CN114684297A - 一种基于主轴后倾的仿蜈蚣机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于主轴后倾的仿蜈蚣机器人，具体包括机架、水滴型轨迹模块、减震限位模块。水滴型轨迹模块、减震限位模块设置于机架上。机器人结构紧凑，受力合理，水滴型轨迹模块能够很好的模仿蜈蚣足部运动轨迹，而且配合多自由度机构模仿出了足部翻转效果；减震限位模块采用主轴后倾设计，有效提高了机器人的直线行驶稳定性，同时减震限位模块减小了机器人在行进过程中由于步态交换引起的震动，使机器人运动更加稳定，延长了零件的疲劳寿命；机器人底部采用位置可调限位轴的设计，实现了机器人体节间摆动角度可调，丰富了机器人的运动轨迹。

Description

一种基于主轴后倾的仿蜈蚣机器人

技术领域

本发明提供一种机器人，具体是一种基于主轴后倾的仿蜈蚣机器人，属于仿生机器人领域。

背景技术

仿生机器人是指模仿生物、从事生物特点工作的机器人。

发明专利CN109911053B公开了一种多连杆仿生机械腿及爬行机器人，其是由连杆驱动的四足机器人，虽然达到了驱动简单，受力可靠的效果，但是没有实现到步态机器人移动的减震功能。

本发明公开的一种基于主轴后倾的仿蜈蚣机器人在连杆机构创新的基础上，还实现了步态机器人的减震功能，同时采用可调限位轴实现了装置体节间摆动角度可调，丰富了装置的运动轨迹。

发明内容

本发明公开了一种基于主轴后倾的仿蜈蚣机器人，其包括机架、水滴型轨迹模块、减震限位模块，其特征在于：

所述水滴型轨迹模块、减震限位模块设置于机架上。

所述机架包括联轴器Ⅰ、减速电机、联轴器Ⅱ、机架轴Ⅰ、机架轴Ⅱ、连接尾、连接头、底板、电机架、支撑架。

所述电机架与支撑架中部位置连接，减速电机与电机架连接，联轴器Ⅰ、联轴器Ⅱ分别与减速电机两侧输出轴Ⅰ输出轴Ⅱ连接，底板中间位置与支撑架底部通过机架轴Ⅰ、机架轴Ⅱ连接，连接头、连接尾设于底板前后两端，本节连接头与下一节连接尾相连。

所述水滴型轨迹模块包括七杆机构Ⅰ、七杆机构Ⅱ、多自由度机构Ⅰ、多自由度机构Ⅱ、联轴法兰、尾部轴承座、尾部轴承盖、蜈蚣腿、滑块、滑杆；

所述七杆机构Ⅱ与七杆机构Ⅰ成镜像对称。

所述七杆机构Ⅰ包括盘状曲柄、三角连杆、弧形连杆、四轴连杆、双层连杆、直形连杆、尾部连杆。

所述联轴法兰与减速电机输出轴Ⅱ连接并通过顶丝固定，盘状曲柄与联轴法兰通过螺栓同轴固定连接，四轴连杆上部与盘状曲柄上的安装孔通过塞打螺钉连接，三角连杆上的安装孔位通过销钉与支撑架两侧孔座连接，三角连杆与四轴连杆通过塞打螺钉连接并在两杆中间设有2mm垫片，弧形连杆顶部与三角连杆通过塞打螺钉连接，双层连杆顶部与弧形连杆底部通过塞打螺钉连接，双层连杆中部与四轴连杆下部通过塞打螺钉连接，直形连杆上部与四轴连杆下部通过塞打螺钉连接，尾部连杆通过两颗塞打螺钉分别与双层连杆、直形连杆连接，尾部轴承座内含轴承，轴承内孔与尾部连杆同轴连接，尾部轴承盖与尾部轴承座连接。

所述多自由度机构Ⅱ与所述多自由度机构Ⅰ成镜像对称。

所述多自由度机构Ⅰ包括转块Ⅰ、转块Ⅱ、转块Ⅲ。

所述滑块与尾部轴承盖通过塞打螺钉同轴连接，蜈蚣腿与滑块连接固定，滑杆与滑块通过方形孔连接，滑杆与转块Ⅲ连接，转块Ⅲ内含轴承，轴承内孔与转块Ⅱ同轴连接，转块Ⅱ内含轴承，轴承内孔与转块Ⅰ下端同轴连接，转块Ⅰ通过轴承与轴承座连接。

