CN206766179U - 一种轮足复合式仿生六足机器人腿部机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种轮足复合式仿生六足机器人腿部机构，由机体、驱动单元和轮足复合行走机构组成；机体呈直角，驱动单元的一号电推杆10和二号电推杆16分别固定在机体的水平横向和竖直纵向上，驱动单元的其余控制组件安装在机体内部，并与一号电推杆10和二号电推杆16控制连接，所述轮足复合行走机构由铰接的平行四边形机构组成，并连接在两组电推杆的执行端。本实用新型所设计的轮足复合行走机构采用了足式机构和轮式机构的新型组合，通过腿部机构的折叠与伸展，实现轮式与足式的转换；在满足功能要求的前提下，不仅实现了足式和轮式结构的相互独立，同时保留了各自的优点而又不相互影响。

Description

一种轮足复合式仿生六足机器人腿部机构

技术领域

本实用新型属于六足机器人技术领域，特别涉及一种轮足复合式仿生六足机器人腿部机构。

背景技术

随着人类对自然界探索的进一步深入，各个应用领域对于具有复杂环境自主移动能力机器人的需求也日趋提升。特别需求适用于多种复杂环境且灵活机动的六足机器人。现有技术方案中，六足机器人的轮足复合腿部机构多采取在足端固定驱动轮的方式。此种方案虽然能够使整机有两种驱动形式，但在足式行走的条件下，驱动轮与地面附着面积小，稳定性差；同时，在轮式行走的条件下，腿部机构刚度差。因此迫切需要一种地形适应性强、工作效率高、腿部机构刚度大的轮足复合腿部机构。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本实用新型提供了一种轮足复合式仿生六足机器人腿部机构，实现了足式轮式结构的相互独立与转化，增大了腿部机构的刚度，提高了腿部机构的工作效率，结合说明书附图，本实用新型的技术方案如下：

一种轮足复合式仿生六足机器人腿部机构，由机体、驱动单元和轮足复合行走机构组成；

所述机体呈直角，所述驱动单元的一号电推杆10和二号电推杆16分别固定在机体上的水平横向和竖直纵向上，驱动单元的其余控制组件安装在机体内部，并与一号电推杆10和二号电推杆16控制连接，所述轮足复合行走机构由铰接的平行四边形结构组成，并连接在两组电推杆的执行端，在两组电推杆的带动下，轮足复合行走机构实现轮式行走或足式行走，且二者在各自独立工作的条件下互不影响。

一种轮足复合式仿生六足机器人腿部机构，其中，所述驱动单元由单片机、横向电机驱动器、纵向电机驱动器、一号电推杆10、二号电推杆16、横向位移传感器以及纵向位移传感器；

所述横向电机驱动器和纵向电机驱动器分别与单片机信号连接，所述横向电机驱动器和纵向电机驱动器分别与一号电推杆10和二号电推杆16控制连接，所述横向位移传感器和纵向位移传感器分别安装在一号电推杆10和二号电推杆16的执行端部，且横向位移传感器和纵向位移传感器均与单片机信号相连，将采集到的位置信号反馈给单片机。

一种轮足复合式仿生六足机器人腿部机构，其中，在所述机体水平横向和竖直纵向均安装有导轨12，一号电推杆10固定在水平横向导轨上，其执行端铰接于轮足复合行走机构的一号前叉3，带动一号前叉3在导轨12上沿水平横向运动；二号电推杆16固定在机体竖直纵向导轨上，其执行端固连于轮足复合行走机构的二号前叉15，带动二号前叉15在导轨12上沿竖直纵向运动。

一种轮足复合式仿生六足机器人腿部机构，其中，所述一号电推杆10的执行端固连有驱动键1，所述驱动键1滑动联接在水平横向导轨内；所述一号前叉3竖直纵向设置，所述驱动键1与一号前叉3的顶端铰接；所述二号前叉15水平横向设置，二号前叉15的顶端固定在竖直纵向导轨内，保证可以保证滑动，且二号前叉15的顶端与所述二号电推杆16的执行端固连。

一种轮足复合式仿生六足机器人腿部机构，其中，所述轮足复合行走机构由一号前叉3、一号连接片13、二号前叉15、连接杆5、二号连接片17、连接板8、一号支撑杆20、脚板22、二号支撑杆24以及电机轮6组成；

所述一号前叉3与二号前叉15垂直交叉设置，所述一号连接片13两端分别与一号前叉3和二号前叉15的中部铰接；

所述连接板8设置在二号前叉15下方，所述连接板8为倒置的三角形；

连接板8的上方一端通过连接杆5与二号前叉15的尾端铰接，另一端通过二号连接片17与二号前叉15的中部铰接，所述二号前叉15、连接杆5、连接板8和二号连接片17依次铰接形成第一个平行四边形机构；

