CN113147952A - 一种五足式智能行走机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种五足式智能行走机器人，机器人包括支撑系统、行走系统、供电系统、控制系统、感知系统、显示系统。提供一种低能耗、高承载、安全经济的机器人，解决货物、人的移动及上下楼问题。机器人采用五条腿行走，用伸缩式腿部结构代替现在流行的关节转动式腿部结构，更好的挖掘机械结构的潜力，简化控制系统，提高行走机器人的平衡能力和承载能力，降低能耗。
Description
技术领域
本发明涉及腿足式行走机器人技术领域，特别是一种五足式智能行走机器人。
背景技术
随着科学技术的发展，移动机器人的研究与应用有了长足的进步，智能移动机器人带有多种传感器，能够将多种传感器得到的信息进行融合，有效的适应变化的环境，应用于各种场景。
移动机器人行走方式有轮式行走、履带式行走，腿式行走、复合式行走等，腿式行走相对于轮式、履带式行走方式能更好的适应各种地形。
目前腿式智能移动机器人有双足和多足之分，多足机器人尤以四足和六足机器人研究较多。
双足机器人和多足机器人在控制系统、平衡能力、承载能力、感知能力、能耗等方面仍有许多关键技术需要研究，应用场景受到一定限制。
随着社会的发展，许多场景需要机器人来完成一些特定的任务，比如一些缺少无障碍设施的场所，移动机器人可以辅助老人及行动不便者上下楼梯、运送货物等。
针对双足及四足机器人技术上所存在的高能耗、低承载等问题，设计一种低能耗、高承载、安全稳定的机器人，成为亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术不足，更好的挖掘机械结构的潜力，机器人采用五条腿行走，用伸缩式腿部结构代替现在流行的关节转动式腿部结构，简化控制系统，提高行走机器人的平衡能力和承载能力，降低能耗，提供一种安全、廉价的移动机器人，解决货物、人的移动及上下楼问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种五足智能行走机器人，包括支撑系统(1)、行走系统(2)、供电系统(3)、控制系统(4)、感知系统(5)、显示系统(6)。
所述支撑系统(1)包括承重板(11)、可伸缩腿足(12)。所述承重板(11)为一块金属或复合材料矩形板，水平放置于可伸缩腿足(12)上，通过导轨(21)与五条腿端部连接；所述可伸缩腿足(12)为电动推杆或液压推杆，上端通过导轨(21)与承重板(11)连接，下端支撑于地上，根据控制系统(4)的控制指令进行移动或伸缩。五条腿(121、122、123、124、125)上部支撑点形成一个水平面，确保支撑平衡稳定。
所述行走系统(2)包括导轨(21)、滑块(22)、齿轮(23)、齿条(24)、电机(25)、螺纹丝杆(26)、转轴(27)。所述导轨(21)安装于承重板(11)下部；所述滑块(22)与螺纹丝杆(26)、可伸缩腿足(12)连接，置于导轨(21)上，随可伸缩腿足在导轨上移动；所述齿轮(23)安装于中间腿足(123)上端，所述齿条(24)安装于承重板(11)下，工作时移动电机(251)带动齿轮(23)旋转，齿轮(23)带动齿条(24)和承重板(11)移动；所述电机(25)包括移动电机(251)、旋转电机(252)、小轮牵引电机(253)，移动电机(251)与齿轮(23)相连，旋转电机(252)与转轴(27)相连，丝杆电机(253)与螺纹丝杆(26)相连，为螺纹丝杆(26)提供动力；所述螺纹丝杆(26)，与丝杆电机(253)、滑块(22)、可伸缩腿足(12)相连，带动滑块(22)和可伸缩腿足(12)在导轨(21)上移动；所述转轴(27)安装于中间腿足(123)上部，与导轨(21)连接，在旋转电机(252)作用下带动机器人转向。