所述减震限位模块包括连接架、弹簧、主轴、轮架、轮Ⅰ、限位轴、轮Ⅱ、定位轴、中心架、转轴。

所述连接架与底板连接，中心架与连接架通过转轴连接，弹簧安装于中心架与连接架安装座之间，主轴通过定位轴与中心架固定连接，所述轮架通过轴承与主轴连接，限位轴与轮架底部孔连接，限制主轴旋转角度，轮Ⅰ、轮Ⅱ与轮架连接。

本发明工作原理如下：

1）装置运动时，减速电机带动输出轴Ⅰ输出轴Ⅱ旋转，输出轴通过联轴法兰带动盘状曲柄转动做出有规律的圆周运动，此时尾部轴承盖末端呈现的轨迹为饱满的水滴型；

2）输出轴通过联轴法兰带动盘状曲柄转动做有规律的圆周运动，此时四轴连杆前两端形成连杆，三角连杆为摇杆，形成曲柄摇杆机构，支撑架作为机架；此时由弧形连杆、三角连杆、四轴连杆和双层连杆组成的四连杆机构中，已知运动的有作为摇杆的四轴连杆以及与其做平行运动的弧形连杆；此时由双层连杆、四轴连杆、直形连杆和尾部连杆组成的四轴连杆机构中，四轴连杆和双层连杆为主动件，改变了两杆的夹角，使作为该四连杆机构输出杆的尾部连杆末端呈现饱满水滴型轨迹；在输出轴转动时，滑块与滑杆发生相对滑动，使蜈蚣腿在垂直于连杆运动方向发生转动，此时足尖在沿装置前进方向和垂直于移动方向皆产生位移，且腿可获得翻转效果，更好的模拟蜈蚣运动姿态；

3）减震限位模块弹簧处于原长时，主轴与水平面成75°夹角，轮Ⅰ、轮Ⅱ遇到障碍物，轮架受力发生转向，由于减震限位模块主轴后倾，在被抬高部分的重力作用下产生回正力矩带动轮架转动，轮架转动到预定角度与限位轴接触，使体节依然保持直行状态；

4）体节与体节之间进行步态交换时，装置重心下降，减震装置的中心架受到压力压缩弹簧，实现装置的减震效果。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1.独特的连杆不仅很好的模仿了蜈蚣足部运动轨迹，而且配合多自由度机构模仿出了足部翻转效果；

2.减震限位模块采用主轴后倾设计，有效提高了机器人的直线行驶稳定性，同时减震装置减小了机器人在行进过程中由于步态交换引起的震动，使机器人运动更加稳定，延长了零件的疲劳寿命；

3.装置底部采用可调限位轴的设计，实现了装置体节间摆动角度可调，丰富了装置的运动轨迹。

附图说明

图1为本发明一种基于主轴后倾的仿蜈蚣机器人的立体结构示意图；

图2为本发明一种基于主轴后倾的仿蜈蚣机器人的单体节结构示意图；

图3为本发明一种基于主轴后倾的仿蜈蚣机器人的机架的示意图；

图4为本发明一种基于主轴后倾的仿蜈蚣机器人的水滴型轨迹模块的示意图；

图5为本发明一种基于主轴后倾的仿蜈蚣机器人的减震限位模块的示意图。

图中：

11-支撑架；111-电机架；112-联轴器Ⅰ；113-减速电机；114-联轴器Ⅱ；115-输出轴Ⅱ；116-输出轴Ⅰ；12-底板；121-机架轴Ⅰ；122-连接尾；123-机架轴Ⅱ；124-连接头；

21-七杆机构Ⅰ；211-联轴法兰；212-盘状曲柄；213-三角连杆；214-弧形连杆；215-四轴连杆；216-双层连杆；217-直形连杆；218-尾部连杆；22-七杆机构Ⅱ；23-多自由度机构Ⅰ；231-尾部轴承座；232-尾部轴承盖；233-蜈蚣腿；234-滑块；235-滑杆；236-转块Ⅲ；237-转块Ⅱ；238-转块Ⅰ；239-轴承座；24-多自由度机构Ⅱ；

