CN112849298B - 一种躯体滑动模式的迈步四足机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种躯体滑动模式的迈步四足机器人，属于机器人领域。它包括机器人躯体，转动装设于机器人躯体上的右前腿、左前腿、右后腿和左后腿，装设于机器人躯体上同时驱动右前腿与左后腿转动的绕线装置A，以及同时驱动左前腿与右后腿转动的绕线装置B；右前腿转动装设于可沿机器人躯体前进方向滑动的滑块A上，左后腿转动装设于可沿机器人躯体前进方向滑动的滑块B上；左前腿转动装设于固定块B上，固定块B固定装设于机器人躯体的右侧后方；左前腿转动装设于固定块A上，固定块A固定装设于机器人躯体的左侧前方。本发明是一种结构简单合理、运动稳定性高、躯体与行走足分时向前滑动，通过漫步实现快速前进的迈步四足机器人。

Description

一种躯体滑动模式的迈步四足机器人

技术领域

本发明主要涉及机器人领域，特指一种躯体滑动模式的迈步四足机器人。

背景技术

四足机器人具有较高的行走稳定性，从而得到更广泛的关注。现有的四足机器人通常都是四足分时迈步，且机器人躯体与行走足之间不存在相对平动，从而导致其前进速度太慢。因此，需要设计一种机器人躯体相对于足部可以发生相对平动的四足机器人。

发明内容

本发明需解决的技术问题是：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单合理、运动稳定性高、躯体与行走足分时向前滑动，通过漫步实现快速前进的迈步四足机器人。

为了解决上述问题，本发明提出的解决方案为：一种躯体滑动模式的迈步四足机器人，包括机器人躯体，转动装设于所述机器人躯体上的右前腿、左前腿、右后腿和左后腿，装设于所述机器人躯体上同时驱动所述右前腿和左后腿转动的绕线装置A，以及同时驱动所述左前腿和所述右后腿转动的绕线装置B。

所述右前腿转动装设于可沿所述机器人躯体前进方向滑动的滑块A上，所述左后腿转动装设于可沿所述机器人躯体前进方向滑动的滑块B上；所述右后腿转动装设于固定块B上，所述固定块B固定装设于所述机器人躯体的右侧后方；所述左前腿转动装设于固定块A上，所述固定块A固定装设于所述机器人躯体的左侧前方。

所述滑块A与所述右前腿之间装设有扭转弹簧A，所述固定块A与所述左前腿之间装设有扭转弹簧B，所述固定块B与所述右后腿之间装设有扭转弹簧C，所述滑块B与所述左后腿之间装设有扭转弹簧D。

所述右前腿、所述左前腿、所述右后腿、所述左后腿的结构完全相同，均包括折线大腿、相对于所述折线大腿滑动的滑动小腿及固定装设于所述滑动小腿下端的机械脚；所述折线大腿包括上下两段，上段为倾斜方向的直杆，下段为铅垂方向的直杆；所述折线大腿的下端设有容纳所述滑动小腿的滑槽，所述滑槽内装设有抗压弹簧，所述抗压弹簧的两端分别与所述折线大腿和所述滑动小腿相连。

所述滑块A与所述固定块B之间装设有右腿抗压弹簧，所述固定块A与所述滑块B之间装设有左腿抗拉弹簧；所述滑块A、所述固定块A、所述固定块B和所述滑块B组成矩形的四个顶点时，所述右腿抗压弹簧发生最大压缩变形，所述左腿抗拉弹簧发生最大拉伸变形。

所述机器人躯体上转动装设有绕线轮，右腿复合轮和左腿复合轮；所述滑块A上固定装设有平行于前进方向的齿条A，所述滑块B上固定装设有平行于前进方向的齿条B；所述齿条A与所述右腿复合轮啮合传动，所述齿条B与所述左腿复合轮啮合传动；滑动牵引绳A的两端分别与所述绕线轮、所述右腿复合轮相连，滑动牵引绳B的两端分别与所述绕线轮、左腿复合轮相连；电机装设于所述机器人躯体上，所述绕线轮固定装设于所述电机的输出轴上。

