CN112776916A - 一种双足步行机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双足步行机器人，属于机器人技术领域，旨在解决现有大多数双足步行机器人行走模式单一，稳定性较差，无法为科学研究设备提供稳定的平台的问题；包括控制单元、头部平台、仿球形节、腹部单元和对称间隔布置于所述腹部单元的腿部单元；所述控制单元固定于所述头部平台；所述仿球形节的两端分别与所述头部平台和腹部单元固定连接；本发明中的设计，提供了一个便于改装、高度模块化的平台，同时可以提供高度自由的整体控制，以达到各种用户的需求；体态可以贴地行走，也可抬起头部；其大量关节可以让其具备自我校准、跌倒站立的功能；在复杂多变的地形下，此机器人可以为科学仪器提供稳定、自由的运行平台。

Description

一种双足步行机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体为一种双足步行机器人。

背景技术

现有大多数双足步行机器人行走模式单一，稳定性较差，无法为科学研究设备提供稳定的平台。

大多现有双足步行机器人为民用产品，定位为玩具商品。而其他双足步行机器人以仿生为主要目的，多用于行走算法与生物研究。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种双足步行机器人，提供了一个便于改装、高度模块化的平台，同时可以提供高度自由的整体控制，以达到各种用户的需求；体态可以贴地行走，也可抬起头部；其大量关节可以让其具备自我校准、跌倒站立的功能；在复杂多变的地形下，此机器人可以为科学仪器提供稳定、自由的运行平台。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种双足步行机器人，其特征在于，包括控制单元、头部平台、仿球形节、腹部单元和对称间隔布置于所述腹部单元的腿部单元；所述控制单元固定于所述头部平台；所述仿球形节的两端分别与所述头部平台和腹部单元固定连接；

所述腹部单元包括外壳、固定于所述外壳上的第一舵机和两个第二舵机、活动置于所述外壳上的第一齿轮、圆盘齿轮和两个第二齿轮；所述第一舵机上固定有第三齿轮，所述第三齿轮与所述第一齿轮传动啮合，所述第一齿轮与所述圆盘齿轮传动啮合；所述第二舵机上固定有第四齿轮；所述第四齿轮与所述第二齿轮传动啮合；

所述腿部单元活动设有腿腹轴，所述腿腹轴活动置于所述外壳上且与所述第二齿轮传动连接；

所述仿球形节固定于所述圆盘齿轮上；

所述头部平台上固定有电源模块，所述电源模块与所述控制单元电性连接。

优选地，所述仿球形节包括上支架、下支架和齿轮架；所述齿轮架上固定有第五齿轮和第六齿轮；所述上支架和下支架上分别设有容纳所述齿轮架的凹槽，所述齿轮架活动连接于所述上支架和下支架上；所述上支架上固定设有第三舵机，所述第三舵机上固定有第七齿轮，所述第七齿轮与所述第五齿轮传动啮合；所述下支架上固定设有第四舵机，所述第四舵机上固定有第八齿轮，所述第八齿轮与所述第六齿轮传动啮合。

优选地，所述上支架和下支架上分别固定设有隔离铜柱，所述上支架的隔离铜柱与所述头部平台固定连接；所述下支架上的隔离铜柱与所述圆盘齿轮固定连接。

优选地，所述腿部单元包括上副肢单元、上腿单元、下腿单元、踝部单元和足部单元；所述腿腹轴活动连接于所述上副肢单元上，所述上副肢单元的另一端活动连接于所述上腿单元上，所述上腿单元的一端活动连接于所述下腿单元上；所述下腿单元的一端活动连接于所述踝部单元上，所述足部单元活动连接于所述踝部单元上。

优选地，所述上副肢单元包括上副肢板和上腿轴；所述上腿轴、腿腹轴分别铰接于所述上副肢板上；所述上腿轴的一端活动置于所述上腿单元上；所述上副肢板上固定设有第五舵机、第六舵机；所述上副肢板上活动设有第一销轴和第二销轴；所述第一销轴与所述腿腹轴固定连接；所述第二销轴与所述上腿轴固定连接；所述第五舵机上固定设有第九齿轮，所述第六舵机上固定设有第十齿轮；所述第一销轴上固定设有与所述第九齿轮传动啮合的第十一齿轮；所述第二销轴上固定设有与所述第十齿轮传动啮合的第十二齿轮。

