CN113291387A - 一种具有躯干关节的四足机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有躯干关节的四足机器人，四足机器人包括柔性躯干和机械腿，机械腿设置为四个，柔性躯干包括髋部组件和腰部组件，髋部组件设置为两个，髋部组件上设置有两个机械腿，腰部组件的两端分别铰接设置有髋部组件，腰部组件包括两个腰部舱体组件，两个腰部舱体组件之间铰接，腰部舱体组件与髋部组件铰接，腰部舱体组件与髋部组件相对转动的轴线方向、两个腰部舱体组件之间相对转动的轴线方向相互垂直。将机械腿安装在髋部组件上，髋部组件与腰部舱体组件铰接安装，两个腰部舱体组件之间铰接安装，以使柔性躯干具有三个自由度，可提高灵活性，提高应对复杂情况的能力。本发明可广泛应用于机器人技术领域。

Description

一种具有躯干关节的四足机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种具有躯干关节的四足机器人。

背景技术

近年来机器人技术有了很大的发展，尤其是足式机器人，相比于轮式、履带式移动机器人，足式机器人具有显著的灵活性、越障能力以及环境适应能力。足式机器人有两足式、四足式、六足式、八足式等，其中四足机器人结构简，灵活性、承载能力和稳定性都很好，在抢险救灾、探险勘测、娱乐及军事等多方面有很好的应用前景。

目前，国内外四足机器人研究平台有很多，市场上也开始出现的四足机器人产品，但是现有的四足机器人动作笨拙，功能较少，工作范围局限，难以普及应用。其中一个重要原因是大部分四足机器人的躯干灵活性差、应对复杂情况能力有限以及执行任务的效率比较低。

发明内容

为解决上述技术问题中的至少之一，本发明提供一种具有躯干关节的四足机器人，提高机器人动作的灵活性，所采用的技术方案如下：

本发明所提供的具有躯干关节的四足机器人包括柔性躯干和机械腿，所述机械腿设置为四个，所述柔性躯干包括髋部组件和腰部组件，所述髋部组件设置为两个，所述髋部组件上设置有两个所述机械腿，所述腰部组件的两端分别铰接设置有所述髋部组件，所述腰部组件包括两个腰部舱体组件，两个所述腰部舱体组件之间铰接，所述腰部舱体组件与所述髋部组件铰接，所述腰部舱体组件与所述髋部组件相对转动的轴线方向、两个所述腰部舱体组件之间相对转动的轴线方向相互垂直。

本发明的某些实施例中，所述柔性躯干包括第四铰接组件，所述髋部组件通过所述第四铰接组件与所述腰部舱体组件连接，所述第四铰接组件包括第四电机和两个第四连接件，所述第四电机设置在所述髋部组件上，两个所述第四连接件分别设置在所述腰部舱体组件上，其中一个所述第四连接件与所述第四电机的输出端安装，另一个所述第四连接件与所述髋部组件连接。

本发明的某些实施例中，所述髋部组件包括第四连接板，所述第四连接板用于与所述第四连接件配置安装，所述第四连接板设置有用于转动限位的扇形区域，所述第四连接件设置有第四止动部，所述髋部组件与所述腰部舱体组件之间发生相对转动时，所述第四止动部在所述扇形区域中摆动。

本发明的某些实施例中，所述柔性躯干包括第五铰接组件，两个所述腰部舱体组件之间通过所述第五铰接组件连接，所述第五铰接组件包括第五电机和两个第五连接件，两个所述第五连接件分别与两个所述腰部舱体组件安装，所述第五电机安装在其中一个所述第五连接件上，另一个所述第五连接件与所述第五电机的输出端安装。

本发明的某些实施例中，其中一个所述第五连接件设置有转动限位区域，另一个所述第五连接件设置有第五止动部，两个所述腰部舱体组件之间发生相对转动时，所述第五止动部在所述转动限位区域中摆动。

本发明的某些实施例中，所述机械腿包括第一电机，所述机械腿通过所述第一电机可转动地安装在所述髋部组件上。

本发明的某些实施例中，所述机械腿包括第二电机、大腿部件、小腿部件和足端部件，所述第二电机安装在所述第一电机的输出端，所述大腿部件安装在所述第二电机的输出端，所述小腿部件可转动地与所述大腿部件连接。

