CN113460190A - 一种六足夹取机器人及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及行走夹取机械装置领域，尤其是一种六足夹取机器人及工作方法。该六足夹取机器人包括主体，主体的前部装有2个对称设置的前足，主体的中部和后部分别装有2个对称设置的中后足；前足包括第一连接体，第一连接体的一端与主体铰接，第一连接体的另一端与第二连接体的一端铰接，第二连接体的另一端与中心连接架的上部铰接，中心连接架的下部铰接有2个对称设置的主杆体，主杆体的下部均装有滑套杆；滑套杆的下部铰接有转动杆，转动杆的末端设有夹取端头；中后足包括第一连接体，第一连接体的一端与主体铰接，第一连接体的另一端与第二连接体的一端铰接，第二连接体的另一端与第一连杆的上部铰接，第一连杆的下部与第二连杆的上部铰接。

Description

一种六足夹取机器人及工作方法

技术领域

本发明涉及行走夹取机械装置领域，特别是涉及一种六足夹取机器人。

背景技术

六足机器人又叫蜘蛛机器人，是多足机器人的一种。六足步行机器人的步态是多样的，其中三角步态是六足步行机器人实现步行的典型步态。“六足纲”昆虫步行时，一般不是六足同时直线前进，而是将三对足分成两组，以三角形支架结构交替前行。目前，大部分六足机器人采用了仿昆虫的结构，6条腿分布在身体的两侧，身体左侧的前、后足及右侧的中足为一组，右侧的前、后足和左侧的中足为另一组，分别组成两个三角形支架，依靠大腿前后划动实现支撑和摆动过程，这就是典型的三角步态行走法。

CN106864616A公开了一种球形-六足变形机器人，包含：外撑机构、旋转机构和机器人腿部；外撑机构包括底板、U型架、舵机以及球瓣。旋转机构包括舵盘、传动机构和旋转片；旋转片沿传动机构周向分布并与传动机构连接，传动机构驱动旋转片伸展或收缩；机器人腿部，包括舵机、连接架和脚；其中，外部支撑机构与旋转机构固定连接，机器人腿部沿着旋转机构周向分布并与旋转片固定连接；旋转机构与机器人腿部用于形成六足机器人；旋转机构与外撑机构用于形成球形机器人。该发明通过具有球瓣的外撑机构，可伸展呈瓣状、收缩呈盘状的旋转结构，以及在旋转机构上设置具有舵机和脚的机器人腿部结构组成一种可变形为球形机器人和六足机器人的复合机器人。

CN210063192U公开了一种六足通用步行机器人，其包括主体机架，所述主体机架的两侧均分布有三条机械腿，在各所述机械腿上均设置有舵机，所述机械腿包括腿髋、大腿、小腿、足部，所述舵机包括驱动腿髋水平转动的第一舵机、驱动大腿运动的第二舵机、驱动小腿运动的第三舵机，所述第一舵机、第二舵机、第三舵机通过导线连通，所述导线设置在机械腿内。此六足通用步行机器人，通过模块化组装，安装方便，而且导线通过机械腿的连接设计，可以避免机械腿多种步态动作损伤导线，有效保护导线不会被拉断或者折断。

但是，目前已有的六足机器人功能较为单一，而且结构复杂。因此，开发一种集步行、夹取、滑行等多种功能于一体的六足机器人，成为了本领域的研究方向之一。

发明内容

本发明目的在于提供一种六足夹取机器人及工作方法。

为实现上述目的，采用的具体方案如下：

一种六足夹取机器人，包括主体，所述主体的前部装有2个对称设置的前足，所述主体的中部和后部分别装有2个对称设置的中后足；

所述前足包括第一连接体，所述第一连接体的一端与所述主体铰接，所述第一连接体的另一端与第二连接体的一端铰接，所述第二连接体的另一端与中心连接架的上部铰接，所述中心连接架的下部铰接有2个对称设置的主杆体，所述主杆体的下部均装有滑套杆；其中，所述滑套杆的下部铰接有转动杆，所述转动杆的末端设有夹取端头；

所述中后足包括第一连接体，所述第一连接体的一端与所述主体铰接，所述第一连接体的另一端与第二连接体的一端铰接，所述第二连接体的另一端与第一连杆的上部铰接，所述第一连杆的下部与第二连杆的上部铰接。

其中，所述中后足的第二连接体与第一连杆相连接的铰轴上还铰接有第三连杆，所述第三连杆的下部与第四连杆的上部铰接，所述第四连杆的下部与三脚架轮的一侧铰接；所述三脚架轮的另一侧与移动滑套铰接，所述移动滑套可沿第二连杆上下滑动。