进一步地，所述右腿复合轮和所述左腿复合轮结构相同，均有一个齿轮和同轴装设的绕线轮组成。

进一步地，牵引绳A和牵引绳D的上端均与所述绕线装置A相连，牵引绳A和牵引绳D的下端分别与所述右前腿和所述左后腿相连；牵引绳B和牵引绳C的上端均与所述绕线装置B相连，牵引绳B和牵引绳C的下端分别与所述左前腿和所述右后腿相连。

进一步地，所述绕线装置A同时缠绕或同时释放所述牵引绳A和所述牵引绳D；所述绕线装置B同时缠绕或同时释放所述牵引绳B和牵引绳C。

进一步地，所述绕线装置A缠绕所述牵引绳A和所述牵引绳D时，所述右前腿逆时针方向转动，所述左后腿顺时针方向转动，所述扭转弹簧A和所述扭转弹簧D储存弹性势能；所述绕线装置A释放所述牵引绳A和所述牵引绳D时，所述扭转弹簧A和所述扭转弹簧D释放弹性势能，所述右前腿顺时针方向转动，所述左后腿逆时针方向转动。

进一步地，所述绕线装置B缠绕所述牵引绳B和牵引绳C时，所述左前腿逆时针方向转动，所述右后腿顺时针方向转动，所述扭转弹簧B和所述扭转弹簧C储存弹性势能；所述绕线装置B释放所述牵引绳B和牵引绳C时，所述扭转弹簧B和所述扭转弹簧C释放弹性势能，所述左前腿顺时针方向转动，所述右后腿逆时针方向转动。

进一步地，所述电机正向转动时，所述绕线轮同时缠绕所述滑动牵引绳A和滑动牵引绳B，所述右腿复合轮顺时针方向转动，所述齿条A和所述滑块A相对于所述机器人躯体向后运动，压缩所述右腿抗压弹簧；所述左腿复合轮逆时针方向转动，所述齿条B和所述滑块B相对于所述机器人躯体向后运动，拉伸所述左腿抗拉弹簧。

进一步地，所述右前腿与所述右后腿关于所述机器人躯体的中心线前后对称，所述左前腿与所述左后腿关于所述机器人躯体的中心线前后对称；所述右前腿与所述左前腿关于所述机器人躯体的中心线左右对称，所述右后腿与所述左后腿关于所述机器人躯体的中心线左右对称。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：本发明的滑动小腿与折线大腿之间设有刚度较大的抗压弹簧，这使得机器人在两足同时漫步时机器人高度基本不变，增加了行走的稳定性，同时由于抗压弹簧可以发生一定的变形，从而减小了漫步起始瞬间的摩擦力矩；左腿抗拉弹簧和右腿抗压弹簧在机器人躯体相对于地面前进过程中储存弹性势能，在右前腿和左后腿迈步过程中释放弹性势能，进而使这两条腿相对于机器人躯体实现滑动前进。由此可知，本发明是一种结构简单合理、运动稳定性高、躯体与行走足分时向前滑动，通过漫步实现快速前进的迈步四足机器人。

附图说明

图1是本发明的一种躯体滑动模式的迈步四足机器人的结构原理示意图。

图2是本发明的一种躯体滑动模式的迈步四足机器人中四足的平面位置示意图。

图中，1—机器人躯体；11—右前腿；12—左前腿；13—右后腿；14—左后腿；21—滑块A；211—齿条A；22—固定块A；23—固定块B；24—滑块B；241—齿条B；31—扭转弹簧A；32—扭转弹簧B；33—扭转弹簧C；34—扭转弹簧D；41—牵引绳A；42—牵引绳B；43—牵引绳C；44—牵引绳D；51—折线大腿；52—抗压弹簧；53—滑动小腿；54—机械脚；61—绕线装置A；62—绕线装置B；71—右腿抗压弹簧；72—左腿抗拉弹簧；81—绕线轮；82—电机；83—滑动牵引绳A；84—滑动牵引绳B；85—右腿复合轮；86—左腿复合轮。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1和图2， 本发明的一种躯体滑动模式的迈步四足机器人，它包括机器人躯体1，转动装设于机器人躯体1上的右前腿11、左前腿12、右后腿13和左后腿14，装设于机器人躯体1上同时驱动右前腿11和左后腿14转动的绕线装置A61，以及同时驱动左前腿12和右后腿13转动的绕线装置B62。