本发明的某些实施例中，所述机械腿包括第三电机、驱动轮和从动轮，所述第三电机安装在所述大腿部件上，所述驱动轮安装在所述第三电机的输出端，所述第三电机通过所述驱动轮带动所述从动轮，所述从动轮用于带动所述小腿部件转动。

本发明的某些实施例中，所述驱动轮通过同步带与所述从动轮传动。

本发明的某些实施例中，所述足端部件表面设置有软垫部件。

本发明的实施例至少具有以下有益效果：四足机器人中将机械腿安装在髋部组件上，髋部组件与腰部舱体组件铰接安装，两个腰部舱体组件之间铰接安装，以使柔性躯干具有三个自由度，可提高灵活性，提高应对复杂情况的能力。本发明可广泛应用于机器人技术领域。

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为四足机器人的结构图；

图2为柔性躯干的结构图；

图3为髋部组件的结构图；

图4为髋部组件的结构图；

图5为腰部组件的结构图；

图6为第五铰接组件的结构图；

图7为其中一个腰部舱体组件的结构图；

图8为另一个腰部舱体组件的结构图；

图9为机械腿的结构图。

具体实施方式

下面结合图1至图9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，若出现术语“中心”、“中部”、“纵向”、“横向”、“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。限定有“第一”、“第二”的特征是用于区分特征名称，而非具有特殊含义，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。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。

本发明涉及一种具有躯干关节的四足机器人，四足机器人包括柔性躯干2000，柔性躯干2000包括髋部组件2100和腰部组件，髋部组件2100设置为两个，具体地，腰部组件的两端分别铰接设置有髋部组件2100，髋部组件2100用于安装机械腿1000，腰部组件包括两个腰部舱体组件2201，两个腰部舱体组件2201之间铰接，构成侧摆关节，腰部舱体组件2201与髋部组件2100铰接，构成俯仰关节。进一步地，腰部舱体组件2201与髋部组件2100相对转动的轴线方向、两个腰部舱体组件2201之间相对转动的轴线方向相互垂直，柔性躯干2000具有三个自由度，其中两个上下弯曲俯仰自由度和一个左右弯曲侧摆自由度。

结合附图，四足机器人包括机械腿1000，机械腿1000设置为四个，具体地，每个髋部组件2100上设置有两个机械腿1000，四个机械腿1000在柔性躯干2000上对称设置，两个在前、两个在后，四足机器人结构简洁紧凑，布局合理，稳定性好，不易发生动作上的干涉，易于标准化生产。实际应用中，可以根据实际操作选择柔性躯干2000两端中的任一端作为四足机器人的前端，运动过程中也可切换前后端，可以选择柔性躯干2000上下两侧的任一侧作为四足机器人的顶部，也能在运动过程中通过机械腿1000翻转实现柔性躯干2000顶部和底部的切换。

可以理解的是，将柔性躯干2000应用于机器人中，以使机器人的躯干关节具有柔性。相比于刚性躯干，柔性躯干2000能够实现更多姿态，执行动作更加灵活，能够完成更多复杂的任务；在通过狭窄、不规则的空间时，柔性躯干2000能够随地形调整，有利于顺利通过；在进行攀爬时，能够通过柔性躯干2000的弯曲调整机器人重心，使机器人攀爬稳定性提高，还能够克服一些坡度较大的楼梯或斜坡；在柔性躯干2000受到外力冲击时，柔性躯干2000能够起到一定的缓冲作用，保护机器人内部元件，另外，在正常行走或做复杂动作时，柔性躯干2000也能起到减震的作用。

进一步地，机械腿1000可转动地安装在髋部组件2100上，具体地，机械腿1000包括第一电机1001，机械腿1000通过第一电机1001可转动地安装在髋部组件2100上。第一电机1001的壳体安装在髋部组件2100上，第一电机1001的输出端用于带动机械腿1000转动。可以理解的是，为实现机械腿1000翻转以使柔性躯干2000顶部和底部切换，第一电机1001应安装在髋部组件2100的端部或左右侧面。