优选地，所述上腿单元包括上腿板；所述上腿轴铰接于所述上腿板上并向外延伸；所述上腿轴上固定设有第十三齿轮；所述上腿板上固定设有第七舵机；所述第七舵机上固定有与所述第十三齿轮传动啮合的第十四齿轮；所述上腿板上固定有下腿轴；所述下腿轴上固定有第十五齿轮；所述下腿单元的一端铰接于所述下腿轴上。

优选地，所述下腿单元包括下腿板；所述下腿板的一端活动置于所述下腿轴上；所述下腿板上固定有第八舵机；所述第八舵机上固定有与所述第十五齿轮传动啮合的第十六齿轮；所述下腿板上固定有齿轮轴，所述齿轮轴上固定有第十七齿轮；所述踝部单元活动置于所述齿轮轴上。

优选地，所述踝部单元包括下副肢；所述下副肢的一端活动置于所述齿轮轴上；所述下副肢上固定设有第九舵机，所述第九舵机上固定设有与所述第十七齿轮传动啮合的第十八齿轮；所述下副肢的另一端铰接有踝部块；所述踝部块上固定设有第十舵机，所述第十舵机的输出轴与所述下副肢固定连接；所述足部单元与所述踝部块活动连接。

优选地，所述足部单元包括足部块；所述足部块上固定设有第十一舵机；所述第十一舵机的输出轴与所述踝部块固定连接；所述足部块上固定设有压力座；所述压力座上活动设有压力垫；所述压力座和所述压力垫之间设有压敏电阻。

优选地，所述控制单元包括姿态传感器、无线收发模块、控制器和中央处理器；所述第一舵机、第二舵机、第三舵机、第四舵机、第五舵机、第六舵机、第七舵机、第八舵机、第九舵机、第十舵机、第十一舵机、姿态传感器、无线收发模块、控制器和压敏电阻分别与所述中央处理器电性连接。

本发明的有益效果在于：本发明中的设计，提供了一个便于改装、高度模块化的平台，同时可以提供高度自由的整体控制，以达到各种用户的需求；体态可以贴地行走，也可抬起头部；其大量关节可以让其具备自我校准、跌倒站立的功能；在复杂多变的地形下，此机器人可以为科学仪器提供稳定、自由的运行平台。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种双足步行机器人的立体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种双足步行机器人的仿球形节的立体结构图；

图3为本发明实施例提供的一种双足步行机器人的齿轮架的立体结构图；

图4为本发明实施例提供的一种双足步行机器人的上支架的立体结构图；

图5为本发明实施例提供的一种双足步行机器人的腹部单元的内部结构立体示意图；

图6为本发明实施例提供的一种双足步行机器人的腹部单元的腿部单元的立体结构示意图；

图7为图6的左视图；

图8为图6的右视图；

图9为本发明实施例提供的一种双足步行机器人的下副肢板的立体结构图；

图10为本发明实施例提供的一种双足步行机器人的踝部块的立体结构图；

图11为本发明实施例提供的一种双足步行机器人的下腿板的立体结构图；

图12为本发明实施例提供的一种双足步行机器人的足部单元的爆炸结构示意图；

图13-15为本发明实施例提供的一种双足步行机器人的电路图。

附图标记说明：

头部平台1、仿球形节2、第三舵机21、第七齿轮22、第五齿轮23、下支架24、齿轮架25、隔离铜柱26、第四舵机27、第八齿轮28、第六齿轮29、上支架210、外壳3、第三齿轮31、第一舵机32、第二齿轮33、第二舵机34、腿腹轴35、第四齿轮36、第一齿轮37、圆盘齿轮38、上副肢板4、第五舵机41、第六舵机42、第二销轴43、第十三齿轮44、上腿轴45、第十二齿轮46、第十齿轮47、第一销轴48、第九齿轮49、第十一齿轮410、上腿板5、第七舵机51、第十五齿轮52、第十四齿轮53、下腿板6、第十六齿轮61、第八舵机62、第十七齿轮63、下副肢7、第十八齿轮71、第九舵机72、踝部块8、第十舵机81、足部块9、第十一舵机91、压力垫92、压敏电阻93、压力座94。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中”、“上”、“下”、“横”、“内”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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；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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图15所示，一种双足步行机器人，包括控制单元、头部平台1、仿球形节2、腹部单元和对称间隔布置于腹部单元的腿部单元；控制单元固定于头部平台1；仿球形节2的两端分别与头部平台1和腹部单元固定连接；