所述供电系统(3)包括动力电池(31)、开关(32)，所述动力电池(31)安装在承重板(11)上，通过开关(32)控制，为支撑系统(1)、行走系统(2)、控制系统(4)、感知系统(5)及显示系统(6)提供能源。
所述控制系统(4)包括控制器(41)、操纵装置(42)，所述控制器(41)为集成电路板，由软件控制，根据感知系统(5)传输数据，通过操纵装置(42)控制机器人移动。
所述感知系统(5)包括摄像装置(51)、测距装置(52)、压力传感器(53)，所述摄像装置(51)安装于承重板(11)下，与显示屏(6)连接，实时将可伸缩腿足(12)的位置和状态显示在显示屏(6)上；方便使用者观察可伸缩腿足(12)的状态；所述测距装置(52)安装于承重板(11)前端，实时测量承重板(11)到地面及障碍物的距离，传输数据给控制系统(4)，以控制可伸缩腿足(12)伸缩、移动以及承重板(11)的移动；所述压力传感器(53)安装于可伸缩腿足(12)上，感知机器人和承重板(11)上重物的重心位置，将数据传输给控制系统(4)，以调整可伸缩腿足(12)的支撑位置及高度，确保机器人平衡。
所述显示系统(6)包括显示屏(6)，所述显示屏(6)显示可伸缩腿足(12)的位置及状态图像、电量、机器人移动速度、其他器件的工作状态。
与现有技术相比，本发明所具有的优势为：更好的挖掘机械结构的潜力，机器人采用五条腿行走，行走时至少有3条腿支撑于地面，提高了承载能力和稳定性，移动方式分解为伸缩运动、平移运动和旋转运动，简化了控制系统，降低了能耗。
附图说明
图1为本发明正视。
图2为图1平面图。
图3为图1侧视图。
图中1为支撑系统；11为承重板；12为可伸缩腿足；121为1号腿足、122为2号腿足、123为3号腿足、124为4号腿足、125为5号腿足；2为行走系统；21为导轨；22为滑块；23为齿轮；24为齿条；25为电机，251为移动电机、252为旋转电机、253为小轮牵引电机；26为螺纹丝杆；27为转轴；3为供电系统；31为动力电池；32为开关；4为控制系统；41为控制器；42为操纵装置；5为感知系统；51为摄像装置；52为测距装置；53为压力传感器；6为显示系统。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式做出详细的描述。
如图1、图2所示，在平地上行走时，五条可伸缩腿足(12)支撑在地上，可伸缩腿足(121、122)位于后端，可伸缩腿足(123)位于中间，可伸缩腿足(124、125)位于前端，承重板(11)通过移动电机(251)带动齿轮(23)、齿条(24)向前移动，重心落在可伸缩腿足123、124和125支撑点组成的三角形内，可伸缩腿足(121和122)收缩，然后沿导轨(21)向前移动到承重板(11)前端，然后伸长支撑在地上；五足全部支撑好后，承重板(11)再前移，后端可伸缩腿足(123)收缩前移、支撑，承重板(11)再前移，后端可伸缩腿足(124和125)收缩、前移、支撑，循环往复，实现机器人向前移动；当需要转向时，可伸缩腿足(123)移动到承重板(11)中心附近，将机器人和重物的重心调整到可伸缩腿足(123)上，保持平衡，其他可伸缩腿足(121、122、124、125)收缩离地，然后在控制系统(4)控制下，旋转电机(252)带动承载板(11)旋转，完成机器人转向。
上台阶时，可伸缩腿足(12)支撑于台阶前，然后五条腿足(12)同时顶升，顶升高度根据台阶高度确定，顶升完成后，承重板(11)前移，前移过程中通过控制系统(4)和感知系统(5)确保承重板(11)水平，同时重心落在支撑点组成的平面内，后端腿足(12)收缩抬起，移动到承重板(11)前端，登上台阶，支撑稳定后，可伸缩腿足(12)再同时顶升，然后进行入下一个循环，顶升、承重板(11)向前移动、后端腿足(12)前移，循环往复，实现机器人上楼梯。