结合附图，机械腿1000包括第二电机1002和大腿部件1003，第二电机1002安装在第一电机1001的输出端，大腿部件1003安装在第二电机1002的输出端，第二电机1002带动大腿部件1003摆动。进一步地，第二电机1002输出端的旋转轴线和第一电机1001输出端的旋转轴线相互垂直。

机械腿1000包括小腿部件1004，小腿部件1004可转动地与大腿部件1003连接。结合附图，机械腿1000包括第三电机1006、驱动轮和从动轮1007，第三电机1006安装在大腿部件1003上，驱动轮安装在第三电机1006的输出端，第三电机1006通过驱动轮带动从动轮1007，从动轮1007用于带动小腿部件1004转动。具体地，从动轮1007可转动地安装在大腿部件1003，小腿部件1004安装在从动轮1007所在的转轴上或者小腿部件1004与从动轮1007固接。

结合附图，第三电机1006设置在大腿部件1003的一端，从动轮1007设置在第三电机1006的另一端，驱动轮通过同步带与从动轮1007传动。当然，作为替换方案，驱动轮和从动轮1007之间的传动还可设计为齿轮啮合传动、链传动、带传动、齿轮齿条啮合传动等方式。一些示例中，第三电机1006也可设置在大腿部件1003的中部。

机械腿1000包括足端部件1005，足端部件1005设置在小腿部件1004上，进一步地，足端部件1005表面设置有软垫部件。具体地，足端设置有弧形端面，用于接触地面，软垫部件覆盖弧形端面，起到减震、增大摩擦的作用，软垫部件设置为橡胶软垫。

可以理解的是，每个机械腿1000具有三个自由度，大腿部件1003相对于柔性躯干2000具有两个旋转方向的自由度，小腿部件1004相对于大腿部件1003具有一个旋转方向的自由度。四足机器人借助具有三自由度的柔性躯干2000和四个具有三自由度的机械腿1000进行运动，借助四条机械腿1000的摆动实现在地面的全向行走，而且具有一定的复杂地形的通过性。柔性躯干2000使四足机器人具有更好的运动灵活性和适应性，能够完成复杂任务和提高完成效率。

柔性躯干2000包括第五铰接组件，具体地，两个腰部舱体组件2201之间通过第五铰接组件连接。结合附图，第五铰接组件包括第五电机2202和两个第五连接件2203，两个第五连接件2203分别与两个腰部舱体组件2201安装，第五电机2202安装在其中一个第五连接件2203上，另一个第五连接件2203与第五电机2202的输出端安装，第五电机2202带动两个第五连接件2203发生相对转动，以使两个腰部舱体组件2201发生相对转动。具体地，第五连接件2203设置为安装板，以使腰部舱体组件2201稳固地安装在第五连接件2203上，保证两个腰部舱体组件2201稳定地相对转动。

进一步地，其中一个第五连接件2203设置有转动限位区域，转动限位区域设置为第五连接件2203上的凹陷结构，另一个第五连接件2203设置有第五止动部2204，第五止动部2204设置为第五连接件2203上的延伸端，两个腰部舱体组件2201之间发生相对转动时，第五止动部2204在转动限位区域中摆动。可以理解的是，转动限位区域的侧边用于抵住摆动的第五止动部2204，以限制两个腰部舱体组件2201相对转动的幅度。

具体地，其中一个第五连接件2203向同一方向设置有两个第五伸出端，两个第五伸出端之间的区域构成转动限位区域，第五电机2202的壳体与两个第五伸出端安装，第五止动部2204位于两个第五伸出端之间，且第五止动部2204安装在第五电机2202的输出端，因此，第五电机2202在工作时，第五伸出端的端部用于抵住第五止动部2204，两个第五伸出端的端部限定两个腰部舱体组件2201的转动幅度。

柔性躯干2000包括牵引铰链组件，牵引铰链组件安装在两个腰部舱体组件2201之间，牵引铰链组件对两个腰部舱体组件2201之间的铰接起到加固和约束的作用。结合附图，牵引铰链组件包括第五安装轴和两个牵引铰链部件2208，两个牵引铰链部件2208分别与两个腰部舱体组件2201安装，两个牵引铰链部件2208分别可转动地安装在第五安装轴上，第五安装轴与第五电机2202的输出端安装。