进一步的，所述三脚架轮呈三角形，每个角均设有1个脚轮。

其中，所述第二连杆的下端底面的形状面积大于第二连杆中部界面的形状面积。

其中，所述主体包括相互固定连接的上底面和下底面，所述第一连接体与所述主体相连接的铰轴设置于所述上底面和所述下底面之间；所述第一连接体与第二连接体相连接的铰轴平行于所述上底面；所述第二连接体与中心连接架相连接的铰轴平行于所述上底面。

其中，所述中心连接架呈倒T字形。

本发明所述六足夹取机器人的工作方法，包括以下步骤：

行走时，位于前部左侧的前足、位于中部右侧的中后足和位于后部左侧的中后足构成一组行走单元，合为腿组I；位于前部右侧的前足、位于中部左侧的中后足和位于后部右侧的中后足构成另一组行走单元，合为腿组II；或者，位于前部右侧的前足、位于中部左侧的中后足和位于后部右侧的中后足构成一组行走单元，合为腿组I；位于前部左侧的前足、位于中部右侧的中后足和位于后部左侧的中后足构成另一组行走单元，合为腿组II；

(1)起始步：机器人从静止到开始移动的阶段，腿组I作为初始摆动腿，首先该腿组的第二连接体转动完成抬腿动作，接下来初始摆动腿的第一连接体转动向前迈出一步，同时腿组II的第二连接体不做动作，且腿组II的第一连接体与腿组I的第一连接体转向相反推动机身重心向前移动，最后腿组I的第二连接体转动完成落腿动作；

(2)移动：在完成了起始步以后，腿组II作为摆动腿而腿组I作为支撑腿，腿组II的第二连接体转动完成抬腿动作，第一连接体转动向前迈步，同时腿组I的第二连接体不作动作,腿组I的第一连接体与腿组II的第一连接体转向相反推动机身重心向前移动，最后腿组II的第二连接体转动完成落腿动作；

(3)归位：在这个阶段内支撑腿和摆动腿都需要归回初始阶段，腿组I的第二连接体转动完成抬腿动作，腿组I的第一连接体转动向前迈步，同时，腿组II作为支撑腿，腿组II的第二连接体不作动作，腿组II的第一连接体与腿组I的第一连接体转向相反推动机身；

通过控制转动的角度，可完成在各个方向的行走。

夹取时，中部的两条中后足向前转动一定的角度以稳定重心，2个前足向上抬起；滑套杆向上滑动，然后转动杆向外旋转，带动主杆体向外旋转张开，转动杆旋转至适当位置后，夹取端头进行夹取作业；夹取后，转动杆向内旋转且滑套杆向下滑动至初始位置，夹取物储存在两个主杆体之间。

滑行时，两个前足向上抬起，中后足的第二连接体向下旋转，从而带动第一连杆向下旋转，第二连杆保持竖直，第三连杆保持竖直；第四连杆向外旋转直至三脚架轮与工作面平行；此过程中，带动移动滑套沿着第二连杆滑动；完成滑行后，中后足的第二连接体与第一连杆向上旋转，同时第四连杆向内旋转收起三脚架轮，直至恢复到初始状态。

与现有技术相比，本发明六足夹取机器人的有益效果在于：

(1)本发明的六足夹取机器人的两个前足为可夹取、可行走的腿足样式，其余四条中后足为可滑行、可行走的腿足样式。

(2)本发明的六足夹取机器人不仅可以在不平整的崎岖路面行走，还能在平坦地面上滑行，从而提高行走速度。

(3)前足在不需要夹取作业的时候用作步足，当需要夹取时，可以先令其余四条中后足调整位置稳定重心，然后再抬起进行夹取作业。

(4)中后足可在普通路面抬起行走，平坦路面则可变形后利用三脚架轮滑行。

下面结合附图对本发明的六足夹取机器人及工作方法作进一步说明。

附图说明

图1为本发明六足夹取机器人的结构示意图；

图2为本发明六足夹取机器人的前足的结构示意图(行走时)；

图3为本发明六足夹取机器人的前足的结构示意图(夹取时)；

图4为本发明六足夹取机器人的中后足的结构示意图(行走时)；

图5为本发明六足夹取机器人的中后足的结构示意图(滑行时)；

图6为本发明六足夹取机器人的行走过程的俯视示意图。

其中，1-主体，2-前足，3-中后足，101-第一连接体，102-第二连接体，201-中心连接架，202-主杆体，203-滑套杆，204-转动杆，205-夹取端头，301-第一连杆，302-第二连杆，303-第三连杆，304-第四连杆，305-三脚架轮，306-移动滑套。

