CN114179930B - 一种重载足式机器人的整体式轻质机体及重载足式机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人相关技术领域，其公开了一种重载足式机器人的整体式轻质机体及重载足式机器人，机体包括机架及保护架，机架为对称的框架结构，保护架连接于机架；机架包括上支承环、下支承环、梁柱组及腹部肋条组，上支承环与下支承环的结构相同，均呈双向凸形，梁柱组连接上支承环及下支承环，其位于上支承环及下支承环之间；腹部肋条组连接于下支承环远离上支承环的一侧；上支承环是由一个多次折弯后的空心钢管通过一次焊接所形成的一个整体框形结构；腹部肋条组是由空心圆管折弯而成的；梁柱组采用薄壁圆管结构。本发明有助于提高机架强度、提高负载能力、增强动态性能和抗冲击能力，减小应力引发的变形。

Description

一种重载足式机器人的整体式轻质机体及重载足式机器人

技术领域

本发明属于机器人相关技术领域，更具体地，涉及一种重载足式机器人的整体式轻质机体及重载足式机器人。

背景技术

足式机器人依靠离散的落足点行进，且腿足构成天然的悬挂结构，因而对于复杂结构地形具有很强的适应性，在自然灾害救援、山地物质运送、建筑工地巡检、乃至侦察等诸多领域具有十分广阔的应用前景。

一般地，一个完整的足式机器人系统主要包括腿足部件、机体、本体功能部件(主要有动力源装置、作动器及其驱动控制系统、运动解算计算机、本体状态和环境感知器等)。与足式动物类比，足式机器人的本体功能部件类似于动物的功能器官，而机体则类似与躯干。机体虽然不是运动部件，但在整个机器人系统中起着重要的作用，扮演着多重角色，相应地，对于每个作用和角色，其要求也不相同。

机体的作用之一，是包容机器人本体功能部件、连接腿足部件、装在任务载荷，并为这些部件依照空间布局的要求而实施的固定或者连接提供稳定的基础；其二，机体要承受其包容的各种本体功能部件和任务载荷的重量，以及驱使这些部件随机器人行进而导致的惯性作用反力，同时要承受足-地相互作用传递的强交变载荷和冲击。其三，当机器人发生倾倒时，机体还需要能够保护本体功能部件免受冲击和损坏。要完成这些角色，机体需要具有足够的容积，且容积内各个空间区域具有明晰的空间分隔；机体具有高承载能力、高强度、高刚度和高可靠性，需要足够“壮硕”，以避免机体在承力时发生不可恢复的形变甚至破坏。除此之外，相对于机器人的腿足部件，机体也是其负载的一部分。为了满足整个机器人系统的高机动性、高承载、高载荷自重比的要求，基体的重量势必要求尽可能地减小，以便将机器人有限的动力和腿足系统负载能力更多地应用于完成高机动的运动和任务载荷的投送。这两方面的要求相互冲突，在重载足式机器人的设计中，这种冲突和矛盾表现的尤为突出，对机体的设计提出了严峻的挑战。

此外，在足式机器人的设计中，还要考虑腿部连接基座的精度，以满足机器人前后腿侧摆关节轴线同轴、左右腿侧关节横截面共面，垂直站立时左右腿髋关节轴线同轴，前后腿髋关节平行等严苛的位姿要求。机体上的腿部连接基座的加工精度对后续的腿部安装作业难易程度具有很大的影响。如果腿部连接基座的加工精度高，则腿部安装过程中很容易获得空间相对基准，极大地简化了腿部位姿调整过程；否则，腿部安装过程需要借助于昂贵的空间校准仪器和装置，增加了保护安装的复杂度和难度。

在已公开的足式机器人设计方案中，人们对于机器人机体的关注较少，主要原因是关注的重点是机器人的腿部结构和运动能力，或者所设计的机器人体型较小、重量较轻，机体对于整个机器人的性能影响不大，设计相对容易。例如，授权专利ZL2017303343154公开了一种四足机器人机架，将轻质板材通过螺栓连接在一起组成机架，质量轻，但是无法承受大载荷，仅适用于小型四足机器人。

对于具有高承载能力、高机动性的足式机器人来讲，高承载、高强度、轻质量、高定位精度的机体尤为关键。授权专利ZL2020108647462公开了一种大轴距高动态四足机器人的整体式轻质机架及其加工工艺。该机架分为头部、主干、尾部三部分，在头部和尾部有用来安装前后腿部件的机械接口。主干处于头部和尾部之间，为功能性部件提供了安装空间和安装基础。该型机架加工过程中，先将一些短直杆件通过焊接连接起来，分别形成头部和尾部框架，然后采用一些较长的直杆将头部、尾部框架沿纵向焊接起来，组成整个机架，中间的部分即为主干。在头部、尾部焊接前，使用L型架将相互垂直的杆件通过螺栓连接在一起，以保证需要相互垂直的杆件焊接后的相对位姿，进而提高头部、尾部框架的形状精度。这种机架结构及其加工工艺存在的问题是：

