CN201120913Y - 一种四足爬行机器人 - Google Patents

Abstract

一种四足爬行机器人，它涉及一种微小型爬行机器人，一种具有很高的运动稳定性和对环境很好的适应性的可以代替人类进行各种极限作业的移动机器人，其结构是在机身(1)上装有单片机(2)、电源(3)、任务规划器(4)和电机(13)，由单片机(2)控制着电源(3)和任务规划器(4)，任务规划器(4)控制四个电机(13)，四个电机(13)分别控制着腿(5)、腿(6)、腿(7)和腿(8)的一臂运动，使一臂在规定的角度内转动，在四个腿上分别还装有电机控制着二臂和三臂，这种四足爬行机器人静态稳定性好，而且又能实现动态步行，可以在其基础上实现工业机器人的研制，可以完成小件的运输，可以进行人类无法完成的极限作业。

Description

一种四足爬行机器人

技术领域

本实用新型涉及一种微小型爬行机器人，它是一种具有很高的运动稳定性和对环境很好的适应性的可以代替人类进行各种极限作业的移动机器人。

背景技术

目前，计算机技术的不断进步和发展使机器人技术的发展一次又一次的达到一个新水平，上至太空舱、宇宙飞船，下至微型机器人、深海开发，机器人技术已拓展到全球经济发展的诸多领域，成为高科技中极为重要的组成部分。机器人一般可以分为轮式、履带式和足式(步行式)三种，其中步行式较轮式和履带式具有更强的对地面的适应性，因而应用前景更为广阔。近几年来，步行机器人的研究开发日益受到国内外众多机器人学者的重视，已经成为机器人研究的一个重要分支。至今人们研究的步行机器人有单足、双足、三足、四足、六足和八足等多种类型，其中比较常见的是两足、四足和六足步行机。由于四足步行机静态稳定性好，而且又能实现动态步行，因而特别受到各国步行机研究者的青睐。

发明内容

本实用新型的目的是为了克服现有轮式、履带式机器人的不足，发展足式机器人的优点，设计出一种仿生态的四足爬行机器人，主要用于机械结构设计、运动控制及步态分析的研究。这种机器人是微小型爬行仿生机构，可以代替人类进行各种极限作业的移动机器人。

本实用新型的技术解决方案是，在机身(1)上装有单片机(2)、电源(3)、任务规划器(4)和电机(13)，由单片机(2)控制着电源(3)和任务规划器(4)，任务规划器(4)控制四个电机(13)，四个电机(13)分别控制着腿(5)、腿(6)、腿(7)和腿(8)的一臂运动，每个腿由一臂、二臂和三臂组成。一臂一端与机身(1)相联接，另一端与二臂相联接，蜗杆轴(14)和联体蜗轮齿轮(15)联接，联体蜗轮齿轮(15)的齿轮部分通过齿型带(17)与轴(20)上的联体齿轮(18)的一个齿轮相联接，联体齿轮(18)的另一个齿轮和轴(21)上的扇形齿(22)啮合，扇形齿(22)和轴(21)周向固定。二臂的一端与一臂相联接，另一端与三臂相连，电动机(33)传力给蜗杆(34)，蜗杆(34)带动联体蜗轮齿轮(35)转动，联体蜗轮齿轮(35)中的圆柱齿轮部分与扇形齿轮(19)啮合，扇形齿轮(19)固定在轴(24)上。腿(5)、腿(6)、腿(7)、腿(8)中的三臂的末端分别装有球头足(10)、球头足(11)、球头足(12)和球头足(9)，电动机(29)传力给蜗杆(30)，蜗杆(30)与联体蜗轮齿轮(31)联接，联体蜗轮齿轮(31)的齿轮部分与扇形齿(32)啮合，扇形齿(32)固定在二臂轴(26)和轴(27)上。球头足(9)、球头足(10)、球头足(11)和球头足(12)与地面接触，可以是实心的也可以是空心的，球头足(9)、球头足(10)、球头足(11)和球头足(12)可直接使用，也可套上橡胶外套。

使用这种四足爬行机器人可以进行机器人的进一步研究，可以在其基础上实现工业机器人的研制，可以完成小件的运输，可以进行人类无法完成的极限作业。

附图说明

图1为本实用新型的示意图。

图2为本实用新型的一臂结构图

图3为本实用新型的二臂和三臂结构图

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

具体实施方式

图1为本实用新型的示意图。在机身(1)上装有单片机(2)、电源(3)、任务规划器(4)和电机(13)，由单片机(2)控制着电源(3)和任务规划器(4)，任务规划器(4)控制四个电机(13)，四个电机(13)分别控制着腿(5)、腿(6)、腿(7)和腿(8)的一臂运动，使一臂在规定的角度内转动，在四个腿上分别还装有电机控制着二臂和三臂，通过电源(3)、单片机(2)和任务规划器(4)控制着四个腿的运动，其运动过程如下所述：