具体实施方式

如图1-5所示，一种六足夹取机器人包括主体1，主体1的前部装有2个对称设置的前足2，主体1的中部和后部分别装有2个对称设置的中后足3；

前足2包括第一连接体101，第一连接体101的一端与主体1铰接，第一连接体101的另一端与第二连接体102的一端铰接，第二连接体102的另一端与中心连接架201的上部铰接，中心连接架201的下部铰接有2个对称设置的主杆体202，主杆体202的下部均装有滑套杆203；

中后足3包括第一连接体101，第一连接体101的一端与主体1铰接，第一连接体101的另一端与第二连接体102的一端铰接，第二连接体102的另一端与第一连杆301的上部铰接，第一连杆301的下部与第二连杆302的上部铰接。第二连杆302的下端底面的形状面积大于第二连杆302中部界面的形状面积。

主体1包括相互固定连接的上底面和下底面，第一连接体101与主体1相连接的铰轴的两端分别固定在上底面和下底面上；第一连接体101与第二连接体102相连接的铰轴平行于上底面；第二连接体102与中心连接架201相连接的铰轴平行于上底面。第二连接体102与第一连杆301相连接的铰轴平行于上底面；第三连杆303与第四连杆304相连接的铰轴平行于上底面。

中心连接架201呈倒T字形，其上端固定于第二连接体102与中心连接架201相连接的铰轴的中部。

如图3所示，滑套杆203的下部铰接有转动杆204，转动杆204的末端铰接有夹取端头205。夹取端头205内部装有磁铁，在非夹取作业的状态下保持并拢，保证两面相对平行。

前足中，第一连接体101与主体部分为铰接，可实现前足的左右旋转；第二连接体102与第一连接体101和中心连接架201均为铰接，可实现前足的抬起、放下动作；中心连接架201与主杆体202为铰接，可实现主杆体的向外摆动；主杆体202与滑套杆203为滑动连接，二者为一个电动连接杆，可实现滑套杆203在主杆体202上沿固定方向的上下移动；转动杆204与滑套杆203底部的凸起铰接，实现在其上的旋转，使转动杆能够收进和放出，从而实现夹取动作；夹取端头205通过铰接固定在转动杆204内。

当前足用作腿足行走时，如图2所示，此时第一连接体101与主体1的连接处通过驱动实现前足的左右旋转，第二连接体102与第一连接体101连接处通过驱动实现前足的上下抬放，第二连接体102与中心连接架201连接处通过驱动实现前足的向外扩张与向内收缩，其余部分保持不动。

如图5所示，中后足3的第二连接体102与第一连杆301相连接的铰轴上还铰接有第三连杆303，第三连杆303的下部与第四连杆304的上部铰接，第四连杆304的下部与三脚架轮305的一个侧棱的中部相铰接；该侧棱在三脚架轮305中的对角的端部与移动滑套306铰接，移动滑套306可沿第二连杆302上下滑动。

三脚架轮305呈三角形，结构稳定，其中每个角均设有1个脚轮。

中后足中，第一连接体101与主体为铰接，实现中后足的左右旋转；第二连接体102与第一连接体101和第一连杆301均为铰接，用于实现中后足的抬起、放下动作；第一连杆301和第二连杆302为铰接，用于实现中后足的抬起、放下动作；第三连杆303和第一连杆301为转动副连接，使得中后足在轮足变换的时候，保证第三连杆303一直保持竖直；第四连杆304和第三连杆303、三脚架轮305均为铰接，以实现中后足的轮足切换；三脚架轮305和移动滑套306为铰接，移动滑套306与第二连杆302为移动连接，保证三脚架轮305沿着第二连杆302上下移动，且第二连杆302的下端呈梯形，保证移动滑套306不会从第二连杆302中脱出。

当中后足用作腿足行走时，如图4所示，此时第一连接体101与主体1连接处通过驱动实现中后足的左右旋转，第二连接体102与第一连接体101连接处通过驱动实现中后足的上下抬放，第二连接体102与第一连杆301连接处通过驱动实现中后足的向外扩张与向内收缩，其余部分保持不动。