31-中心架；311-定位轴；312-转轴；313-连接架；314-弹簧；315-主轴；32-轮架；321-轮Ⅰ；322-限位轴；323-轮Ⅱ。

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，以下结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1至5，本发明公开了一种基于主轴后倾的仿蜈蚣机器人，其包括机架、水滴型轨迹模块、减震限位模块，其特征在于：

所述水滴型轨迹模块、减震限位模块设置于机架上。

如图3所示，机架包括联轴器Ⅰ112、减速电机113、联轴器Ⅱ114、机架轴Ⅰ121、机架轴Ⅱ123、连接尾122、连接头124、底板12、电机架111、支撑架11。

所述电机架111与支撑架11中部位置连接，减速电机113与电机架111连接，联轴器Ⅰ112、联轴器Ⅱ114分别与减速电机113两侧输出轴Ⅰ116输出轴Ⅱ115连接，底板12中间位置与支撑架11底部通过机架轴Ⅰ121、机架轴Ⅱ123连接，连接头124、连接尾122设于底板12前后两端，本节连接头124与下一节连接尾122相连。

如图4所示，水滴型轨迹单元包括七杆机构Ⅰ21、七杆机构Ⅱ22、多自由度机构Ⅰ23、多自由度机构Ⅱ24、联轴法兰211、尾部轴承座231、尾部轴承盖232、蜈蚣腿233、滑块234、滑杆235。

所述七杆机构Ⅱ22与七杆机构Ⅰ21成镜像对称。

所述七杆机构Ⅰ21包括盘状曲柄212、三角连杆213、弧形连杆214、四轴连杆215、双层连杆216、直形连杆217、尾部连杆218。

所述联轴法兰211与减速电机113输出轴Ⅱ115连接并通过顶丝固定，盘状曲柄212与联轴法兰211通过螺栓同轴固定连接，四轴连杆215上部与盘状曲柄212上的安装孔通过塞打螺钉连接，三角连杆213上的安装孔位通过销钉与支撑架11两侧孔座连接，三角连杆213与四轴连杆215通过塞打螺钉连接并在两杆中间设有2mm垫片，弧形连杆214顶部与三角连杆213通过塞打螺钉连接，双层连杆216顶部与弧形连杆214底部通过塞打螺钉连接，双层连杆216中部与四轴连杆215下部通过塞打螺钉连接，直形连杆217上部与四轴连杆215下部通过塞打螺钉连接，尾部连杆218通过两颗塞打螺钉分别与双层连杆216、直形连杆217连接，尾部轴承座231内含轴承，轴承内孔与尾部连杆218同轴连接，尾部轴承盖232与尾部轴承座231连接。

所述多自由度机构Ⅱ24与所述多自由度机构Ⅰ23成镜像对称。

所述多自由度机构Ⅰ23包括转块Ⅰ238、转块Ⅱ237、转块Ⅲ236。

所述滑块234与尾部轴承盖232通过塞打螺钉同轴连接，蜈蚣腿233与滑块234连接固定，滑杆235与滑块234通过方形孔连接，滑杆235与转块Ⅲ236连接，转块Ⅲ236内含轴承，轴承内孔与转块Ⅱ237同轴连接，转块Ⅱ237内含轴承，轴承内孔与转块Ⅰ238下端同轴连接，转块Ⅰ238通过轴承与轴承座239连接。

如图5所示，减震限位模块包括连接架313、弹簧314、主轴315、轮架32、轮Ⅰ321、限位轴322、轮Ⅱ323、定位轴311、中心架31、转轴312。

所述连接架313与底板12连接，中心架31与连接架313通过转轴312连接，弹簧314安装于中心架31与连接架313安装座之间，主轴315通过定位轴311与中心架31固定连接，所述轮架32通过轴承与主轴315连接，限位轴322与轮架32底部孔连接，限制主轴315旋转角度，轮Ⅰ321、轮Ⅱ323与轮架32连接。

本发明工作原理如下：

1）装置运动时，减速电机113带动输出轴Ⅰ116输出轴Ⅱ115旋转，输出轴通过联轴法兰211带动盘状曲柄212转动做出有规律的圆周运动，此时尾部轴承盖232末端呈现的轨迹为饱满的水滴型；