结合附图，腰部舱体组件2201包括舱体部件，舱体部件与第五连接件2203安装，舱体部件包括铰链座，牵引铰链部件2208设置在铰链座上。

柔性躯干2000包括第四铰接组件，具体地，髋部组件2100通过第四铰接组件与腰部舱体组件2201连接。结合附图，第四铰接组件包括第四电机2101和两个第四连接件2102，第四电机2101设置在髋部组件2100上，两个第四连接件2102分别设置在腰部舱体组件2201上，具体地，两个第四连接件2102分别设置在舱体部件相对的两侧，髋部组件2100包括两个向同一方向设置的第四连接臂，两个第四连接臂之间的区域用于安装舱体部件。

其中一个第四连接件2102与第四电机2101的输出端安装，第四连接件2102通过螺钉或螺栓与第四电机2101的输出端紧固连接，作为髋部组件2100和腰部舱体组件2201转动的动力输入端。另一个第四连接件2102与髋部组件2100连接，作为髋部组件2100和腰部舱体组件2201转动的支点，具体地，第四电机2101安装在其中一个第四连接臂中，另一个第四连接臂中设置有用于安装第四连接件2102的滚动轴承。

进一步地，髋部组件2100包括第四连接板2104，第四连接板2104设置为两个，第四连接板2104用于与第四连接件2102配置安装，第四连接板2104设置在第四连接臂上。结合附图，第四连接板2104设置有用于转动限位的扇形区域，扇形区域设置为第四连接板2104上的凹陷结构，第四连接件2102设置有第四止动部2103，第四止动部2103设置为第四连接件2102上的延伸端，髋部组件2100与腰部舱体组件2201之间发生相对转动时，第四止动部2103在扇形区域中摆动。实际结构中，可以其中一个第四连接板2104上设置扇形区域，也可两个第四连接板2104上都设置扇形区域。可以理解的是，扇形区域的侧壁用于抵住第四止动部2103，以限制髋部组件2100与腰部舱体组件2201相对转动的幅度。

具体地，第四连接板2104设置有第四通孔，第四连接件2102贯穿第四通孔，扇形区域设置在第四通孔的侧壁，以使第四连接件2102在第四通孔转动时，扇形区域的侧壁可抵住第四止动部2103。进一步地，扇形区域设置为两个，两个扇形区域设置在第四通孔侧壁相对的位置，第四止动部2103设置为两个，两个第四止动部2103设置在第四连接件2102外侧圆周上相对的位置，以使转动限位时受力更平稳、均匀。

结合附图，舱体部件设置有两个舱体空间，其中一个舱体空间用于设置嵌入式硬件和运算控制组件，容量充足，另一个舱体空间用于设置电池，具体地，两个舱体空间分别设置在舱体部件相对的两侧。可以理解的是，腰部舱体组件2201包括舱盖2205和电池仓盖2206，舱盖2205和电池仓盖2206分别可开合地设置在舱体部件的两侧。

舱盖2205盖上后，电路设备、电线包裹在舱体空间中，起到很好的收纳、保护作用。舱盖2205铰接安装在舱体部件上，舱盖2205设置为翻盖，方便开合。进一步地，舱盖2205通过卡扣的方式与舱体部件扣合，方便开合，便于更换、维护内部元件。结合附图，舱盖2205上设置有卡合凸起，舱体部件上设置有卡合凸起，舱盖2205闭合后，两处的卡合凸起相互卡住，以使舱盖2205紧密扣合。

电池仓盖2206铰接安装在舱体部件上，电池仓盖2206设置为翻盖，方便开合。进一步地，电池仓盖2206通过卡扣的方式与舱体部件扣合，方便开合。结合附图，腰部舱体组件包括滑扣部件2207，滑扣部件2207可移动地设置在电池仓盖2206上，滑扣部件2207设置有卡钩，舱体部件设置有卡口，电池仓盖2206闭合后，移动滑扣部件2207以使卡钩与卡口连接，从而将电池仓盖2206紧密扣合。