下台阶时，可伸缩腿足(12)支撑于台阶上，承重板(11)前移，前移过程中通过控制系统(4)和感知系统(5)确保承重板(11)水平，同时重心落在支撑点组成的平面内，后端腿足(12)收缩抬起，移动到承重板(11)前端，然后伸长，登上台阶，支撑稳定后，可伸缩腿足(12)再同时收缩下降，然后进行入下一个循环，承重板(11)向前移动、后端腿足(12)前移，腿足(12)收缩下降，循环往复，实现机器人下楼梯。
机器人跨越沟坎采用类似上下楼梯移动方式，通过感知系统测量地面高差，然后调整可伸缩腿足长度，实现平稳行走。
以上所述仅为本发明的较佳实例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种五足式智能行走机器人，其特征在于，包括支撑系统(1)、行走系统(2)、供电系统(3)、控制系统(4)、感知系统(5)、显示系统(6)。
2.根据权利要求1所述的一种五足式智能行走机器人，其特征在于，所述机器人采用五条腿行走，行走时至少有3条腿支撑于地面，移动方式分解为伸缩运动、平移运动和旋转运动，简化了控制系统，降低了能耗。
3.根据权利要求1所述的一种五足式智能行走机器人，其特征在于，所述支撑系统(1)包括承重板(11)、可伸缩腿足(12)。所述承重板(11)为一块金属或复合材料矩形板，水平放置于可伸缩腿足(12)上，通过导轨(21)与五条腿端部连接；所述可伸缩腿足(12)为电动推杆或液压推杆，上端通过导轨(21)与承重板(11)连接，下端支撑于地上，根据控制系统(4)的控制指令进行移动或伸缩。五条腿(121、122、123、124、125)上部支撑点形成一个水平面，确保支撑平衡稳定。
4.根据权利要求1所述的一种五足式智能行走机器人，其特征在于，所述行走系统(2)包括导轨(21)、滑块(22)、齿轮(23)、齿条(24)、电机(25)、螺纹丝杆(26)、转轴(27)。所述导轨(21)安装于承重板(11)下部；所述滑块(22)与螺纹丝杆(26)、可伸缩腿足(12)连接，置于导轨(21)上，随可伸缩腿足在导轨上移动；所述齿轮(23)安装于中间腿足(123)上端，所述齿条(24)安装于承重板(11)下，工作时移动电机(251)带动齿轮(23)旋转，齿轮(23)带动齿条(24)和承重板(11)移动；所述电机(25)包括移动电机(251)、旋转电机(252)、小轮牵引电机(253)，移动电机(251)与齿轮(23)相连，旋转电机(252)与转轴(27)相连，丝杆电机(253)与螺纹丝杆(26)相连，为螺纹丝杆(26)提供动力；所述螺纹丝杆(26)，与丝杆电机(253)、滑块(22)、可伸缩腿足(12)相连，带动滑块(22)和可伸缩腿足(12)在导轨(21)上移动；所述转轴(27)安装于中间腿足(123)上部，与导轨(21)连接，在旋转电机(252)作用下带动机器人转向。
5.根据权利要求1所述的一种五足式智能行走机器人，其特征在于，所述供电系统(3)包括动力电池(31)、开关(32)，所述动力电池(31)安装在承重板(11)上，通过开关(32)控制，为支撑系统(1)、行走系统(2)、控制系统(4)、感知系统(5)及显示系统(6)提供能源。
6.根据权利要求1所述的一种五足式智能行走机器人，其特征在于，所述控制系统(4)包括控制器(41)、操纵装置(42)，所述控制器(41)为集成电路板，由软件控制，根据感知系统(5)传输数据，通过操纵装置(42)控制机器人移动。
7.根据权利要求1所述的一种五足式智能行走机器人，其特征在于，所述感知系统(5)包括摄像装置(51)、测距装置(52)、压力传感器(53)，所述摄像装置(51)安装于承重板(11)下，与显示屏(6)连接，实时将可伸缩腿足(12)的位置和状态显示在显示屏(6)上；方便使用者观察可伸缩腿足(12)的状态；所述测距装置(52)安装于承重板(11)前端，实时测量承重板(11)到地面及障碍物的距离，传输数据给控制系统(4)，以控制可伸缩腿足(12)伸缩、移动以及承重板(11)的移动；所述压力传感器(53)安装于可伸缩腿足(12)上，感知机器人和承重板(11)上重物的重心位置，将数据传输给控制系统(4)，以调整可伸缩腿足(12)的支撑位置及高度，确保机器人平衡。