参见图1和图2，右前腿11转动装设于可沿机器人躯体1前进方向滑动的滑块A21上，左后腿14转动装设于可沿机器人躯体1前进方向滑动的滑块B24上；右后腿13转动装设于固定块B23上，固定块B23固定装设于机器人躯体1的右侧后方；左前腿12转动装设于固定块A22上，固定块A22固定装设于机器人躯体1的左侧前方。

参见图1和图2，滑块A21与右前腿11之间装设有扭转弹簧A31，固定块A22与左前腿12之间装设有扭转弹簧B32，固定块B23与右后腿13之间装设有扭转弹簧C33，滑块B24与左后腿14之间装设有扭转弹簧D34。

参见图1，右前腿11、左前腿12、右后腿13、左后腿14的结构完全相同，均包括折线大腿51、相对于折线大腿51滑动的滑动小腿53、固定装设于滑动小腿53下端的机械脚54；折线大腿51包括上下两段，上段为倾斜方向的直杆，下段为铅垂方向的直杆；折线大腿51的下端设有容纳滑动小腿53的滑槽，滑槽内装设有抗压弹簧52，抗压弹簧52的两端分别与折线大腿51和滑动小腿53相连。抗压弹簧52的刚度足够大，使得右前腿11和左后腿14在转动过程中，左前腿12和右后腿13的长度几乎不发生变化，即抗压弹簧52在机器人前进过程中，变形量几乎可以忽略；抗压弹簧52可以发生一定的变形，从而使得右前腿11和左后腿14在转动开始时能够发生变形，减小其离开地面所需要的动力。

参见图2，滑块A21与固定块B23之间装设有右腿抗压弹簧71，固定块A22与滑块B24之间装设有左腿抗拉弹簧72；滑块A21、固定块A22、固定块B23和滑块B24组成矩形的四个顶点时，右腿抗压弹簧71发生最大压缩变形，左腿抗拉弹簧72发生最大拉伸变形。

机器人躯体1上转动装设有绕线轮81、右腿复合轮85和左腿复合轮86；滑块A21上固定装设有平行于前进方向的齿条A211，滑块B24上固定装设有平行于前进方向的齿条B241；齿条A211与右腿复合轮85啮合传动，齿条B241与左腿复合轮86啮合传动；滑动牵引绳A83的两端分别与绕线轮81、右腿复合轮85相连，滑动牵引绳B84的两端分别与绕线轮81、左腿复合轮86相连；电机82装设于机器人躯体1上，绕线轮81固定装设于电机82的输出轴上。

作为优选地，右腿复合轮85和左腿复合轮86结构相同，均由一个齿轮和同轴装设的绕线轮组成。

作为优选地，牵引绳A41和牵引绳D44的上端均与绕线装置A61相连，牵引绳A41和牵引绳D44的下端分别与右前腿11和左后腿14相连；牵引绳B42和牵引绳C43的上端均与绕线装置B62相连，牵引绳B42和牵引绳C43的下端分别与左前腿12和右后腿13相连。

作为优选地，绕线装置A61同时缠绕或同时释放牵引绳A41和牵引绳D44；绕线装置B62同时缠绕或同时释放牵引绳B42和牵引绳C43。

作为优选地，绕线装置A61缠绕牵引绳A41和牵引绳D44时，右前腿11逆时针方向转动，左后腿14顺时针方向转动，扭转弹簧A31和扭转弹簧D34储存弹性势能；绕线装置A61释放牵引绳A41和牵引绳D44时，扭转弹簧A31和扭转弹簧D34释放弹性势能，右前腿11顺时针方向转动，左后腿14逆时针方向转动。