腹部单元包括外壳3、固定于外壳3上的第一舵机32和两个第二舵机34、活动置于外壳3上的第一齿轮37、圆盘齿轮38和两个第二齿轮33；第一舵机32上固定有第三齿轮31，第三齿轮31与第一齿轮37传动啮合，第一齿轮37与圆盘齿轮38传动啮合；第二舵机34上固定有第四齿轮36；第四齿轮36与第二齿轮33传动啮合；

腿部单元活动设有腿腹轴35，腿腹轴35活动置于外壳3上且与第二齿轮33传动连接；

仿球形节2固定于圆盘齿轮38上；第一舵机32启动后，通过第三齿轮31带动第一齿轮37、圆盘齿轮38转动，进而实现仿球形节2在水平面内的转动调节动作；第二舵机34启动，通过第四齿轮36带动第二齿轮33、腿腹轴35转动，进而实现腿部单元在竖直面内的转动，用于调节腿部单元的上下动作；

头部平台1上固定有电源模块，电源模块与控制单元电性连接。

进一步的，仿球形节2包括上支架210、下支架24和齿轮架25；上支架210和下支架24的结构相同，一上一下相对放置；齿轮架25上固定有第五齿轮23和第六齿轮29，第五齿轮23和第六齿轮29均为半个齿轮结构；上支架210和下支架24上分别设有容纳齿轮架25的凹槽，齿轮架25活动连接于上支架210和下支架24上；上支架210上固定设有第三舵机21，第三舵机21上固定有第七齿轮22，第七齿轮22与第五齿轮23传动啮合；下支架24上固定设有第四舵机27，第四舵机27上固定有第八齿轮28，第八齿轮28与第六齿轮29传动啮合；第三舵机21启动，带动第七齿轮22转动，因第五齿轮23固定在齿轮架25上，第七齿轮22与第五齿轮23的啮合转动过程中，上支架210能够实现在竖直平面内的前后摆动动作，调整头部平台1的倾角；当第四舵机27启动后，带动第八齿轮28转动，通过第八齿轮28与第六齿轮29的啮合，使齿轮架25相对于下支架24发生转动，进而带动齿轮架25上的上支架210、头部平台1实现在竖直平面内的左右摆动动作，调整头部平台1在另一竖直平面内的倾角。

进一步的，上支架210和下支架24上分别固定设有隔离铜柱26，上支架210的隔离铜柱26与头部平台1固定连接；下支架24上的隔离铜柱26与圆盘齿轮38固定连接；下支架24与圆盘齿轮38之间的隔离铜柱26位置可以放置电池等模块。

进一步的，腿部单元包括上副肢单元、上腿单元、下腿单元、踝部单元和足部单元；腿腹轴35活动连接于上副肢单元上，上副肢单元的另一端活动连接于上腿单元上，上腿单元的一端活动连接于下腿单元上；下腿单元的一端活动连接于踝部单元上，足部单元活动连接于踝部单元上；上副肢单元能够实现整个腿部单元的上下转动及开合角度调节。

进一步的，上副肢单元包括上副肢板4和上腿轴45；上腿轴45、腿腹轴35分别铰接于上副肢板4上；上腿轴45的一端活动置于上腿单元上；上副肢板4上固定设有第五舵机41、第六舵机42；上副肢板4上活动设有第一销轴48和第二销轴43；第一销轴48与腿腹轴35固定连接；第二销轴43与上腿轴45固定连接；第五舵机41上固定设有第九齿轮49，第六舵机42上固定设有第十齿轮47；第一销轴48上固定设有与第九齿轮49传动啮合的第十一齿轮410；第二销轴43上固定设有与第十齿轮47传动啮合的第十二齿轮46；第五舵机41启动，带动第九齿轮49转动，通过第九齿轮49与第十一齿轮410的啮合带动第一销轴48的转动，能够实现上副肢板4围绕腿腹轴35转动，以第一销轴48为转动中心；第六舵机42启动，带动第十齿轮47转动，通过第十二齿轮46与第十齿轮47的啮合，实现上腿轴45相对于上副肢板4转动，以第二销轴43为转动中心。