(1)焊缝多，机架整体刚度不足，承载时形变较大，机架结构的结构模态频率较低，与机器人行进时的步频接近，机器人行走时易引发共振，影响行进的动态稳定性；

(2)结构强度不足。由于焊接强度往往不及母材，在支承载荷的动态惯性力和足地交互强交变作用下，易发生焊点脱离，甚至发生机体结构断裂；

(3)为保证腿部安装精度，需要事先使用大量的L型架将杆件连接在一起，工艺复杂，并且安装L型架需要对杆件进行打孔，降低了杆件强度。

从机架的功能和结构来看，轻型乘用车的整体式车架与足式机器人的机架有许多相似之处，但对于减重的要求没有足式机器人那样苛刻。授权专利ZL2019218470866公开了一种汽车底盘，其中包括了车架。该车架也是将多根矩形直管焊接在一起组成机架，与授权专利ZL2020108647462类似。此外，处于实审阶段的专利申请2020102718587和授权专利ZL2013201273469的机架设计均与专利ZL2019218470866相似，这些车架设计并不能完全适合于足式机器人。

综上所述，如何针对重载四足机器人的需求，设计和加工一种既具有轻量化自重，又具有高强度、高刚度，更具有高精度、简便化的腿组部件安装接口的整体式轻质机体依然是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种重载足式机器人的整体式轻质机体及重载足式机器人，所述机体采用整体多层框架结构，由两层平面支承环和竖向梁柱焊接而成，支承环采用长管弯折、端头拼焊加工工艺，减少了焊缝数量，提高了结构强度和可靠性；框架主力侧面增加加强结构来提高整体刚度，非助力部件采用轻质材料以减轻机体重量。这些措施有效地提高了机体的负载能力和荷重比，框架内区域功能明确，为本体功能部件提供了容纳空间和安装基础，框架四角有与腿足部件连接的基座机构，通过校准装置和校准工艺，腿部连接基座的位置精度在机体加工时得到了保证，避免了腿部安装时的复杂校准过程。同时，框架侧面有延伸保护架，在机器人遭遇意外情况时侧向倾倒时保护关键部件免受损坏。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种重载足式机器人的整体式轻质机体，所述整体式轻质机体包括机架及保护架，所述机架为对称的框架结构，所述保护架连接于所述机架；

所述机架包括上支承环、下支承环、梁柱组及腹部肋条组，所述上支承环与所述下支承环的结构相同，均呈双向凸形，所述梁柱组连接所述上支承环及所述下支承环，其位于所述上支承环及所述下支承环之间；所述腹部肋条组连接于所述下支承环远离所述上支承环的一侧；

所述上支承环是由一个多次折弯后的空心钢管通过一次焊接所形成的一个整体框形结构；所述腹部肋条组是由空心圆管折弯而成的；所述梁柱组采用薄壁圆管结构。

进一步地，所述腹部肋条组包括第一腹部肋条及第二腹部肋条，所述第一腹部肋条及所述第二腹部肋条均呈倒梯形，且两者间隔设置；所述第一腹部肋条的两端分别连接于所述下支承环的中部。

进一步地，所述保护架关于所述上支承环对称设置，其包括左前保护架、右前保护架、左后保护架及右后保护架，所述左前保护架的两端、右前保护架的两端、左后保护架的两端、右后保护架的两端分别连接于所述上支承环及所述下支承环；所述右前保护架及所述右后保护架位于所述上支承环的一侧，所述左前保护架及所述左后保护架位于所述上支承环的另一侧。

进一步地，所述保护架的倾斜边与对应的所述腹部肋条组的腹部肋条的同侧倾斜边的角度相同，并且共线。

进一步地，所述机体还包括加强筋组，所述加强筋组连接所述上支承环及所述下支承环。

进一步地，所述梁柱组包括左前梁柱、右前梁柱、左后梁柱及右后梁柱，所述左前梁柱的两端、所述右前梁柱的两端、所述左后梁柱的两端及所述右后梁柱的两端分别连接于所述上支承环的中部及所述下支承环的中部；所述加强筋组包括X型的第一前加强筋、第二前加强筋、第三前加强筋、第一后加强筋、第二后加强筋、第三后加强筋、左加强筋及右加强筋；所述第一前加强筋、所述第二前加强筋、所述第三前加强筋、所述第三后加强筋、所述第二后加强筋及所述第一后加强筋依次间隔设置，且分别连接所述上支承环及所述下支承环；所述第一前加强筋的两端分别连接所述上支承环与所述下支承环的同一端，所述第一后加强筋连接于所述上支承环及所述下支承环的另一端；所述第三前加强筋分别连接于所述左前梁柱及所述右前梁柱；所述第三后加强筋连接所述左后梁柱及右后梁柱；所述第二前加强筋连接所述上支承环及所述下支承环，所述第二后加强筋连接所述上支承环及所述下支承环；所述左加强筋连接所述上支承环的中部及所述下支承环的中部，所述右加强筋连接所述上支承环的中部及所述下支承环的中部，所述左加强筋及所述右加强筋分别位于所述机架相背的两侧。

