CN113335412B

CN113335412B - 一种大猩猩仿生行走机器人

Info

Publication number: CN113335412B
Application number: CN202110517347.3A
Authority: CN
Inventors: 杨杰; 施奕宏; 李俊贤; 张诗宜; 王治懿; 黄威伦
Original assignee: Shanghai University of Engineering Science
Current assignee: Shanghai University of Engineering Science
Priority date: 2021-05-12
Filing date: 2021-05-12
Publication date: 2022-10-14
Anticipated expiration: 2041-05-12
Also published as: CN113335412A

Abstract

本发明涉及一种大猩猩仿生行走机器人，包括主体框架、动作执行模块和控制模块，其中，所述主体框架包括盒体和对称设置所述盒体两侧的圆盘，所述控制模块设置于所述盒体内；所述动作执行模块包括四个脚部运动机构，每两个所述脚部运动机构通过第一滑轨安装于所述圆盘上，各所述脚部运动机构包括第一步进电机、第一曲柄连接单元、第一滑块和脚部，所述控制模块、第一步进电机、第一曲柄连接单元和脚部依次连接，所述第一滑块滑动设置于第一滑轨上，所述第一曲柄连接单元与所述第一滑块连接。与现有技术相比，本发明具有运动灵活、模式多样等优点，能够在复杂路况环境中充当侦察、勘测、救援等任务的仿真机械载体。

Description

一种大猩猩仿生行走机器人

技术领域

本发明属于仿生机器人技术领域，尤其是涉及一种大猩猩仿生行走机器人。

背景技术

近年来，世界各国在仿生机械及智能微型机械领域进行了大量研究，相关成果己经应用于探测和军事等众多领域，例如，从20世纪60年代末期开始研究的月球表面探测车，进行野外拍摄时使用的野生动物拍摄仪车载平台等。

应用于这些领域的机械产品具有的共同特点是质量轻、体积小、运行灵活、适应性强，以满足节省动力、缩小空间占用、适应不同路况等特殊需求。因此，仿生机械及智能微型机械的研发水平成为解决上述问题的关键。

然而，现有研究获得的机械产品还存在运动模式变换不够灵活，难以在复杂路况环境中应用的不足。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种运动灵活、模式多样的大猩猩仿生行走机器人。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种大猩猩仿生行走机器人，包括主体框架、动作执行模块和控制模块，其中，

所述主体框架包括盒体和对称设置所述盒体两侧的圆盘，所述控制模块设置于所述盒体内；

所述动作执行模块包括四个脚部运动机构，每两个所述脚部运动机构通过第一滑轨安装于所述圆盘上，各所述脚部运动机构包括第一步进电机、第一曲柄连接单元、第一滑块和脚部，所述控制模块、第一步进电机、第一曲柄连接单元和脚部依次连接，所述第一滑块滑动设置于第一滑轨上，所述第一曲柄连接单元与所述第一滑块连接。

进一步地，该机器人通过所述四个脚部运动机构实现包括两足步态行走、四足移动以及翻滚前行的多模式运动。

进一步地，所述第一曲柄连接单元包括依次连接的第一曲柄轴、第一曲柄和第一连杆，所述第一曲柄轴与第一步进电机连接，所述第一连杆与脚部连接，并套设连接于所述第一滑块上。

进一步地，所述圆盘为亚克力板圆盘。

进一步地，所述盒体为立方体亚克力板空盒。

进一步地，所述动作执行模块还包括头部运动机构，该头部运动机构设置于两圆盘之间，并通过第二滑轨安装于所述盒体上。

进一步地，所述头部运动机构包括第二步进电机、第二曲柄连接单元、第二滑块和头部，所述控制模块、第二步进电机和第二曲柄连接单元依次连接，所述第二滑块滑动设置于第二滑轨上，所述第二曲柄连接单元与所述第二滑块连接，所述头部安装于第二曲柄连接单元上。

进一步地，所述第二曲柄连接单元包括依次连接的第二曲柄轴、第二曲柄和第二连杆，所述第二曲柄轴与第二步进电机连接，所述第二连杆套设连接于所述第二滑块上，所述头部安装于第二连杆上。

进一步地，所述控制模块包括蓝牙通讯芯片和控制芯片。

进一步地，所述蓝牙通讯芯片连接有移动终端。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明采用曲柄滑机构，结构灵活，能实现两足步态行走、四足移动以及翻滚前行的多模式腿式行走机器人，增加行走机器人在不同路况的应用范围，提高腿式行走机器人在陆地上的行驶速度，提高行走机器人对不同路况的适应能力，可以在复杂路况环境中充当侦察、勘测、救援等任务的载体，为军事侦察，野外拍摄、救援等领域的仿生机械及智能微型机器人研发提供了一定的参考；