进一步的，上腿单元包括上腿板5；上腿轴45铰接于上腿板5上并向外延伸；上腿轴45上固定设有第十三齿轮44；上腿板5上固定设有第七舵机51；第七舵机51上固定有与第十三齿轮44传动啮合的第十四齿轮53；上腿板5上固定有下腿轴；下腿轴上固定有第十五齿轮52；下腿单元的一端铰接于下腿轴上；第七舵机51启动，带动第十四齿轮53转动，通过第十四齿轮53与第十三齿轮44的啮合，实现上腿板5相对于上副肢板4的转动，以上腿轴45为转动中心。

进一步的，下腿单元包括下腿板6；下腿板6的一端活动置于下腿轴上；下腿板6上固定有第八舵机62；第八舵机62上固定有与第十五齿轮52传动啮合的第十六齿轮61；下腿板6上固定有齿轮轴，齿轮轴上固定有第十七齿轮63；踝部单元活动置于齿轮轴上；第八舵机62启动，带动第十六齿轮61转动，通过第十五齿轮52与第十六齿轮61的啮合，实现下腿板6相对于上腿板5的转动，以下腿轴为转动中心。

进一步的，踝部单元包括下副肢7；下副肢7的一端活动置于齿轮轴上；下副肢7上固定设有第九舵机72，第九舵机72上固定设有与第十七齿轮63传动啮合的第十八齿轮71；下副肢7的另一端铰接有踝部块8；踝部块8上固定设有第十舵机81，第十舵机81的输出轴与下副肢7固定连接；足部单元与踝部块8活动连接；第九舵机72启动，带动第十八齿轮71转动，通过第十七齿轮63与第十八齿轮71的啮合，带动下副肢7相对于下腿板6的转动，以齿轮轴为转动中心；通过第十舵机81的转动，带动踝部块8相对于下副肢7的转动，以第十舵机81为转动中心，实现踝部块8在竖直平面上的转动。

进一步的，足部单元包括足部块9；足部块9上固定设有第十一舵机91；第十一舵机91的输出轴与踝部块8固定连接；足部块9上固定设有压力座94；压力座94上活动设有压力垫92；压力座94和压力垫92之间设有压敏电阻93；第十一舵机91启动，带动足部块9相对于踝部块8的转动，以第十一舵机91为转动中心，实现足部块9的侧向转动。

进一步的，控制单元包括姿态传感器、无线收发模块、控制器和中央处理器；第一舵机32、第二舵机34、第三舵机21、第四舵机27、第五舵机41、第六舵机42、第七舵机51、第八舵机62、第九舵机72、第十舵机81、第十一舵机91、姿态传感器、无线收发模块、控制器和压敏电阻93分别与中央处理器电性连接；通过姿态传感器读取头部平台1的姿态，并通过中央处理器计算与头部平台1目标姿态的差值，通过各舵机的动作，实现头部平台1的调节及腿部单元的行走动作。

本发明中的设计，提供了一个便于改装、高度模块化的平台，同时可以提供高度自由的整体控制，以达到各种用户的需求；体态可以贴地行走，也可抬起头部；其大量关节可以让其具备自我校准、跌倒站立的功能；在复杂多变的地形下，此机器人可以为科学仪器提供稳定、自由的运行平台。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种双足步行机器人，其特征在于，包括控制单元、头部平台、仿球形节、腹部单元和对称间隔布置于所述腹部单元的腿部单元；所述控制单元固定于所述头部平台；所述仿球形节的两端分别与所述头部平台和腹部单元固定连接；

所述腹部单元包括外壳、固定于所述外壳上的第一舵机和两个第二舵机、活动置于所述外壳上的第一齿轮、圆盘齿轮和两个第二齿轮；所述第一舵机上固定有第三齿轮，所述第三齿轮与所述第一齿轮传动啮合，所述第一齿轮与所述圆盘齿轮传动啮合；所述第二舵机上固定有第四齿轮；所述第四齿轮与所述第二齿轮传动啮合；