作为优选地，绕线装置B62缠绕牵引绳B42和牵引绳C43时，左前腿12逆时针方向转动，右后腿13顺时针方向转动，扭转弹簧B32和扭转弹簧C33储存弹性势能；绕线装置B62释放牵引绳B42和牵引绳C43时，扭转弹簧B32和扭转弹簧C33释放弹性势能，左前腿12顺时针方向转动，右后腿逆时针方向转动。

作为优选地，电机82正向转动时，绕线轮81同时缠绕滑动牵引绳A83和滑动牵引绳B84，右腿复合轮85顺时针方向转动，齿条A211和滑块A21相对于机器人躯体1向后运动，压缩右腿抗压弹簧71；左腿复合轮86逆时针方向转动，齿条B241和滑块B24相对于机器人躯体1向后运动，拉伸左腿抗拉弹簧72。

作为优选地，右前腿11与右后腿13关于机器人躯体1的中心线前后对称，左前腿12与左后腿14关于机器人躯体1的中心线前后对称；右前腿11与左前腿12关于机器人躯体1的中心线左右对称，右后腿13与左后腿14关于机器人躯体1的中心线左右对称。

本发明的机器人工作原理如下：初始静止状态时，右前腿11、右后腿13、左前腿12和左后腿14均接触地面，机器人躯体1处于水平状态，且滑块A21、固定块A22、滑块B24和固定块B23恰好构成矩形的四个顶点，右腿抗压弹簧71处于压缩状态，左腿抗拉弹簧72处于拉伸状态。

第一步， 电机82反向转动，与此同时绕线装置A61缠绕牵引绳A41和牵引绳D44。电机82反向转动，绕线轮81同时释放滑动牵引绳A83和滑动牵引绳B84；绕线装置A61同时缠绕牵引绳A41和牵引绳D44，进而拉动右前腿11中的折线大腿51绕滑块A21的铰接点逆时针方向转动，同时拉动左后腿14中的折线大腿51绕滑块B24的铰接点顺时针方向转动；右前腿11和左后腿14的转动，从而使得两条腿的机械脚54离开地面，由于左前腿12和右后腿13与机器人躯体1保持相对静止，且相对于地面静止，因此右腿抗压弹簧71将驱动滑块A21和装设于滑块A21上的右前腿11沿机器人前进方向相对于机器人躯体1向前滑动，直至右腿抗压弹簧71的压缩变形量为零；与此同时，左腿抗拉弹簧72将驱动滑块B24和装设于滑块B24上的左后腿14沿机器人前进方向相对于机器人躯体1向前滑动，直至左腿抗拉弹簧72的拉伸变形量为零；右前腿11和左后腿14转动过程中，扭转弹簧A31和扭转弹簧D34将储存大量的扭转弹性势能；滑动牵引绳A83和滑动牵引绳B84处于释放过程中，从而使得滑块A21和滑块B24相对于静止在地面上的机器人躯体1向前滑动时，右腿复合轮85和左腿复合轮86自由转动，从而降低右腿抗压弹簧71和左腿抗拉弹簧72的能量损耗。

第二步，绕线装置A61开始释放牵引绳A41和牵引绳D44，右前腿11和左后腿14 在扭转弹簧A31和扭转弹簧D34的作用下开始反向转动，直至两条腿中的滑动小腿53沿铅垂方向，即两条腿中的机械脚54再次接触地面。此时，滑块A21、固定块A22、滑块B24和固定块B23恰好构成普通梯形的四个顶点，右腿抗压弹簧71和左腿抗拉弹簧72处于零变形状态。

第三步，绕线装置62开始缠绕牵引绳B42和牵引绳C43，进而拉动左前腿12中的折线大腿51绕固定块A22的铰接点逆时针方向转动，同时拉动右后腿13中的折线大腿51绕固定块B23的铰接点顺时针方向转动；左前腿12和右后腿13的转动，使得两条腿的机械脚54离开地面，此过程中，扭转弹簧B32和扭转弹簧C33将储存大量的扭转弹性势能。

