向弯曲软腿(气动腿1)都通过固定件4固定到同一根转动轴上，转动轴中间增加了第一法兰盘3，通过舵机22舵盘23与第一法兰盘3特殊的绕绳方式和两个第一法兰盘3的绕绳相互配合，实现机器人的展开和闭合。具体为：

交叉绕线在两根转动轴的法兰盘上，当一个第一法兰盘3带动转动轴顺时针转，也会带动另一个第一法兰盘3带动转动轴逆时针转，这不仅可以解决舵机22带动转动轴转动时回转的需求，而且可以让两个轴转动的角度保持一致。第一法兰盘3与舵机22配合如图5-6所示，第一法兰盘3的孔绑住绳子并绕两圈，目的是提供旋转的角度，然后绳子的另一端固定在舵盘23的小孔上，两个第一法兰盘3以相反方向绕绳。当舵机22旋转的时候，两个第一法兰盘3带动转动轴从而带动软腿(气动腿1)旋转，实现展开和闭合功能。当遇到高的障碍物的时候，可以闭合软腿，撑起身体，像狗一样移动，当遇到特别狭小的空间的时候可以展开软腿，像乌龟一样移动，在平时的移动过程中，为了更好的适应环境，可以控制软腿的微小展开闭合与爬行相结合，实现更平稳的控制。法兰盘3带动转动轴从而带动软腿(气动腿1)旋转不仅仅是用于步态变换，还能增大其四条腿的末端运动空间，如图7(a)所示，黑色所包围的曲面都为其运动空间。气动腿1获得旋转能力之后，其末端运动空间大大增加，并且增加了末端施力空间。(一般可认为气动腿1的末端施力方向为其末端切线的垂直方向，作用点为末端端点)，如图7(b)所示。故大大优化了机器人的运动性能和环境适应能力。(由于相对的两腿会相互干扰，实际能旋转的空间为±180°)

本发明的一种新型多自由度四足软体机器人通过舵机22与全方位弯曲气动驱动的软体腿配合，舵机22能够实现精确的旋转控制，通过拉绳方式，拉动两根转动轴相互反方向旋转，实现四腿的展开和闭合，软腿是气动驱动，内部具有4排空腔，只要往一排空腔充气就能膨胀，使其往另一个方向弯曲，从而实现全方位弯曲，具有快速响应和大的致动力的特点，该机器人能够较好地适应多种多样地形和任务，具有响应速度快、致动力大、灵活且环境适应力好的特点。

综上，本发明通过舵机22拉绳与气动混合驱动的方式，使得机器人每个腿部除了能全向弯曲意外，机器人本体也能展开和闭合。

上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种多自由度四足软体机器人，其特征在于，包括：4条气动腿，4条气动腿分布在四角，其中，4条气动腿两两平行设置形成2排气动腿，每排气动腿与对应的转动轴垂直连接，形成“凹”形，2根转动轴平行设置并通过移动控制件连接，移动控制件包括舵机座和舵机；2根转动轴分别穿过舵机座的侧边的固定管，舵机安装在舵机座中部的腔内，舵机的中间设置有可旋转的舵盘；2根转动轴均还穿过第一法兰盘，2个第一法兰盘和舵盘在同一个平面；

移动控制件还包括用于给气动腿充气的气泵，气动腿内部设置2N排对称的空腔，N≥1，当往同一侧的N排空腔充气时，该N排空腔膨胀，机器人的气动腿往与该N排充气的空腔对称的另一侧N排空腔所处的方向弯曲。

2.根据权利要求1所述的多自由度四足软体机器人，其特征在于，N＝2。

3.根据权利要求1所述的多自由度四足软体机器人，其特征在于，还包括：固定件；固定件为中空圆柱体，气动腿的末端固定在中空圆柱体内，固定件的侧边和第二法兰盘连接，第二法兰盘还和转动轴的一端连接。

4.根据权利要求3所述的多自由度四足软体机器人，其特征在于，固定件和舵机座均由3D打印制作。

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