进一步地，所述机体还包括支撑组件，所述支撑组件包括雷达垫板、天线垫板、拉绳控制器板、第一驱动器底板、第二驱动器底板、控制器底板、第一驱动器底板承重杆、第二驱动器底板承重杆、第一低压电池承重杆及第二低压电池承重杆；所述雷达垫板及所述天线垫板分别连接在所述上支承环的两端；所述拉绳控制器板连接在所述下支承环邻近所述雷达垫板的一端上；所述第一驱动器底板承重杆及所述第二驱动器底板承重杆的两端分别连接于所述梁柱组，且两者间隔设置；所述第一驱动器底板、所述控制器底板及所述第二驱动器底板分别设置在所述第一驱动器底板承重杆及所述第二驱动器底板承重杆上；所述第一低压电池承重杆及所述第二低压电池承重杆的两端分别连接于所述腹部肋条组。

进一步地，所述机架还包括承物杆组，所述承物杆组分别设置在所述上支承环及所述下支承环上；所述机体还包括承载框，所述承载框设置在所述承物杆组上，其位于所述机架的上端。

进一步地，所述机体还包括校准机构，所述校准机构包括左前对中柱、右前对中柱、左后对中柱、右后对中柱、左长对中柱、右长对中柱及短对中杆组；所述左前对中柱的一端与所述左后对中柱的一端分别连接于所述左长对中柱的两端，所述右前对中柱的一端与所述右后对中柱的一端分别连接于所述右长对中柱的两端；所述左前对中柱通过所述短对中杆组连接于所述右前对中柱，所述左后对中柱及所述右后对中柱通过所述短对中杆组相连接；所述左前对中柱的另一端及所述右前对中柱的另一端分别连接于所述上支承环的同一端，所述左后对中柱的另一端及所述右后对中柱的另一端分别连接于所述上支承环的另一端；所述左前对中柱、所述右前对中柱、所述左后对中柱及所述右后对中柱分别通过左前腿部基座组、右前腿部基座组、右后腿部基座组及左后腿部基座组连接于所述上支承环及所述下支承环；所述左前腿部基座组包括两个第一左前腿部轴承基座、第二左前腿部轴承基座、两个第一左前腿部电机基座及第二左前腿部电机基座，两个所述第一左前腿部轴承基座分别固定在所述上支承环及所述下支承环的凸起上且位于同一侧，所述第二左前腿部轴承基座连接两个所述第一左前腿部轴承基座；两个所述第一左前腿部电机基座分别固定在所述上支承环及所述下支承环中部，所述第二左前腿部电机基座连接两个所述第一左前腿部电机基座；所述左前对中柱的两端分别连接所述第二左前腿部轴承基座及所述第二左前腿部电机基座。

按照本发明的另一个方面，提供了一种重载足式机器人，所述机器人包括如上所述的重载足式机器人的整体式轻质机体及功能部件，所述功能部件设置在所述整体式轻质机体上。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的重载足式机器人的整体式轻质机体及重载足式机器人主要具有以下有益效果：

1.整体式轻质机架采用空心钢管焊接而成，并且主要用于承力的上支承环与下支承环均采用长管折弯、端头拼焊的方式加工，焊缝少，相比于多次焊接的非折弯管，有助于提高机架强度及负载能力，增强动态性能和抗冲击能力，减小应力引发的变形。

2.机体各零件在空间上的布置，将机体分为了不同的区域，如腿部安装区、低压电池区、高压电池区、驱动器区、控制器及其他功能部件区、承载区、天线区、雷达区、拉绳控制器区，不同区域用于不同的功能，模块清晰，互不干涉，既有助于实现紧凑化，又有助于减少不同区域之间的电磁干扰，增加了机器人的稳定性。