上述驱动均为电机驱动，各腿足与主体连接处的第一连接体设置第一驱动电机，隐藏在主体上下两层之间。前足的电机设置分别为：在第二连接体处设置第二驱动电机，使腿足上下转动；主杆体和滑套杆为一个电动收缩杆，电机设置在杆体内部；在转动杆在滑套杆连接外部设置第三驱动电机，以便爪体伸出缩回。中后足的电机设置分别为：在第二连接体处设置第二驱动电机，使腿足上下转动；在第一连杆和第二连杆连接处设置第四驱动电机，方便腿部在行走和滑行之间的转换；在第四连杆处设置第五驱动电机，于第四连杆与三脚架轮连接的杆体内部，实现三脚架轮的抬起放下。

该六足夹取机器人的工作方法，包括以下步骤：

如图6a-6d所示，行走时，位于前部右侧的前足(2)、位于中部左侧的中后足(3)和位于后部右侧的中后足(3)构成一组行走单元，合为腿组I；位于前部左侧的前足(2)、位于中部右侧的中后足(3)和位于后部左侧的中后足(3)构成另一组行走单元，合为腿组II；

(1)起始步：机器人从静止到开始移动的阶段，腿组I作为初始摆动腿，首先该腿组的第二连接体转动完成抬腿动作，接下来初始摆动腿的第一连接体转动向前迈出一步，同时腿组II的第二连接体不做动作，且腿组II的第一连接体与腿组I的第一连接体转向相反推动机身重心向前移动，最后腿组I的第二连接体转动完成落腿动作；

(2)移动：在完成了起始步以后，腿组II作为摆动腿而腿组I作为支撑腿，腿组II的第二连接体转动完成抬腿动作，第一连接体转动向前迈步，同时腿组I的第二连接体不作动作,腿组I的第一连接体与腿组II的第一连接体转向相反推动机身重心向前移动，最后腿组II的第二连接体转动完成落腿动作；

(3)归位：在这个阶段内支撑腿和摆动腿都需要归回初始阶段，腿组I的第二连接体转动完成抬腿动作，腿组I的第一连接体转动向前迈步，同时，腿组II作为支撑腿，腿组II的第二连接体不作动作，腿组II的第一连接体与腿组I的第一连接体转向相反推动机身；

通过控制转动的角度，可完成在各个方向的行走。

在其他有益实施例中，也可以将位于前部左侧的前足(2)、位于中部右侧的中后足(3)和位于后部左侧的中后足(3)构成一组行走单元，合为腿组I；位于前部右侧的前足(2)、位于中部左侧的中后足(3)和位于后部右侧的中后足(3)构成另一组行走单元，合为腿组II。其行走方法与前述相同。

夹取时，中部的两条中后足3向前转动一定的角度以稳定重心，2个前足2向上抬起；滑套杆203向上滑动，然后转动杆204向外旋转，带动主杆体202向外旋转张开，转动杆204旋转至适当位置后，夹取端头205进行夹取作业；夹取后，转动杆204向内旋转且滑套杆203向下滑动至初始位置，夹取物储存在两个主杆体202之间。

滑行时，两个前足2向上抬起，中后足3的第二连接体102向下旋转，从而带动第一连杆301向下旋转，第二连杆302保持竖直，第三连杆303保持竖直；第四连杆304向外旋转直至三脚架轮305与工作面平行；此过程中，带动移动滑套306沿着第二连杆302滑动；完成滑行后，中后足3的第二连接体102与第一连杆301向上旋转，同时第四连杆304向内旋转收起三脚架轮305，直至恢复到初始状态。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种六足夹取机器人，其特征在于：包括主体(1)，所述主体(1)的前部装有2个对称设置的前足(2)，所述主体(1)的中部和后部分别装有2个对称设置的中后足(3)；

所述前足(2)包括第一连接体(101)，所述第一连接体(101)的一端与所述主体(1)铰接，所述第一连接体(101)的另一端与第二连接体(102)的一端铰接，所述第二连接体(102)的另一端与中心连接架(201)的上部铰接，所述中心连接架(201)的下部铰接有2个对称设置的主杆体(202)，所述主杆体(202)的下部均装有滑套杆(203)；所述滑套杆(203)的下部铰接有转动杆(204)，所述转动杆(204)的末端设有夹取端头(205)；

所述中后足(3)包括第一连接体(101)，所述第一连接体(101)的一端与所述主体(1)铰接，所述第一连接体(101)的另一端与第二连接体(102)的一端铰接，所述第二连接体(102)的另一端与第一连杆(301)的上部铰接，所述第一连杆(301)的下部与第二连杆(302)的上部铰接。