2）输出轴通过联轴法兰211带动盘状曲柄212转动做有规律的圆周运动，此时四轴连杆215前两端形成连杆，三角连杆213为摇杆，形成曲柄摇杆机构，支撑架11作为机架；此时由弧形连杆214、三角连杆213、四轴连杆215和双层连杆216组成的四连杆机构中，已知运动的有作为摇杆的四轴连杆215以及与其做平行运动的弧形连杆214；此时由双层连杆216、四轴连杆215、直形连杆217和尾部连杆218组成的四轴连杆215机构中，四轴连杆215和双层连杆216为主动件，改变了两杆的夹角，使作为该四连杆机构输出杆的尾部连杆218末端呈现饱满水滴型轨迹；在输出轴转动时，滑块234与滑杆235发生相对滑动，使蜈蚣腿233在垂直于连杆运动方向发生转动，此时足尖在沿装置前进方向和垂直于移动方向皆产生位移，且腿可获得翻转效果，更好的模拟蜈蚣运动姿态；

3）减震限位模块弹簧314处于原长时，主轴315与水平面成75°夹角，轮Ⅰ321、轮Ⅱ323遇到障碍物，轮架32受力发生转向，由于减震限位模块主轴315后倾，在被抬高部分的重力作用下产生回正力矩带动轮架32转动，轮架32转动到预定角度与限位轴322接触，使体节依然保持直行状态；

4）体节与体节之间进行步态交换时，装置重心下降，减震装置的中心架31受到压力压缩弹簧314，实现装置的减震效果。

上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本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 (2)

1.本发明公开了一种基于主轴后倾的仿蜈蚣机器人，其包括机架、水滴型轨迹模块、减震限位模块，其特征在于：

所述水滴型轨迹模块、减震限位模块设置于机架上；

所述机架包括联轴器Ⅰ（112）、减速电机（113）、联轴器Ⅱ（114）、机架轴Ⅰ（121）、机架轴Ⅱ（123）、连接尾（122）、连接头（124）、底板（12）、电机架（111）、支撑架（11）；

所述电机架（111）与支撑架（11）中部位置连接，减速电机（113）与电机架（111）连接，联轴器Ⅰ（112）、联轴器Ⅱ（114）分别与减速电机（113）两侧输出轴Ⅰ（116）输出轴Ⅱ（115）连接，底板（12）中间位置与支撑架（11）底部通过机架轴Ⅰ（121）、机架轴Ⅱ（123）连接，连接头（124）、连接尾（122）设于底板（12）前后两端，本节连接头（124）与下一节连接尾（122）相连；

所述减震限位模块包括连接架（313）、弹簧（314）、主轴（315）、轮架（32）、轮Ⅰ（321）、限位轴（322）、轮Ⅱ（323）、定位轴（311）、中心架（31）、转轴（312）；

所述连接架（313）与底板（12）连接，中心架（31）与连接架（313）通过转轴（312）连接，弹簧（314）安装于中心架（31）与连接架（313）安装座之间，主轴（315）通过定位轴（311）与中心架（31）固定连接并与底板（12）平面成75°夹角，所述轮架（32）通过轴承与主轴（315）连接，限位轴（322）与轮架（32）底部孔连接，限制主轴（315）旋转角度，轮Ⅰ（321）、轮Ⅱ（323）与轮架（32）连接。

2.根据权力要求1所述的一种基于主轴后倾的仿蜈蚣机器人，其特征在于：

减震限位模块弹簧（314）处于原长时，主轴（315）与水平面成75°夹角，轮Ⅰ（321）、轮Ⅱ（323）遇到障碍物，轮架（32）受力发生转向，由于减震限位模块主轴（315）后倾，在被抬高部分的重力作用下产生回正力矩带动轮架（32）转动，轮架（32）转动到预定角度与限位轴（322）接触，使体节依然保持直行状态；

体节与体节之间进行步态交换，机器人重心下降，减震限位模块的轮架（32）受到地面支撑力作用，带动中心架（31）压缩弹簧（314），实现减震效果；

轮架（32）底部设置有八个限位孔，减震工作时只有处于四个对称位置的限位孔与限位轴（322）连接，可通过调节限位轴（322）的连接位置从而调节体节之间摆动角度。

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