3.保护架的斜边可与同侧机器人足端触地点共面，当机器人发生侧向倾倒时，可以有效的提供支承力，保护关键零部件不受损伤。

4.加强筋可以有效地防止机体在各个方向上的弯曲、扭转变形，增加了机体的强度，同时，加强筋的薄壁、厚壁依次交替，可降低机体质量。

5.校准机构和校准工艺的使用，简化了装配工艺，并保证了腿部基座机构间的相对位置，进而保证了机器人四条腿的安装精度，最终保证了机器人的运动精度。

6.机体按照承力情况，对不同的部件采用不同的材料与加工工艺，有助于减小机体质量。

附图说明

图1是本发明提供的重载足式机器人的整体式轻质机体的立体示意图；

图2是图1中的重载足式机器人的整体式轻质机体的正视图；

图3是图1中的重载足式机器人的整体式轻质机体的后视图；

图4是图1中的重载足式机器人的整体式轻质机体的左视图；

图5是图1中的重载足式机器人的整体式轻质机体的右视图；

图6是图1中的重载足式机器人的整体式轻质机体的俯视图；

图7是图1中的重载足式机器人的整体式轻质机体的仰视图；

图8是图1中的重载足式机器人的整体式轻质机体的上支承环的示意图；

图9是图1中的重载足式机器人的整体式轻质机体的下支承环的示意图；

图10是图1中的重载足式机器人的整体式轻质机体的第一腹部肋条的示意图；

图11是图1中的重载足式机器人的整体式轻质机体的左前腿部基座和左前对中柱的示意图；

图12是图1中的重载足式机器人的整体式轻质机体的机架的示意图；

图13中的(a)、(b)、(c)分别是图1中的整体式轻质机体沿一个角度的示意图、及沿另外两个角度的局部示意图；

图14是图1中的重载足式机器人的整体式轻质机体的左前保护架的局部示意图；

图15是图1中的重载足式机器人的整体式轻质机体的前加强筋的局部示意图；

图16是图1中的重载足式机器人的整体式轻质机体的分区示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：100-机架，110-上支承环，120-下支承环，130-梁柱组，131-左前梁柱，132-右前梁柱，133-左后梁柱，134-右后梁柱，140-腹部肋条组，141-第一腹部肋条，142-第二腹部肋条，150-承物杆组，151-上前长承物杆，152-上后长承物杆，153-下前长承物杆，154-下中长承物杆，155-下后长承物杆，156-上前短承物杆，157-上后短承物杆，158-下前短承物杆，159-下后短承物杆，200-保护架，211-左前保护架，212-右前保护架，213-左后保护架，214-右后保护架，220-保护架连接件，300-支撑组件，311-雷达垫板，312-天线垫板，313-拉绳控制器板，314-第一驱动器底板，315-第二驱动器底板，316-控制器底板，317-第一驱动器底板承重杆，318-第二驱动器底板承重杆，319-第一低压电池承重杆，320-第二低压电池承重杆，330-管管连接件，340-管板连接件，400-校准机构，411-左前对中柱，412-右前对中柱，413-左后对中柱，414-右后对中柱，421-左长对中柱，422-右长对中柱，430-短对中杆组，431-第一短对中杆，432-第二短对中杆，433-第三短对中杆，434-第四段对中杆，437-第七短对中杆，438-第八短对中杆，500-承载框，600-加强筋组件，611-第一前加强筋，613-第三前加强筋，614-第一后加强筋，616-第三后加强筋，617-左加强筋，618-右加强筋，620-加强筋连接件，700-腿部基座组，710-左前腿部基座组，712-第一左前腿部轴承基座，715-第一左前腿部电机基座，720-右前腿部基座，730-左后腿部基座组，740-右后腿部基座组。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6及图7，本发明提供了一种重载足式机器人的整体式轻质机体，所述机体为对称框架结构，其包括机架100、保护架200、支撑组件300、校准机构400、承载框500、加强筋组件600及腿部基座组700。所述机架100为上下多层结构。所述加强筋组件600设置在所述机架100上。所述保护架200设置在所述机架100的侧部。所述校准机构400通过所述腿部基座组700连接于所述机架100。所述支撑组件300设置在所述机架100上，所述承载框500设置在所述支撑组件300上。

请参阅图8、图9、图10及图12，所述机架100包括上支承环110、下支承环120、梁柱组130、腹部肋条组140及承物杆组150，所述上支承环110与所述下支承环120间隔设置，所述梁柱组130连接所述上支承环110及所述下支承环120。所述腹部肋条组140连接于所述下支承环120远离所述上支承环110的一侧。所述承物杆组150设置在所述上支承环110及所述下支承环120上。

所述上支承环110及所述下支承环120均是通过长管折弯及端头拼焊而成的，且两者均呈双向凸形，即两头窄，中间宽。所述上支承环110与所述下支承环120通过所述梁柱组130焊接而成空间结构。所述梁柱组130包括左前梁柱131、右前梁柱132、左后梁柱133及右后梁柱134，所述左前梁柱131的两端、所述右前梁柱132的两端、所述左后梁柱133的两端及所述右后梁柱134的两端分别连接于所述上支承环110的中部及所述下支承环120的中部。其中，所述左前梁柱131及所述左后梁柱133位于一侧，所述右前梁柱132与所述右后梁柱134位于另一侧，所述左前梁柱131与所述右前梁柱132相对设置，所述左后梁柱133与所述右后梁柱134相对设置。

所述腹部肋条组140包括第一腹部肋条141及第二腹部肋条142，所述第一腹部肋条141及所述第二腹部肋条142均呈倒梯形，且两者间隔设置。所述第一腹部肋条141的两端分别连接于所述下支承环120的中部，且分别邻近所述左前梁柱131及所述右前梁柱132设置。所述第二腹部肋条142的两端分别连接于所述下支承环120的中部，且分别邻近所述左后梁柱133及所述右后梁柱134设置。本实施方式中，所述第一腹部肋条141及所述第二腹部肋条142均是焊接到所述下支承环120上的；所述第一腹部肋条141所在的平面及所述第二腹部肋条142所在的平面均与所述下支承环120所在的平面垂直，所述上支承环110所在的平面与所述下支承环120所在的平面相互平行。