2.根据权利要求1所述的六足夹取机器人，其特征在于：所述中后足(3)的第二连接体(102)与第一连杆(301)相连接的铰轴上还铰接有第三连杆(303)，所述第三连杆(303)的下部与第四连杆(304)的上部铰接，所述第四连杆(304)的下部与三脚架轮(305)的一侧铰接；所述三脚架轮(305)的另一侧与移动滑套(306)铰接，所述移动滑套(306)可沿第二连杆(302)上下滑动。

3.根据权利要求2所述的六足夹取机器人，其特征在于：所述三脚架轮(305)呈三角形，每个角均设有1个脚轮。

4.根据权利要求1-3任一所述的六足夹取机器人，其特征在于：所述第二连杆(302)的下端底面的形状面积大于第二连杆(302)中部界面的形状面积。

5.根据权利要求1-3任一所述的六足夹取机器人，其特征在于：所述主体(1)包括相互固定连接的上底面和下底面，所述第一连接体(101)与所述主体(1)相连接的铰轴设置于所述上底面和所述下底面之间。

6.根据权利要求1-3任一所述的六足夹取机器人，其特征在于：所述第一连接体(101)与第二连接体(102)相连接的铰轴平行于所述上底面；所述第二连接体(102)与中心连接架(201)相连接的铰轴平行于所述上底面。

7.根据权利要求1-3任一所述的六足夹取机器人，其特征在于：所述中心连接架(201)呈倒T字形。

8.权利要求1-7任一所述的六足夹取机器人的工作方法，其特征在于：行走时，位于前部左侧的前足(2)、位于中部右侧的中后足(3)和位于后部左侧的中后足(3)构成一组行走单元，合为腿组I；位于前部右侧的前足(2)、位于中部左侧的中后足(3)和位于后部右侧的中后足(3)构成另一组行走单元，合为腿组II；或者，位于前部右侧的前足(2)、位于中部左侧的中后足(3)和位于后部右侧的中后足(3)构成一组行走单元，合为腿组I；位于前部左侧的前足(2)、位于中部右侧的中后足(3)和位于后部左侧的中后足(3)构成另一组行走单元，合为腿组II；

(1)起始步：机器人从静止到开始移动的阶段，腿组I作为初始摆动腿，首先该腿组的第二连接体转动完成抬腿动作，接下来初始摆动腿的第一连接体转动向前迈出一步，同时腿组II的第二连接体不做动作，且腿组II的第一连接体与腿组I的第一连接体转向相反推动机身重心向前移动，最后腿组I的第二连接体转动完成落腿动作；

(2)移动：在完成了起始步以后，腿组II作为摆动腿而腿组I作为支撑腿，腿组II的第二连接体转动完成抬腿动作，第一连接体转动向前迈步，同时腿组I的第二连接体不作动作,腿组I的第一连接体与腿组II的第一连接体转向相反推动机身重心向前移动，最后腿组II的第二连接体转动完成落腿动作；

(3)归位：在这个阶段内支撑腿和摆动腿都需要归回初始阶段，腿组I的第二连接体转动完成抬腿动作，腿组I的第一连接体转动向前迈步，同时，腿组II作为支撑腿，腿组II的第二连接体不作动作，腿组II的第一连接体与腿组I的第一连接体转向相反推动机身；

通过控制转动的角度，可完成在各个方向的行走。

9.根据权利要求2-7任一所述的六足夹取机器人的工作方法，其特征在于：夹取时，中部的两条中后足(3)向前转动一定的角度以稳定重心，2个前足(2)向上抬起；

滑套杆(203)向上滑动，然后转动杆(204)向外旋转，带动主杆体(202)向外旋转张开，转动杆(204)旋转至适当位置后，夹取端头(205)进行夹取作业；

夹取后，转动杆(204)向内旋转且滑套杆(203)向下滑动至初始位置，夹取物储存在两个主杆体(202)之间。

10.根据权利要求3-7任一所述的六足夹取机器人的工作方法，其特征在于：滑行时，两个前足(2)向上抬起，中后足(3)的第二连接体(102)向下旋转，从而带动第一连杆(301)向下旋转，第二连杆(302)保持竖直，第三连杆(303)保持竖直；第四连杆(304)向外旋转直至三脚架轮(305)与工作面平行；此过程中，带动移动滑套(306)沿着第二连杆(302)滑动；

完成滑行后，中后足(3)的第二连接体(102)与第一连杆(301)向上旋转，同时第四连杆(304)向内旋转收起三脚架轮(305)，直至恢复到初始状态。

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