绕线装置62缠绕牵引绳B42和牵引绳C43的过程中，即左前腿12和右后腿13的转动过程中，电机82同时正向转动，使得绕线轮81缠绕滑动牵引绳A83和滑动牵引绳B84，右腿复合轮85顺时针方向转动，由于左前腿12和右后腿13已经离开了地面，右前腿11和左后腿14接触地面，从而使得机器人躯体1和装设于机器人躯体1上的左前腿12和右后腿13一起相对于齿条A211沿机器人前进方向向前滑动，进而使得固定块A23与滑块A21之间的距离减小，即齿条A211和滑块A21相对于地面静止，机器人躯体1相对于静止的地面向前滑动，压缩右腿抗压弹簧71；机器人躯体1相对于静止的地面向前滑动时，由于齿条B241和滑块B24相对于地面静止，因此固定块A22与滑块B24之间的距离增加，左腿抗拉弹簧72受拉伸长。

第四步，绕线装置62开始释放牵引绳B42和牵引绳C43，左前腿12和右后腿13在扭转弹簧B32和扭转弹簧C33的作用下开始反向转动，直至两条腿中的滑动小腿53沿铅垂方向，即两条腿中的机械脚54再次接触地面。此时，滑块A21、固定块A22、滑块B24和固定块B23恰好构成矩形的四个顶点，右腿抗压弹簧71处于压缩状态，左腿抗拉弹簧72处于拉伸状态，机器人回到初始状态。重复第一步到第四步，从而实现机器人的漫步快速前进。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应该属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种躯体滑动模式的迈步四足机器人，包括机器人躯体（1），转动装设于所述机器人躯体（1）上的右前腿（11）、左前腿（12）、右后腿（13）和左后腿（14），装设于所述机器人躯体（1）上同时驱动所述右前腿（11）和左后腿（14）转动的绕线装置A（61），以及同时驱动所述左前腿（12）和所述右后腿（13）转动的绕线装置B（62）；其特征在于：

所述右前腿（11）转动装设于可沿所述机器人躯体（1）前进方向滑动的滑块A（21）上，所述左后腿（14）转动装设于可沿所述机器人躯体（1）前进方向滑动的滑块B（24）上；所述右后腿（13）转动装设于固定块B（23）上，所述固定块B（23）固定装设于所述机器人躯体（1）的右侧后方；所述左前腿（12）转动装设于固定块A（22）上，所述固定块A（22）固定装设于所述机器人躯体（1）的左侧前方；

所述滑块A（21）与所述右前腿（11）之间装设有扭转弹簧A（31），所述固定块A（22）与所述左前腿（12）之间装设有扭转弹簧B（32），所述固定块B（23）与所述右后腿（13）之间装设有扭转弹簧C（33），所述滑块B（24）与所述左后腿（14）之间装设有扭转弹簧D（34）；

所述右前腿（11）、所述左前腿（12）、所述右后腿（13）、所述左后腿（14）的结构完全相同，均包括折线大腿（51）、相对于所述折线大腿（51）滑动的滑动小腿（53）及固定装设于所述滑动小腿（53）下端的机械脚（54）；所述折线大腿（51）包括上下两段，上段为倾斜方向的直杆，下段为铅垂方向的直杆；所述折线大腿（51）的下端设有容纳所述滑动小腿（53）的滑槽，所述滑槽内装设有抗压弹簧（52），所述抗压弹簧（52）的两端分别与所述折线大腿（51）和所述滑动小腿（53）相连；

所述滑块A（21）与所述固定块B（23）之间装设有右腿抗压弹簧（71），所述固定块A（22）与所述滑块B（24）之间装设有左腿抗拉弹簧（72）；所述滑块A（21）、所述固定块A（22）、所述固定块B（23）和所述滑块B（24）组成矩形的四个顶点时，所述右腿抗压弹簧（71）发生最大压缩变形，所述左腿抗拉弹簧（72）发生最大拉伸变形；