2、本发明仿生机器人所体现出来的模仿自然界动物的运动方式非常直观、明显，适用于演示教学，助力课堂教学，提升教学演示效果；

3、本发明机器人运动模式具有一定的趣味性，可以拓展至益智玩具行业，起到培养兴趣、开发智力等作用；也可作为教具产品，助力课堂教学，提升教学演示效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明动作执行模块的结构示意图；

图3为本发明主体框架的结构示意图；

图4为本发明的主视图；

图5为本发明的后视图；

图6为本发明的侧视图；

图7为本发明的俯视图；

图8为本发明的仰视图；

图9为本发明的步进电机布置示意图；

图10为本发明控制模块设置示意图；

图中，1、主体框架，2、动作执行模块，3、控制模块，4、圆盘，5、盒体，6、第一滑轨，7、第一步进电机，8、第一曲柄轴，9、第一曲柄，10、第一连杆，11、第一滑块，12、脚部，13、第二滑轨，14、第二步进电机，15、第二曲柄轴，16、第二曲柄，17、第二连杆，18、第二滑块，19、头部，20、壳体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

本实施例提供一种大猩猩仿生行走机器人，运用仿照大猩猩的行走四肢，每一条腿都是一个独立的肢体，实现能两足步态行走、四足移动以及翻滚前行的多模式腿式行走机器人，能够在复杂路况环境中充当侦察、勘测、救援等任务的仿真机械载体。

参考图1-图10所示，本实施例的大猩猩仿生行走机器人包括主体框架1、动作执行模块2和控制模块3，其中，主体框架1包括盒体5和对称设置盒体5两侧的圆盘4，控制模块3设置于盒体5内；动作执行模块2包括四个脚部运动机构，形成机器人的四条腿，每两个脚部运动机构通过第一滑轨6安装于圆盘4上，各脚部运动机构包括第一步进电机7、第一曲柄连接单元、第一滑块11和脚部12，控制模块3、第一步进电机7、第一曲柄连接单元和脚部12依次连接，第一滑块11滑动设置于第一滑轨6上，第一曲柄连接单元与第一滑块11连接。第一曲柄连接单元包括依次连接的第一曲柄轴8、第一曲柄9和第一连杆10，第一曲柄轴8与第一步进电机7连接，第一连杆10与脚部12连接，并套设连接于第一滑块11上。

本实施例中，圆盘4为直径200mm的亚克力板圆盘，盒体5为边长100mm的立方体亚克力板空盒，立方体与圆盘通过直角件连接组成机器人整体圆柱形框架接得到大猩猩仿生行走机器人。

如图3所示，主体框架1形成圆柱形“身体”，“身体”外侧安装了四个脚部运动机构，形成四条腿，腿的结构设计为曲柄滑机构，通过电机轴驱动曲柄转动，滑块在导轨中直线运动，带动腿部上下运动。

如图9所示，各步进电机分布安装于盒体5上，本实施例中，步进电机采用28BYJ-48步进电机。

控制模块3驱动大猩猩仿生行走机器人的四条腿实现两足步态行走、四足移动以及翻滚前行运动，具体运动方式如下：

两足步态行走：左边的两条腿与右边的两条腿分别两两组合形成两足，并且将它们的驱动电机两两同频，左右两边的两对电机以不同的频率转动，通过转轴带动曲柄滑块机构，驱动每一条腿运动。利用滑块与滑轨的限位，使每只条腿能够以特定的轨迹运动，实现两条腿交替向前迈进。

四足移动：与机器人的前进方式相似，利用后肢将身体撑起，然后由前肢收缩运动改变机器人的重心前倾，实现向前移动，随着前腿向前伸出，后腿完成了下一个周期的收缩及伸出，实现机器人仿大猩猩运动的方式向前移动。各电机以不同的频率转动，通过转轴带动曲柄滑块机构，同两足步态行走的控制方式类似。

翻滚前行：两条前腿处于收缩状态以后，机器人重心向前偏移，两条后腿伸出，形成向后“蹬”的效果，两条后腿蹬出后也迅速收缩进框架之内，两个圆盘向前滚动，实现机器人的翻滚运动。

