CN113548125A - 一种轮腿混合四足机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轮腿混合四足机器人,包括安装平台、转向机构和4条机械腿;所述机械腿包括2条前腿和2条后腿,2条前腿通过转向机构安装于所述安装平台下端的前部;2条后腿固定设置于安装平台下端的后部;本发明专利具有的优势在于:1、将轮子结构与腿部结构巧妙结合;2、运用并联机构的腿部结构设计;3、简化传统空间并联机构;4、驱动部件相对较少;5、自主设计转向机构;6、机器人外部搭载太阳能电池板。
Description
技术领域
本发明属于机器人技术领域,具体来说涉及一种轮腿混合四足机器人。
背景技术
足式机器人在现阶段的一众仿生机器人中具有运动性能良好、环境适应能力性强等特点。同足式机器人相比,轮式机器人则具有在平地移动速度快、控制简单等优点。轮腿混合机器人巧妙地结合了前两种机器人的运动优势,因而可以以更加优良的性能指标应用到抗震救灾、无人运输、地质勘探、信号侦查等·高危险、高复杂程度的领域中。
在现阶段的轮腿混合机器人中,尤其以四足机器人最为常见,但由于其腿部结构大多采用串联结构形式,因而在机器人刚度、承载能力及运动灵活性方面都受到不同程度的制约。本发明专利旨在通过设计一种基于2-SPS&&RR并联机构的轮腿混合四足机器人,进而有效提升机器人的承载力以及控制上的精度,使其环境适应能力得到大幅提升,在不久的将来为国民经济、生产生活贡献力量。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种轮腿混合四足机器人。
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种轮腿混合四足机器人,包括安装平台、转向机构和4条机械腿;
所述机械腿包括2条前腿和2条后腿,2条前腿通过转向机构安装于所述安装平台下端的前部;2条后腿固定设置于安装平台下端的后部;
所述转向机构包括转向舵机和日字形连杆机构,日字形连杆机构包括第一长杆、第二长杆、第一短杆、第二短杆和中间杆,所述第一长杆两端分别与所述第一短杆、第二短杆相铰接,与其相对称地,所述第二长杆两端分别与所述第一短杆、第二短杆相铰接,所述中间杆两端分别于所述第一长杆、第二长杆的中点处与其相铰接,所述转向舵机与安装平台固定连接,所述转向舵机的输出轴与所述中间杆于其中点处相连接,所述第一短杆、第二短杆分别与2条前腿的静平台固定连接;
所述机械腿包括静平台、1条RR支链、2条SPS支链、动平台和滚轮,所述RR支链和2条SPS支链沿竖直方向设置于所述静平台和所述动平台之间,RR支链位于前侧,2条SPS支链位于后侧,所述滚轮设置于所述动平台的下端。
在上述技术方案中,所述RR支链包括第一驱动舵机、第二驱动舵机、U型支架和连接支架,所述U型支架呈U型,两侧的短臂可以与所述第一驱动舵机、第二驱动舵机和连接支架相铰接,其数量为6个,包括第一U型支架、第二U型支架、第三U型支架、第四U型支架、第五U型支架和第六U型支架;所述连接支架两侧可分别与2条U型支架相铰接,其数量为2个,包括第一连接支架和第二连接支架;所述RR支链由上至下各部件的设置次序为第一驱动舵机、第一U型支架、第二U型支架、第一连接支架、第三U型支架、第二驱动舵机、第四U型支架、第五U型支架、第二连接支架和第六U型支架,所述第一驱动舵机与静平台固定连接,所述第一驱动舵机与第一U型支架相铰接,所述第一U型支架与第二U型支架固定连接,所述第二U型支架与第一连接支架相铰接,所述第一连接支架与第三U型支架相铰接,所述第三U型支架与第二驱动舵机固定连接,所述第二驱动舵机与第四U型支架相铰接,所述第四U型支架与第五U型支架固定连接,所述第五U型支架与第二连接支架相铰接,所述第二连接支架与第六U型支架相铰接,所述第六U型支架与动平台固定连接。
在上述技术方案中,所述SPS支链包括上球轴承、气筒和下球轴承,所述气筒上、下端分别连接上球轴承和下球轴承,上球轴承上端连接静平台,下球轴承下端连接动平台。
在上述技术方案中,所述安装平台内设置有主机,所述主机与转向舵机、以及各机械腿的第一驱动舵机、第二驱动舵机通讯连接,向各个舵机发送执行转向、行进等动作的信号。
在上述技术方案中,所述安装平台上安装太阳能板,太阳能板与所述主机连接,为其供电。
在上述技术方案中,每个所述滚轮旁设置单独的驱动电机。
同现阶段常见的轮腿混合四足机器人相比,本发明专利具有的显著优势在于:
1、将轮子结构与腿部结构巧妙结合,兼具轮式机器人和足式机器人的性能优势,可以根据运动环境的不同,调整运动方式,进而实现不同运动方式下的环境适应能力。
2、运用并联机构的腿部结构设计,相比于串联结构而言,在运动灵活性、承载能力方面都有较大提升。