所述机器人躯体（1）上转动装设有绕线轮（81），右腿复合轮（85）和左腿复合轮（86）；所述滑块A（21）上固定装设有平行于前进方向的齿条A（211），所述滑块B（24）上固定装设有平行于前进方向的齿条B（241）；所述齿条A（211）与所述右腿复合轮（85）啮合传动，所述齿条B（241）与所述左腿复合轮（86）啮合传动；滑动牵引绳A（83）的两端分别与所述绕线轮（81）、所述右腿复合轮（85）相连，滑动牵引绳B（84）的两端分别与所述绕线轮（81）、左腿复合轮（86）相连；电机（82）装设于所述机器人躯体（1）上，所述绕线轮（81）固定装设于所述电机（82）的输出轴上。

2.根据权利要求1所述的一种躯体滑动模式的迈步四足机器人，其特征在于：所述右腿复合轮（85）和所述左腿复合轮（86）结构相同，均有一个齿轮和同轴装设的绕线轮组成。

3.根据权利要求1所述的一种躯体滑动模式的迈步四足机器人，其特征在于：牵引绳A（41）和牵引绳D（44）的上端均与所述绕线装置A（61）相连，牵引绳A（41）和牵引绳D（44）的下端分别与所述右前腿（11）和所述左后腿（14）相连；牵引绳B（42）和牵引绳C（43）的上端均与所述绕线装置B（62）相连，牵引绳B（42）和牵引绳C（43）的下端分别与所述左前腿（12）和所述右后腿（13）相连。

4.根据权利要求3所述的一种躯体滑动模式的迈步四足机器人，其特征在于：所述绕线装置A（61）同时缠绕或同时释放所述牵引绳A（41）和所述牵引绳D（44）；所述绕线装置B（62）同时缠绕或同时释放所述牵引绳B（42）和牵引绳C（43）。

5.根据权利要求4所述的一种躯体滑动模式的迈步四足机器人，其特征在于：所述绕线装置A（61）缠绕所述牵引绳A（41）和所述牵引绳D（44）时，所述右前腿（11）逆时针方向转动，所述左后腿（14）顺时针方向转动，所述扭转弹簧A（31）和所述扭转弹簧D（34）储存弹性势能；所述绕线装置A（61）释放所述牵引绳A（41）和所述牵引绳D（44）时，所述扭转弹簧A（31）和所述扭转弹簧D（34）释放弹性势能，所述右前腿（11）顺时针方向转动，所述左后腿逆时针方向转动。

6.根据权利要求4所述的一种躯体滑动模式的迈步四足机器人，其特征在于：所述绕线装置B（62）缠绕所述牵引绳B（42）和牵引绳C（43）时，所述左前腿（12）逆时针方向转动，所述右后腿（13）顺时针方向转动，所述扭转弹簧B（32）和所述扭转弹簧C（33）储存弹性势能；所述绕线装置B（62）释放所述牵引绳B（42）和牵引绳C（43）时，所述扭转弹簧B（32）和所述扭转弹簧C（33）释放弹性势能，所述左前腿（12）顺时针方向转动，所述右后腿（13）逆时针方向转动。

7.根据权利要求1所述的一种躯体滑动模式的迈步四足机器人，其特征在于：所述电机（82）正向转动时，所述绕线轮（81）同时缠绕所述滑动牵引绳A（83）和滑动牵引绳B（84），所述右腿复合轮（85）顺时针方向转动，所述齿条A（211）和所述滑块A（21）相对于所述机器人躯体（1）向后运动，压缩所述右腿抗压弹簧（71）；所述左腿复合轮（86）逆时针方向转动，所述齿条B（241）和所述滑块B（24）相对于所述机器人躯体（1）向后运动，拉伸所述左腿抗拉弹簧（72）。

8.根据权利要求1所述的一种躯体滑动模式的迈步四足机器人，其特征在于：所述右前腿（11）与所述右后腿（13）关于所述机器人躯体（1）的中心线前后对称，所述左前腿（12）与所述左后腿（14）关于所述机器人躯体（1）的中心线前后对称；所述右前腿（11）与所述左前腿（12）关于所述机器人躯体（1）的中心线左右对称，所述右后腿（13）与所述左后腿（14）关于所述机器人躯体（1）的中心线左右对称。

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