初始状态四足呈对称分布，构成一个平行四边形，内角为60°和120°，重心落于几何中心上，四条腿均着地，第一步时身体的重心向前移，腿(5)末端的球头足(10)抬起向前迈，球头足(10)落于腿(6)末端的球头足(11)所在处，同时重心移动了1/4步长；第二步身体重心向前移，同时球头足(11)抬起向前迈，球头足(11)落于新的平行四边形顶点，同时重心移动了1/4步长；第三步时身体的重心向前移，腿(8)末端的球头足(9)抬起向前迈，球头足(9)落于腿(7)末端的球头足(12)所在处，同时重心移动了1/4步长；第四步身体重心向前移，同时球头足(12)抬起向前迈，球头足(12)落于新的平行四边形顶点，同时重心移动了1/4步长。这样一直下去，四足爬行机器人就实现了行走的过程了。理论上两脚作为两个点可以重合，但实际中我们可以把它的落脚点朝后一点，这样经过一个周期后就不会再次发生干涉了，整个机器人在运动过程中，保障重心落于另外三足所构成的三角形内，能够使得所要抬起的腿顺利抬起。

图2为本实用新型的一臂结构图。一臂一端与机身(1)相联接，另一端与二臂相联接，电动机(13)通过电机轴把转矩传递给蜗杆轴(14)，蜗杆轴(14)和联体蜗轮齿轮(15)联接，保证联体蜗轮齿轮(15)在轴(23)上空转，目的是使联体蜗轮齿轮(15)的齿轮部分通过齿型带(17)与轴(20)上的联体齿轮(18)的一个齿轮相联接，联体齿轮(18)的另一个齿轮和轴(21)上的扇形齿(22)啮合，扇形齿(22)和轴(21)周向固定，在必须传动的情况下，轴(20)在扇形齿(22)的带动下绕着轴(21)转动，转动的角度和扇形齿(22)的中心角度相同，实现了整个腿部沿竖直轴的转动即水平面上的摆动。

图3为本实用新型的二臂和三臂结构图。二臂的一端与一臂相连，另一端与三臂相连，电动机(33)传力给蜗杆(34)，蜗杆(34)带动联体蜗轮齿轮(35)转动，联体蜗轮齿轮(35)中的圆柱齿轮部分与扇形齿轮(19)啮合，扇形齿轮(19)固定在轴(24)上，实现了二臂与三臂沿水平轴的转动即竖直面上的摆动；三臂中电动机(29)传力给蜗杆(30)，蜗杆(30)与联体蜗轮齿轮(31)联接，联体蜗轮齿轮(31)的齿轮部分与扇形齿(32)啮合，扇形齿(32)固定在二臂轴(26)和轴(27)上，实现了沿水平轴的转动即竖直面上的摆动；腿(5)、腿(6)、腿(7)、腿(8)中的三臂的末端分别与球头足(10)、球头足(11)、球头足(12)和球头足(9)联接，球头足与地面接触，球头足(9)、球头足(10)、球头足(11)和球头足(12)上可套上橡胶外套增加与地表面的摩擦。

Claims (4)

1.一种四足爬行机器人，其特征在于：在机身(1)上装有单片机(2)、电源(3)、任务规划器(4)和电机(13)，由单片机(2)控制着电源(3)和任务规划器(4)，任务规划器(4)控制四个电机(13)，四个电机(13)分别控制着腿(5)、腿(6)、腿(7)和腿(8)的一臂运动，每个腿由一臂、二臂和三臂组成。

2.根据权利要求1所述的一种四足爬行机器人，其特征在于：一臂一端与机身(1)相联接，另一端与二臂相联接，蜗杆轴(14)和联体蜗轮齿轮(15)联接，联体蜗轮齿轮(15)的齿轮部分通过齿型带(17)与轴(20)上的联体齿轮(18)的一个齿轮相联接，联体齿轮(18)的另一个齿轮和轴(21)上的扇形齿(22)啮合，扇形齿(22)和轴(21)周向固定。

3.根据权利要求1所述的一种四足爬行机器人，其特征在于：二臂的另一端与三臂相连，电动机(33)传力给蜗杆(34)，蜗杆(34)带动联体蜗轮齿轮(35)转动，联体蜗轮齿轮(35)中的圆柱齿轮部分与扇形齿轮(19)啮合，扇形齿轮(19)固定在轴(24)上。

4.根据权利要求1所述的一种四足爬行机器人，其特征在于：腿(5)、腿(6)、腿(7)、腿(8)中的三臂的末端分别装有球头足(10)、球头足(11)、球头足(12)和球头足(9)，电动机(29)传力给蜗杆(30)，蜗杆(30)与联体蜗轮齿轮(31)联接，联体蜗轮齿轮(31)的齿轮部分与扇形齿(32)啮合，扇形齿(32)固定在二臂轴(26)和轴(27)上。

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