8.根据权利要求1所述的一种五足式智能行走机器人，其特征在于，包括以下步骤：五条可伸缩腿足(12)支撑在地上，可伸缩腿足(121、122)位于后端，可伸缩腿足(123)位于中间，可伸缩腿足(124、125)位于前端，承重板(11)通过移动电机(251)带动齿轮(23)、齿条(24)向前移动，重心落在可伸缩腿足123、124和125支撑点组成的三角形内，可伸缩腿足(121和122)收缩，然后沿导轨(21)向前移动到承重板(11)前端，然后伸长支撑在地上；五足全部支撑好后，承重板(11)再前移，后端可伸缩腿足(123)收缩前移、支撑，承重板(11)再前移，后端可伸缩腿足(124和125)收缩、前移、支撑，循环往复，实现机器人向前移动；当需要转向时，可伸缩腿足(123)移动到承重板(11)中心附近，将机器人和重物的重心调整到可伸缩腿足(123)上，保持平衡，其他可伸缩腿足(121、122、124、125)收缩离地，然后在控制系统(4)控制下，旋转电机(252)带动承载板(11)旋转，完成机器人转向。
9.根据权利要求1所述的一种五足式智能行走机器人，其特征在于，上台阶时，可伸缩腿足(12)支撑于台阶前，然后五条腿足(12)同时顶升，顶升高度根据台阶高度确定，顶升完成后，承重板(11)前移，前移过程中通过控制系统(4)和感知系统(5)确保承重板(11)水平，同时重心落在支撑点组成的平面内，后端腿足(12)收缩抬起，移动到承重板(11)前端，登上台阶，支撑稳定后，可伸缩腿足(12)再同时顶升，然后进行入下一个循环，顶升、承重板(11)向前移动、后端腿足(12)前移，循环往复，实现机器人上楼梯。
10.根据权利要求1所述的一种五足式智能行走机器人，其特征在于，下台阶时，可伸缩腿足(12)支撑于台阶上，承重板(11)前移，前移过程中通过控制系统(4)和感知系统(5)确保承重板(11)水平，同时重心落在支撑点组成的平面内，后端腿足(12)收缩抬起，移动到承重板(11)前端，然后伸长，登上台阶，支撑稳定后，可伸缩腿足(12)再同时收缩下降，然后进行入下一个循环，承重板(11)向前移动、后端腿足(12)前移，腿足(12)收缩下降，循环往复，实现机器人下楼梯。
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| CN202110606870.3A CN113147952A (zh) | 2021-06-01 | 2021-06-01 | 一种五足式智能行走机器人 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN117173853A (zh) * | 2023-11-02 | 2023-12-05 | 山东新顺达信息科技有限公司 | 一种巡检烟雾报警装置 |
-
2021
- 2021-06-01 CN CN202110606870.3A patent/CN113147952A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN117173853A (zh) * | 2023-11-02 | 2023-12-05 | 山东新顺达信息科技有限公司 | 一种巡检烟雾报警装置 |
| CN117173853B (zh) * | 2023-11-02 | 2024-02-23 | 山东新顺达信息科技有限公司 | 一种巡检烟雾报警装置 |
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