所述腿部单元活动设有腿腹轴，所述腿腹轴活动置于所述外壳上且与所述第二齿轮传动连接；

所述仿球形节固定于所述圆盘齿轮上；

所述头部平台上固定有电源模块，所述电源模块与所述控制单元电性连接。

2.如权利要求1所述的一种双足步行机器人，其特征在于，所述仿球形节包括上支架、下支架和齿轮架；所述齿轮架上固定有第五齿轮和第六齿轮；所述上支架和下支架上分别设有容纳所述齿轮架的凹槽，所述齿轮架活动连接于所述上支架和下支架上；所述上支架上固定设有第三舵机，所述第三舵机上固定有第七齿轮，所述第七齿轮与所述第五齿轮传动啮合；所述下支架上固定设有第四舵机，所述第四舵机上固定有第八齿轮，所述第八齿轮与所述第六齿轮传动啮合。

3.如权利要求2所述的一种双足步行机器人，其特征在于，所述上支架和下支架上分别固定设有隔离铜柱，所述上支架的隔离铜柱与所述头部平台固定连接；所述下支架上的隔离铜柱与所述圆盘齿轮固定连接。

4.如权利要求3所述的一种双足步行机器人，其特征在于，所述腿部单元包括上副肢单元、上腿单元、下腿单元、踝部单元和足部单元；所述腿腹轴活动连接于所述上副肢单元上，所述上副肢单元的另一端活动连接于所述上腿单元上，所述上腿单元的一端活动连接于所述下腿单元上；所述下腿单元的一端活动连接于所述踝部单元上，所述足部单元活动连接于所述踝部单元上。

5.如权利要求4所述的一种双足步行机器人，其特征在于，所述上副肢单元包括上副肢板和上腿轴；所述上腿轴、腿腹轴分别铰接于所述上副肢板上；所述上腿轴的一端活动置于所述上腿单元上；所述上副肢板上固定设有第五舵机、第六舵机；所述上副肢板上活动设有第一销轴和第二销轴；所述第一销轴与所述腿腹轴固定连接；所述第二销轴与所述上腿轴固定连接；所述第五舵机上固定设有第九齿轮，所述第六舵机上固定设有第十齿轮；所述第一销轴上固定设有与所述第九齿轮传动啮合的第十一齿轮；所述第二销轴上固定设有与所述第十齿轮传动啮合的第十二齿轮。

6.如权利要求5所述的一种双足步行机器人，其特征在于，所述上腿单元包括上腿板；所述上腿轴铰接于所述上腿板上并向外延伸；所述上腿轴上固定设有第十三齿轮；所述上腿板上固定设有第七舵机；所述第七舵机上固定有与所述第十三齿轮传动啮合的第十四齿轮；所述上腿板上固定有下腿轴；所述下腿轴上固定有第十五齿轮；所述下腿单元的一端铰接于所述下腿轴上。

7.如权利要求6所述的一种双足步行机器人，其特征在于，所述下腿单元包括下腿板；所述下腿板的一端活动置于所述下腿轴上；所述下腿板上固定有第八舵机；所述第八舵机上固定有与所述第十五齿轮传动啮合的第十六齿轮；所述下腿板上固定有齿轮轴，所述齿轮轴上固定有第十七齿轮；所述踝部单元活动置于所述齿轮轴上。

8.如权利要求7所述的一种双足步行机器人，其特征在于，所述踝部单元包括下副肢；所述下副肢的一端活动置于所述齿轮轴上；所述下副肢上固定设有第九舵机，所述第九舵机上固定设有与所述第十七齿轮传动啮合的第十八齿轮；所述下副肢的另一端铰接有踝部块；所述踝部块上固定设有第十舵机，所述第十舵机的输出轴与所述下副肢固定连接；所述足部单元与所述踝部块活动连接。

9.如权利要求8所述的一种双足步行机器人，其特征在于，所述足部单元包括足部块；所述足部块上固定设有第十一舵机；所述第十一舵机的输出轴与所述踝部块固定连接；所述足部块上固定设有压力座；所述压力座上活动设有压力垫；所述压力座和所述压力垫之间设有压敏电阻。

10.如权利要求9所述的一种双足步行机器人，其特征在于，所述控制单元包括姿态传感器、无线收发模块、控制器和中央处理器；所述第一舵机、第二舵机、第三舵机、第四舵机、第五舵机、第六舵机、第七舵机、第八舵机、第九舵机、第十舵机、第十一舵机、姿态传感器、无线收发模块、控制器和压敏电阻分别与所述中央处理器电性连接。

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