所述承物杆组150包括上前长承物杆151、上后长承物杆152、下前长承物杆153、下中长承物杆154、下后长承物杆155、上前短承物杆156、上后短承物杆157、下前短承物杆158及下后短承物杆159，所述上前短承物杆156、所述上前长承物杆151、所述上后长承物杆152及所述上后短承物杆157依次间隔设置，且两端分别连接于所述上支承环110，所述上前长承物杆151及所述上后长承物杆152分别连接于所述上支承环110的中部，所述上前短承物杆156及所述上后短承物杆157分别连接于所述上支承环110的两端。所述下前短承物杆158及所述下后短承物杆159分别连接于所述下支承环120的两端，所述下前长承物杆153、所述下中长承物杆154及所述下后长承物杆155分别连接于所述下支承环120的中部。本实施方式中，所述上前长承物杆151、上后长承物杆152、下前长承物杆153、下中长承物杆154及下后长承物杆155的结构相同；所述上前短承物杆156、上后短承物杆157、下前短承物杆158及下后短承物杆159的结构相同；所述上支承环110、所述下支承环120、所述腹部肋条组140、所述梁柱组130及所述承物杆组150均是采用薄壁圆管制备而成的。

请参阅图14及图15，所述保护架200包括左前保护架211、右前保护架212、左后保护架213、右后保护架214及保护架连接件220，所述左前保护架211的两端、右前保护架212的两端、左后保护架213的两端、右后保护架214的两端分别通过保护架连接件220以螺栓连接的方式连接于所述上支承环110及所述下支承环120。所述右前保护架212及所述右后保护架214位于所述上支承环110的一侧，所述左前保护架211及所述左后保护架213位于所述上支承环110的另一侧。所述保护架200的倾斜边与对应的所述腹部肋条组140的腹部肋条的同侧倾斜边的角度相同，并且共线，通过所述保护架200的使用，有效地保护了关键部件在机器人倾倒时不受到损害，提高了对机体的保护作用。

本实施方式中，所述保护架200是采用轻质高强度铝材制备而成的；左前保护架211、右前保护架212、左后保护架213、右后保护架214均是采用空心铝管制造，且四者的结构相同；当然，在其他实施方式中，四个保护架中可以两两结构相同，所述保护架200关于所述上支承环110对称设置。

所述支撑组件300包括雷达垫板311、天线垫板312、拉绳控制器板313、第一驱动器底板314、第二驱动器底板315、控制器底板316、第一驱动器底板承重杆317、第二驱动器底板承重杆318、第一低压电池承重杆319、第二低压电池承重杆320、管管连接件330及管板连接件340。所述雷达垫板311及所述天线垫板312分别通过管管连接件330以螺栓连接方式分别连接在所述上支承环110的两端。所述拉绳控制器板313通过螺栓连接的方式连接在所述下支承环120邻近所述雷达垫板311的一端上。所述第一驱动器底板承重杆317及所述第二驱动器底板承重杆318的两端分别通过管管连接件330连接于所述梁柱组130，且两者间隔设置，长度方向与所述上支承环110的长度方向相同，同时所述第一驱动器底板承重杆317及所述第二驱动器底板承重杆318位于所述上支承环110与所述下支承环120之间。

所述第一驱动器底板314、所述控制器底板316及所述第二驱动器底板315分别通过管板连接件340设置在所述第一驱动器底板承重杆317及所述第二驱动器底板承重杆318上。所述第一低压电池承重杆319及所述第二低压电池承重杆320的两端分别通过管管连接件330连接于两个所述第一腹部肋条141及所述第二腹部肋条142上，且所述第一低压电池承重杆319与所述第二低压电池承重杆320间隔设置。

请参阅图11及图13，所述校准机构400用于准准备机架时来保证腿部基座之间的精度，其包括左前对中柱411、右前对中柱412、左后对中柱413、右后对中柱414、左长对中柱421、右长对中柱422及短对中杆组430。所述左前对中柱411的一端与所述左后对中柱413的一端分别连接于所述左长对中柱421的两端，所述右前对中柱412的一端与所述右后对中柱414的一端分别连接于所述右长对中柱422的两端。所述左前对中柱411通过所述短对中杆组430连接于所述右前对中柱412，所述左后对中柱413及所述右后对中柱414通过所述短对中杆组430相连接。所述左前对中柱411的另一端及所述右前对中柱412的另一端分别连接于所述上支承环110的同一端，所述左后对中柱413的另一端及所述右后对中柱414的另一端分别连接于所述上支承环110的另一端。

所述短对中杆组430包括第一短对中杆431、第二短对中杆432、第三短对中杆433、第四短对中杆434、第五短对中杆、第六短对中杆、第七短对中杆437及第八短对中杆438。所述第一短对中杆431、所述第二短对中杆432、所述第三短对中杆433及所述第四短对中杆434的两端分别连接所述右前对中柱412及所述左前对中柱411。所述第五短对中杆、所述第六短对中杆、所述第七短对中杆437及所述第八短对中杆438的两端分别连接所述左后对中柱413及所述右后对中柱414。