在本说明书的描述中，若出现参考术语“一个实施例”、“一些实例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种具有躯干关节的四足机器人，其特征在于：包括柔性躯干(2000)和机械腿(1000)，所述机械腿(1000)设置为四个，所述柔性躯干(2000)包括

髋部组件(2100)，所述髋部组件(2100)设置为两个，所述髋部组件(2100)上设置有两个所述机械腿(1000)；

腰部组件，所述腰部组件的两端分别铰接设置有所述髋部组件(2100)，所述腰部组件包括两个腰部舱体组件(2201)，两个所述腰部舱体组件(2201)之间铰接，所述腰部舱体组件(2201)与所述髋部组件(2100)铰接；

其中，所述腰部舱体组件(2201)与所述髋部组件(2100)相对转动的轴线方向、两个所述腰部舱体组件(2201)之间相对转动的轴线方向相互垂直。

2.根据权利要求1所述的具有躯干关节的四足机器人，其特征在于：所述柔性躯干(2000)包括第四铰接组件，所述髋部组件(2100)通过所述第四铰接组件与所述腰部舱体组件(2201)连接，所述第四铰接组件包括第四电机(2101)和两个第四连接件(2102)，所述第四电机(2101)设置在所述髋部组件(2100)上，两个所述第四连接件(2102)分别设置在所述腰部舱体组件(2201)上，其中一个所述第四连接件(2102)与所述第四电机(2101)的输出端安装，另一个所述第四连接件(2102)与所述髋部组件(2100)连接。

3.根据权利要求2所述的具有躯干关节的四足机器人，其特征在于：所述髋部组件(2100)包括第四连接板(2104)，所述第四连接板(2104)用于与所述第四连接件(2102)配置安装，所述第四连接板(2104)设置有用于转动限位的扇形区域，所述第四连接件(2102)设置有第四止动部(2103)，所述髋部组件(2100)与所述腰部舱体组件(2201)之间发生相对转动时，所述第四止动部(2103)在所述扇形区域中摆动。

4.根据权利要求1所述的具有躯干关节的四足机器人，其特征在于：所述柔性躯干(2000)包括第五铰接组件，两个所述腰部舱体组件(2201)之间通过所述第五铰接组件连接，所述第五铰接组件包括第五电机(2202)和两个第五连接件(2203)，两个所述第五连接件(2203)分别与两个所述腰部舱体组件(2201)安装，所述第五电机(2202)安装在其中一个所述第五连接件(2203)上，另一个所述第五连接件(2203)与所述第五电机(2202)的输出端安装。

5.根据权利要求4所述的具有躯干关节的四足机器人，其特征在于：其中一个所述第五连接件(2203)设置有转动限位区域，另一个所述第五连接件(2203)设置有第五止动部(2204)，两个所述腰部舱体组件(2201)之间发生相对转动时，所述第五止动部(2204)在所述转动限位区域中摆动。

6.根据权利要求1至5任一项所述的具有躯干关节的四足机器人，其特征在于：所述机械腿(1000)包括第一电机(1001)，所述机械腿(1000)通过所述第一电机(1001)可转动地安装在所述髋部组件(2100)上。

7.根据权利要求6所述的具有躯干关节的四足机器人，其特征在于：所述机械腿(1000)包括第二电机(1002)、大腿部件(1003)、小腿部件(1004)和足端部件(1005)，所述第二电机(1002)安装在所述第一电机(1001)的输出端，所述大腿部件(1003)安装在所述第二电机(1002)的输出端，所述小腿部件(1004)可转动地与所述大腿部件(1003)连接。

8.根据权利要求7所述的具有躯干关节的四足机器人，其特征在于：所述机械腿(1000)包括第三电机(1006)、驱动轮和从动轮(1007)，所述第三电机(1006)安装在所述大腿部件(1003)上，所述驱动轮安装在所述第三电机(1006)的输出端，所述第三电机(1006)通过所述驱动轮带动所述从动轮(1007)，所述从动轮(1007)用于带动所述小腿部件(1004)转动。

9.根据权利要求8所述的具有躯干关节的四足机器人，其特征在于：所述驱动轮通过同步带与所述从动轮(1007)传动。

10.根据权利要求7所述的具有躯干关节的四足机器人，其特征在于：所述足端部件(1005)表面设置有软垫部件。

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