3、简化传统空间并联机构,运用气筒部件刻画移动副,同时起到了简化控制和提升运动平稳性的双重目标。
4、驱动部件相对较少,很大程度上降低了机器人的能耗和整体负载,便于其主动行进。
5、自主设计转向机构,采用一组平行四边形连杆布置在前两足的轮腿静平台上方,转向通过舵机来实现。实现机器人的转向运转。
6、机器人外部搭载太阳能电池板,有效解决机器人的能源供给和续航问题,实现了机器人的动力系统保障。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图(一)。
图2为本发明整体结构示意图(二)。
图3为转向机构结构示意图。
图4为机械腿结构示意图。
图5为RR支链结构示意图。
其中:1为安装平台,2为太阳能板,3为主机,4为转向机构,4-1为转向舵机,4-2为第一长杆,4-3为第二长杆,4-4为第一短杆,4-5为第二短杆,4-6为中间杆,5为机械腿,5-1为静平台,5-2为上球轴承,5-3为气筒,5-4为下球轴承,5-5为动平台,5-6为滚轮,5-7为第一驱动舵机,5-8为第一U型支架,5-9为第二U型支架,5-10为第一连接支架,5-11为第三U型支架,5-12为第二驱动舵机,5-13为第四U型支架,5-14为第五U型支架,5-15为第二连接支架,5-16为第六U型支架。
对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
一种轮腿混合四足机器人,包括安装平台1、转向机构4和4条机械腿5;
所述机械腿5包括2条前腿和2条后腿,2条前腿通过转向机构4安装于所述安装平台1下端的前部;2条后腿固定设置于安装平台1下端的后部;
所述转向机构4包括转向舵机4-1和日字形连杆机构,日字形连杆机构包括第一长杆4-2、第二长杆4-3、第一短杆4-4、第二短杆4-5和中间杆4-6,所述第一长杆4-2两端分别与所述第一短杆4-4、第二短杆4-5相铰接,与其相对称地,所述第二长杆4-3两端分别与所述第一短杆4-4、第二短杆4-5相铰接,所述中间杆4-6两端分别于所述第一长杆4-2、第二长杆4-3的中点处与其相铰接,所述转向舵机4-1与安装平台1固定连接,所述转向舵机4-1的输出轴与所述中间杆4-6于其中点处相连接,所述第一短杆4-4、第二短杆4-5分别与2条前腿的静平台5-1固定连接;
所述机械腿5包括静平台5-1、1条RR支链、2条SPS支链、动平台5-5和滚轮5-6,所述RR支链和2条SPS支链沿竖直方向设置于所述静平台5-1和所述动平台5-5之间,RR支链位于前侧,2条SPS支链位于后侧,所述滚轮5-6设置于所述动平台5-5的下端。
在本实施例中,所述RR支链包括第一驱动舵机5-7、第二驱动舵机5-12、U型支架和连接支架,所述U型支架呈U型,两侧的短臂可以与所述第一驱动舵机5-7、第二驱动舵机5-12和连接支架相铰接,其数量为6个,包括第一U型支架5-8、第二U型支架5-9、第三U型支架5-11、第四U型支架5-13、第五U型支架5-14和第六U型支架5-16;所述连接支架两侧可分别与2条U型支架相铰接,其数量为2个,包括第一连接支架5-10和第二连接支架5-15;所述RR支链由上至下各部件的设置次序为第一驱动舵机5-7、第一U型支架5-8、第二U型支架5-9、第一连接支架5-10、第三U型支架5-11、第二驱动舵机5-12、第四U型支架5-13、第五U型支架5-14、第二连接支架5-15和第六U型支架5-16,所述第一驱动舵机5-7与静平台5-1固定连接,所述第一驱动舵机5-7与第一U型支架5-8相铰接,所述第一U型支架5-8与第二U型支架5-9固定连接,所述第二U型支架5-9与第一连接支架5-10相铰接,所述第一连接支架5-10与第三U型支架5-11相铰接,所述第三U型支架5-11与第二驱动舵机5-12固定连接,所述第二驱动舵机5-12与第四U型支架5-13相铰接,所述第四U型支架5-13与第五U型支架5-14固定连接,所述第五U型支架5-14与第二连接支架5-15相铰接,所述第二连接支架5-15与第六U型支架5-16相铰接,所述第六U型支架5-16与动平台5-5固定连接。
在本实施例中,所述SPS支链包括上球轴承5-2、气筒5-3和下球轴承5-4,所述气筒5-3上、下端分别连接上球轴承5-2和下球轴承5-4,上球轴承5-2上端连接静平台5-1,下球轴承5-4下端连接动平台5-5。
在本实施例中,所述安装平台1内设置有主机3,所述主机3与转向舵机4-1、以及各机械腿的第一驱动舵机5-7、第二驱动舵机5-12通讯连接,向各个舵机发送运行信号执行转向、行进等信号。