本实施方式中，两个长对中杆及八个短对中杆均是采用实心钢管；所述左前对中柱411、所述右前对中柱412、所述左后对中柱413及所述右后对中柱414分别用于装配机架时模拟机器人的腿。

所述承载框500设置在所述机架100的上部，其通过螺栓固定在所述上前长承物杆151及所述上后长承物杆152上，可以根据载荷的不同而选择不同的容器。

所述加强筋组件600包括第一前加强筋611、第二前加强筋612、第三前加强筋613、第一后加强筋614、第二后加强筋、第三后加强筋616、左加强筋617、右加强筋618及加强筋连接件620。

所述第一前加强筋611、所述第二前加强筋612、所述第三前加强筋613、所述第三后加强筋616、所述第二后加强筋及所述第一后加强筋614依次间隔设置，且分别通过所述加强筋连接件620连接所述上支承环110及所述下支承环120。所述第一前加强筋611的两端分别连接所述上支承环110与所述下支承环120的同一端，所述第一后加强筋614连接于所述上支承环110及所述下支承环120的另一端。所述拉绳控制器板313连接于所述第一前加强筋611。所述第三前加强筋613分别连接于所述左前梁柱131及所述右前梁柱132。所述第三后加强筋616连接所述左后梁柱133及右后梁柱134。所述第二前加强筋612连接所述上支承环110及所述下支承环120，所述第二后加强筋连接所述上支承环110及所述下支承环120。所述左加强筋617连接所述上支承环110的中部及所述下支承环120的中部，所述右加强筋618连接所述上支承环110的中部及所述下支承环120的中部，所述左加强筋617及所述右加强筋618分别位于所述机架100相背的两侧。本实施方式通过加强筋组件的设置，有效地提高了机体的强度和承载能力，同时提高了机体的支撑作用。

所述腿部基座组700包括左前腿部基座组710、右前腿部基座组720、左后腿部基座组730及右后腿部基座组740，所述左前对中柱411、所述右前对中柱412、所述左后对中柱413及所述右后对中柱414分别通过左前腿部基座组710、所述右前腿部基座组720、右后腿部基座组740及左后腿部基座组730连接于所述上支承环110及所述下支承环120。本实施方式中，左前腿部基座组710的几何中心、右前腿部基座组720的几何中心、左后腿部基座组730的几何中心及右后腿部基座组740的几何中心分别位于同一个矩形的四个顶点处。

所述左前腿部基座组710包括两个第一左前腿部轴承基座712、第二左前腿部轴承基座、两个第一左前腿部电机基座715及第二左前腿部电机基座，两个所述第一左前腿部轴承基座712分别设置在所述上支承环110及所述下支承环120的凸起上且位于同一侧，所述第二左前腿部轴承基座连接两个所述第一左前腿部轴承基座712。两个所述第一左前腿部电机基座715分别设置在所述上支承环110及所述下支承环120中部，所述第二左前腿部电机基座连接两个所述第一左前腿部电机基座715，所述第二左前腿部轴承基座的中心轴与所述第二左前腿部电机基座的中心轴重合。所述左前对中柱411的两端分别连接所述第二左前腿部轴承基座及所述第二左前腿部电机基座。本实施方式中，左前腿部基座组710的结构、右前腿部基座组720的结构、左后腿部基座组730的结构及右后腿部基座组740的结构相同。

本实施方式中，将腿部基座组700焊接到所述上支承环110及所述下支承环120上之前，先将对中柱与腿部轴承基座、腿部电机基座连接，以构成一个整体，保证同轴度；再将腿部基座依次放置在上支承环110及下支承环120上，并将将两根长对中杆、八根短对中杆穿过四个对中柱的对应孔，保证各个腿部基座间的相对位置，然后再将腿部基座焊接在上支承环和下支承环上；需要说明的是，各腿部基座的腿部轴承基座、腿部电机基座与上支承环、下支承环连接的孔的内径均略大于上支承环、下支承环的外径，使得各个腿部基座在与上支承环、下支承环焊接时，可有一定的调节余量，进而使得当上支承环、下支承环的加工精度不是很高时，各个腿部基座仍能保证相对位置，进而保证腿部安装精度。

上支承环、下支承环、腹部肋条、梁柱组、承物杆组、腿部基座组中，除第二腿部轴承基座与第二腿部电机基座外，其他均采用相同高强度轻质材料。

其中，上支承环110由一个多次折弯的空心钢管通过一次焊接的方式形成一个整体，相比于直管多次焊接形成的支承架，其强度更高、质量更轻、稳定性更好、动态性能更强、负载能力更大、应力更小。下支承环120与上支承环110的结构相同，均采用一个多次折弯的空心钢管通过一次焊接的方式形成一个整体。所述第一腹部肋条141是由一根空心圆管折弯而成，通过焊接的方式连接到所述下支承环120上。