本实施例中，控制模块3包括蓝牙通讯芯片、控制芯片、电池等。控制芯片采用STM32F103RCT6，蓝牙通讯芯片采用HC06蓝牙芯片。

本实施例中，可通过一壳体20罩设于主体框架1上，以保护步进电机等设备不与外界接触，提高使用寿命。

实施例2

参考图1-图10所示，本实施例提供的大猩猩仿生行走机器人中，动作执行模块2还包括头部运动机构，该头部运动机构设置于两圆盘4之间，并通过第二滑轨13安装于盒体5上。头部运动机构包括第二步进电机14、第二曲柄连接单元、第二滑块18和头部19，控制模块3、第二步进电机14和第二曲柄连接单元依次连接，第二滑块18滑动设置于第二滑轨13上，第二曲柄连接单元与第二滑块18连接，头部19安装于第二曲柄连接单元上。第二曲柄连接单元包括依次连接的第二曲柄轴15、第二曲柄16和第二连杆17，第二曲柄轴15与第二步进电机14连接，第二连杆17套设连接于第二滑块18上，头部19安装于第二连杆17上。通过曲柄滑机构实现头部运动。

实施例3

本实施例提供的大猩猩仿生行走机器人还通过蓝牙通讯芯片连接有移动终端。移动终端中安装有手机APP，实现机器人的行走运动以及与手机APP的通讯连接。用户可通过手机APP改变四条腿的运动频率，实现大猩猩仿生行走机器人不同的运动方式。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims

1.一种大猩猩仿生行走机器人，其特征在于，包括主体框架（1）、动作执行模块（2）和控制模块（3），其中，

所述主体框架（1）包括盒体（5）和对称设置所述盒体（5）两侧的圆盘（4），所述控制模块（3）设置于所述盒体（5）内；

所述动作执行模块（2）包括四个脚部运动机构，每两个所述脚部运动机构通过第一滑轨（6）安装于所述圆盘（4）上，各所述脚部运动机构包括第一步进电机（7）、第一曲柄连接单元、第一滑块（11）和脚部（12），所述控制模块（3）、第一步进电机（7）、第一曲柄连接单元和脚部（12）依次连接，所述第一滑块（11）滑动设置于第一滑轨（6）上，所述第一曲柄连接单元与所述第一滑块（11）连接；

该机器人通过所述四个脚部运动机构实现包括两足步态行走、四足移动以及翻滚前行的多模式运动，具体运动方式如下：

两足步态行走：四个脚部运动机构左右两边分别两两组合形成两足，并且将它们的驱动电机两两同频，左右两边的两对电机以不同的频率转动；

四足移动：前方两个脚部运动机构作为前肢，后方两个脚部运动机构作为后肢，利用后肢将身体撑起，然后由前肢收缩运动改变机器人的重心前倾，实现向前移动，随着前腿向前伸出，后腿完成了下一个周期的收缩及伸出，实现机器人仿大猩猩运动的方式向前移动；

翻滚前行：前方两个脚部运动机构处于收缩状态以后，机器人重心向前偏移，后方两个脚部运动机构伸出，形成向后“蹬”的效果，后方两个脚部运动机构蹬出后也迅速收缩进框架之内，两个圆盘向前滚动，实现机器人的翻滚运动。

2.根据权利要求1所述的大猩猩仿生行走机器人，其特征在于，所述第一曲柄连接单元包括依次连接的第一曲柄轴（8）、第一曲柄（9）和第一连杆（10），所述第一曲柄轴（8）与第一步进电机（7）连接，所述第一连杆（10）与脚部（12）连接，并套设连接于所述第一滑块（11）上。

3.根据权利要求1所述的大猩猩仿生行走机器人，其特征在于，所述圆盘（4）为亚克力板圆盘。

4.根据权利要求1所述的大猩猩仿生行走机器人，其特征在于，所述盒体（5）为立方体亚克力板空盒。

5.根据权利要求1所述的大猩猩仿生行走机器人，其特征在于，所述动作执行模块（2）还包括头部运动机构，该头部运动机构设置于两圆盘（4）之间，并通过第二滑轨（13）安装于所述盒体（5）上。

6.根据权利要求5所述的大猩猩仿生行走机器人，其特征在于，所述头部运动机构包括第二步进电机（14）、第二曲柄连接单元、第二滑块（18）和头部（19），所述控制模块（3）、第二步进电机（14）和第二曲柄连接单元依次连接，所述第二滑块（18）滑动设置于第二滑轨（13）上，所述第二曲柄连接单元与所述第二滑块（18）连接，所述头部（19）安装于第二曲柄连接单元上。

7.根据权利要求6所述的大猩猩仿生行走机器人，其特征在于，所述第二曲柄连接单元包括依次连接的第二曲柄轴（15）、第二曲柄（16）和第二连杆（17），所述第二曲柄轴（15）与第二步进电机（14）连接，所述第二连杆（17）套设连接于所述第二滑块（18）上，所述头部（19）安装于第二连杆（17）上。

8.根据权利要求1所述的大猩猩仿生行走机器人，其特征在于，所述控制模块（3）包括蓝牙通讯芯片和控制芯片。

9.根据权利要求8所述的大猩猩仿生行走机器人，其特征在于，所述蓝牙通讯芯片连接有移动终端。