上述一种轮腿混合四足机器人的运行原理如下所述:所述主机3与转向舵机、以及各机械腿的第一驱动舵机、第二驱动舵机通讯连接,向各个舵机发送运行信号。转向舵机输出转向动作时,通过日字形连杆机构,带动2条前腿以第一短杆、第二短杆的中点为转轴执行转动,进而实现两条前腿的转向。以一条机械腿为例,第一驱动舵机和第二驱动舵机均可执行正向与反向的输出,带动与其铰接的第一U型支架、第三U型支架、第四U型支架转动,第一驱动舵机和第二驱动舵机输出动作的结果体现在RR支链在竖直方向上的收缩,同时地,动平台的向上仰起,后方的2条SPS支链中的气筒发生随动的收缩,实现单独一条机械腿的抬起;相反地,当第一驱动舵机和第二驱动舵机执行相反的输出时,RR支链在竖直方向上恢复下垂,动平台恢复水平,SPS支链中的气筒反弹回原状,机械退恢复原始状态;通过对不同机械腿上第一驱动舵机和第二驱动舵机的驱动,参照上述步骤可实现各机械腿在不同时间的抬起和落下,模拟四足动物的行进。
实施例2
在上述实施例1的基础上,满足在野外的工作需要,在所述安装平台上安装太阳能板,太阳能板与所述主机连接,为其供电,提高供电及使用时长。
实施例3
在上述实施例1或2的基础上,在每个所述滚轮旁设置单独的驱动电机,使本装置具有另外一种工作模式,即在机械腿不执行动作时,可单独直接驱动滚轮旁的驱动电机执行滚轮的转动,使本装置依靠滚轮的转动进行行进。
本文中为部件所编序号本身,例如“第一”、“第二”等,仅用于区分所描述的对象,不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”,如无特别说明,均包括直接和间接连接(联接)。在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以上对本发明做了示例性的描述,应该说明的是,在不脱离本发明的核心的情况下,任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种轮腿混合四足机器人,其特征在于:包括安装平台、转向机构和4条机械腿;
所述机械腿包括2条前腿和2条后腿,2条前腿通过转向机构安装于所述安装平台下端的前部;2条后腿固定设置于安装平台下端的后部;
所述转向机构包括转向舵机和日字形连杆机构,日字形连杆机构包括第一长杆、第二长杆、第一短杆、第二短杆和中间杆,所述第一长杆两端分别与所述第一短杆、第二短杆相铰接,与其相对称地,所述第二长杆两端分别与所述第一短杆、第二短杆相铰接,所述中间杆两端分别于所述第一长杆、第二长杆的中点处与其相铰接,所述转向舵机与安装平台固定连接,所述转向舵机的输出轴与所述中间杆于其中点处相连接,所述第一短杆、第二短杆分别与2条前腿的静平台固定连接;
所述机械腿包括静平台、1条RR支链、2条SPS支链、动平台和滚轮,所述RR支链和2条SPS支链沿竖直方向设置于所述静平台和所述动平台之间,RR支链位于前侧,2条SPS支链位于后侧,所述滚轮设置于所述动平台的下端。
2.根据权利要求1所述的一种轮腿混合四足机器人,其特征在于:所述RR支链包括第一驱动舵机、第二驱动舵机、U型支架和连接支架,所述U型支架呈U型,两侧的短臂可以与所述第一驱动舵机、第二驱动舵机和连接支架相铰接,其数量为6个,包括第一U型支架、第二U型支架、第三U型支架、第四U型支架、第五U型支架和第六U型支架;所述连接支架两侧可分别与2条U型支架相铰接,其数量为2个,包括第一连接支架和第二连接支架;所述RR支链由上至下各部件的设置次序为第一驱动舵机、第一U型支架、第二U型支架、第一连接支架、第三U型支架、第二驱动舵机、第四U型支架、第五U型支架、第二连接支架和第六U型支架,所述第一驱动舵机与静平台固定连接,所述第一驱动舵机与第一U型支架相铰接,所述第一U型支架与第二U型支架固定连接,所述第二U型支架与第一连接支架相铰接,所述第一连接支架与第三U型支架相铰接,所述第三U型支架与第二驱动舵机固定连接,所述第二驱动舵机与第四U型支架相铰接,所述第四U型支架与第五U型支架固定连接,所述第五U型支架与第二连接支架相铰接,所述第二连接支架与第六U型支架相铰接,所述第六U型支架与动平台固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种轮腿混合四足机器人,其特征在于:所述SPS支链包括上球轴承、气筒和下球轴承,所述气筒上、下端分别连接上球轴承和下球轴承,上球轴承上端连接静平台,下球轴承下端连接动平台。
4.根据权利要求1所述的一种轮腿混合四足机器人,其特征在于:所述安装平台内设置有主机,所述主机与转向舵机、以及各机械腿的第一驱动舵机、第二驱动舵机通讯连接,向各个舵机发送执行转向、行进等动作的信号。
5.根据权利要求1所述的一种轮腿混合四足机器人,其特征在于:所述安装平台上安装太阳能板,太阳能板与所述主机连接,为其供电。
6.根据权利要求1所述的一种轮腿混合四足机器人,其特征在于:每个所述滚轮旁设置单独的驱动电机。
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