左前对中柱411自图中右侧方向依次穿过第二左前腿部电机基座的孔及所述第二左前腿部轴承基座的孔，当左前对中柱411的轴端面与第二左前腿部轴承基座的内侧孔端面贴合时，左前对中柱411与所述第二左前腿部轴承基座无法发生轴线方向上的相对移动，两者在轴线方向上的相对位置得到了确定；当左前对中柱411的轴端面与第二左前腿部电机基座的内侧孔端面贴合时，左前对中柱411与第二左前腿部电机基座无法发生轴线方向上的相对移动，两者在轴线方向上的相对位置也得到了确定，并保证了所述第二左前腿部轴承基座与第二左前腿部电机基座的孔的同轴度。随后，第一左前腿部轴承基座、第一左前腿部电机基座715按照图中所示夹在上支承环和下支承环上，等待校准、焊接。右前腿部基座与右前对中柱、左后腿部基座与左后对中柱、右后腿部基座与右后对中柱的连接方式与上述左前腿部基座与左前对中柱的连接方式相同。

各腿部基座的腿部轴承基座、腿部电机基座的与上支承环、下支承环连接的孔的内径均略大于上支承环、下支承环的外径，使得各个腿部基座在与上支承环、下支承环焊接时，可有一定的调节余量，进而使得当上支承环、下支承环的加工精度不是很高时，各个腿部基座仍能保证相对位置，进而保证腿部安装精度。当左前腿部基座组、右前腿部基座组、左后腿部基座组、右后腿部基座组按照图11所示的连接方式与各对中柱连接，并夹在上支承环和下支承环时，将左长对中杆、右长对中杆按照图13的方式分别与左前对中柱、右前对中柱、左后对中柱、右后对中柱连接，将第一短对中杆、第二短对中杆、第三短对中杆、第四短对中杆、第五短对中杆、第六短对中杆、第七短对中杆及第八短对中杆按照图13的方式分别与左前对中柱、右前对中柱、左后对中柱、右后对中柱连接，保证了各个腿部基座的相对位置，进一步地，将各个腿部轴承基座、腿部电机基座分别焊接在上支承环和下支承环上，如图13所示，以保证左前腿部基座组与左后腿部基座组的轴线的同轴度，以及左前腿部基座组、右前腿部基座组、左后腿部基座组、右后腿部基座组轴线的共面、平行，进而保证机器人四条腿的同轴度和精度关系。

左前保护架采用轻质高强度铝制空心圆管通过折弯制造，铝制材料使其能够吸收与遭受冲击时的能量，保护机身；倾斜方向的一段管可以在机器人倒地时提供较大的与地面接触面积，为机器人提供支承；折弯工艺的使用使得保护架质量轻、强度高。

加强筋采用X型，X型加强筋的设计能够有效减轻机身在多个方向上的弯曲、扭转变形，增强了机体的强度；同时，其壁厚采用厚壁、薄壁交替布置，在保证强度的同时可以降低机体质量。

请参阅图16，机体各零件在空间上的布置，将机体分为了腿部安装区、低压电池区、高压电池区、驱动器区、控制器区、承载区、天线区、雷达区、拉绳控制器区及其他功能部件区，不同区域用于不同的功能，模块清晰，互不干涉，既有助于实现紧凑化，又有助于减少不同区域之间的电磁干扰，增加了机器人的稳定性。

本发明还提供了一种重载足式机器人，所述机器人包括如上所述的重载足式机器人的整体式轻质机体及功能部件，所述功能部件设置在所述整体式轻质机体上。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种重载足式机器人的整体式轻质机体，其特征在于：

所述整体式轻质机体包括机架及保护架，所述机架为对称的框架结构，所述保护架连接于所述机架；

所述机架包括上支承环、下支承环、梁柱组及腹部肋条组，所述上支承环与所述下支承环的结构相同，均呈双向凸形，所述梁柱组连接所述上支承环及所述下支承环，其位于所述上支承环及所述下支承环之间；所述腹部肋条组连接于所述下支承环远离所述上支承环的一侧；

所述上支承环是由一个多次折弯后的空心钢管通过一次焊接所形成的一个整体框形结构；所述腹部肋条组是由空心圆管折弯而成的；所述梁柱组采用薄壁圆管结构；

所述机体还包括校准机构，所述校准机构包括左前对中柱、右前对中柱、左后对中柱、右后对中柱、左长对中柱、右长对中柱及短对中杆组；所述左前对中柱的一端与所述左后对中柱的一端分别连接于所述左长对中柱的两端，所述右前对中柱的一端与所述右后对中柱的一端分别连接于所述右长对中柱的两端；所述左前对中柱通过所述短对中杆组连接于所述右前对中柱，所述左后对中柱及所述右后对中柱通过所述短对中杆组相连接；所述左前对中柱的另一端及所述右前对中柱的另一端分别连接于所述上支承环的同一端，所述左后对中柱的另一端及所述右后对中柱的另一端分别连接于所述上支承环的另一端；所述左前对中柱、所述右前对中柱、所述左后对中柱及所述右后对中柱分别通过左前腿部基座组、右前腿部基座组、右后腿部基座组及左后腿部基座组连接于所述上支承环及所述下支承环；所述左前腿部基座组包括两个第一左前腿部轴承基座、第二左前腿部轴承基座、两个第一左前腿部电机基座及第二左前腿部电机基座，两个所述第一左前腿部轴承基座分别固定在所述上支承环及所述下支承环的凸起上，所述第二左前腿部轴承基座连接两个所述第一左前腿部轴承基座；两个所述第一左前腿部电机基座分别固定在所述上支承环及所述下支承环的中部，所述第二左前腿部电机基座连接两个所述第一左前腿部电机基座；所述左前对中柱的两端分别连接所述第二左前腿部轴承基座及所述第二左前腿部电机基座。

2.如权利要求1所述的重载足式机器人的整体式轻质机体，其特征在于：所述腹部肋条组包括第一腹部肋条及第二腹部肋条，所述第一腹部肋条及所述第二腹部肋条均呈倒梯形，且两者间隔设置；所述第一腹部肋条的两端分别连接于所述下支承环的中部。

3.如权利要求2所述的重载足式机器人的整体式轻质机体，其特征在于：所述保护架关于所述上支承环对称设置，其包括左前保护架、右前保护架、左后保护架及右后保护架，所述左前保护架的两端、右前保护架的两端、左后保护架的两端、右后保护架的两端分别连接于所述上支承环及所述下支承环；所述右前保护架及所述右后保护架位于所述上支承环的一侧，所述左前保护架及所述左后保护架位于所述上支承环的另一侧。

4.如权利要求3所述的重载足式机器人的整体式轻质机体，其特征在于：所述保护架的倾斜边与对应的所述腹部肋条组的腹部肋条的同侧倾斜边的角度相同，并且共线。

5.如权利要求1所述的重载足式机器人的整体式轻质机体，其特征在于：所述机体还包括加强筋组，所述加强筋组连接所述上支承环及所述下支承环。

6.如权利要求5所述的重载足式机器人的整体式轻质机体，其特征在于：所述梁柱组包括左前梁柱、右前梁柱、左后梁柱及右后梁柱，所述左前梁柱的两端、所述右前梁柱的两端、所述左后梁柱的两端及所述右后梁柱的两端分别连接于所述上支承环的中部及所述下支承环的中部；所述加强筋组包括X型的第一前加强筋、第二前加强筋、第三前加强筋、第一后加强筋、第二后加强筋、第三后加强筋、左加强筋及右加强筋；所述第一前加强筋、所述第二前加强筋、所述第三前加强筋、所述第三后加强筋、所述第二后加强筋及所述第一后加强筋依次间隔设置，且分别连接所述上支承环及所述下支承环；所述第一前加强筋的两端分别连接所述上支承环与所述下支承环的同一端，所述第一后加强筋连接于所述上支承环及所述下支承环的另一端；所述第三前加强筋分别连接于所述左前梁柱及所述右前梁柱；所述第三后加强筋连接所述左后梁柱及右后梁柱；所述第二前加强筋连接所述上支承环及所述下支承环，所述第二后加强筋连接所述上支承环及所述下支承环；所述左加强筋连接所述上支承环的中部及所述下支承环的中部，所述右加强筋连接所述上支承环的中部及所述下支承环的中部，所述左加强筋及所述右加强筋分别位于所述机架相背的两侧。

7.如权利要求6所述的重载足式机器人的整体式轻质机体，其特征在于：所述机体还包括支撑组件，所述支撑组件包括雷达垫板、天线垫板、拉绳控制器板、第一驱动器底板、第二驱动器底板、控制器底板、第一驱动器底板承重杆、第二驱动器底板承重杆、第一低压电池承重杆及第二低压电池承重杆；所述雷达垫板及所述天线垫板分别连接在所述上支承环的两端；所述拉绳控制器板连接在所述下支承环邻近所述雷达垫板的一端上；所述第一驱动器底板承重杆及所述第二驱动器底板承重杆的两端分别连接于所述梁柱组，且两者间隔设置；所述第一驱动器底板、所述控制器底板及所述第二驱动器底板分别设置在所述第一驱动器底板承重杆及所述第二驱动器底板承重杆上；所述第一低压电池承重杆及所述第二低压电池承重杆的两端分别连接于所述腹部肋条组。

8.如权利要求1所述的重载足式机器人的整体式轻质机体，其特征在于：所述机架还包括承物杆组，所述承物杆组分别设置在所述上支承环及所述下支承环上；所述机体还包括承载框，所述承载框设置在所述承物杆组上，其位于所述机架的上端。

9.一种重载足式机器人，其特征在于：所述机器人包括权利要求1-8任一项所述的重载足式机器人的整体式轻质机体及功能部件，所述功能部件设置在所述整体式轻质机体上。

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