所述电机轮6装配在一号前叉3的尾端，所述一号连接片13与二号连接片17铰接于二号前叉15的中部，所述二号连接片17的另一端与第一支撑杆20的中部铰接，第一支撑杆20的尾端与一号前叉3的尾端铰接，所述一号前叉3、第一支撑杆20、二号连接片17和一号连接片13依次铰接形成第二个平行四边形机构；

所述脚板22设置在电机轮6的下方，所述脚板22的一端通过第一支撑杆20依次与连接板8上方一端、一号前叉3尾端铰接，所述脚板22的另一端通过第二支撑杆24与连接板8下端铰接，所述脚板22、第一支撑杆20、连接板8和第二支撑杆24依次铰接形成第三个平行四边形机构。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型所述一种轮足复合式仿生六足机器人腿部机构采用了足式机构和轮式机构的新型组合，不仅实现了足式轮式结构的相互独立，同时保留了各自的优点而又不相互影响，简化了控制系统与整体结构；

2、本实用新型所述一种轮足复合式仿生六足机器人腿部机构不仅能够在复杂路面行走工作，而且能在平坦路面快速行走，提高了工作效率。

3、本实用新型所述一种轮足复合式仿生六足机器人腿部机构采取多个平行四边形机构，刚度大，支撑性好。

附图说明

图1为本实用新型所述一种轮足复合式仿生六足机器人腿部机构的立体结构示意图；

图2为本实用新型所述一种轮足复合式仿生六足机器人腿部机构的运动简图；

图3为本实用新型所述一种轮足复合式仿生六足机器人腿部机构中，控制系统的原理框图；

图中：

1.驱动键，2.一号螺栓，3.一号前叉，4.二号螺栓，

5.连接杆，6.电机轮，7.三号螺栓，8.连接板，

9.四号螺栓，10.一号电推杆，11.一号螺钉，12.滑轨，

13.一号连接片，14.二号螺钉，15.二号前叉，16.二号电推杆，

17.二号连接片，18.五号螺栓，19.六号螺栓，20.一号支撑杆，

21.七号螺栓，22.脚板，23.八号螺栓，24.二号支撑杆。

具体实施方式

为进一步阐述本实用新型的技术方案，结合说明书附图，本实用新型的具体实施方式如下：

本实用新型提供了一种轮足复合式仿生六足机器人腿部机构，由机体、驱动单元和轮足复合行走机构组成；所述机体呈直角结构，使得安装在其内侧的轮足复合行走机构的轮足转换过程互不干涉，所述驱动单元安装在机体内部，与机体上的电动推杆控制连接，所述轮足复合行走机构联接在机体的电动推杆执行端，轮足复合行走机构通过驱动单元对电动推杆的推拉控制，进而实现轮式行走、足式行走以及轮足式之间的转换。

参阅图1、图3，所述驱动单元由单片机、横向电机驱动器、纵向电机驱动器、一号电动推杆10、二号电动推杆16、横向位移传感器以及纵向位移传感器。所述单片机作为单足运动处理单元，通过CAN总线与整机通信网络信号连接，对整机的实时数据进行收发；所述横向电机驱动器和纵向电机驱动器的信号输入端分别与单片机的信号输出端相连，接收单片机的控制指令，所述横向电机驱动器的信号输出端与一号电推杆10的信号输入端相连，一号电推杆10在横向电机驱动器的控制下实现沿水平横向的伸缩；同样地，所述纵向电机驱动器的信号输出端与二号电推杆16的信号输入端相连，二号电推杆16在纵向电机驱动器的控制下实现沿竖直纵向的伸缩。所述横向位移传感器一端固定在一号电推杆10的执行端部；另一端固定在机架上，所述纵向位移传感器一端固定在二号电推杆16的执行端部，另一端固定在机架上，且横向位移传感器和纵向位移传感器均与单片机信号连接，实时采集执行端的位置信号数据反馈给单片机，以实现对执行端的闭环控制。

参阅图1，所述机体呈直角结构，沿机体内侧水平方向和竖直方向均安装有导轨12，一号电推杆10的壳体焊接在机体水平方向导轨的后侧，其推拉执行端连接轮足复合行走机构的一号前叉3，带动一号前叉3在导轨12上沿水平方向运动；二号电推杆16的壳体焊接在机体竖直方向导轨的下方，其推拉执行端联接轮足复合行走机构的二号前叉15，带动二号前叉15在导轨12上沿竖直方向运动。

参阅图1，所述轮足复合行走机构由一号前叉3、一号连接片13、二号前叉15、连接杆5、二号连接片17、连接板8、一号支撑杆20、脚板22、二号支撑杆24以及电机轮6组成。一号电推杆10的执行端焊接固连一个驱动键1，所述驱动键1滑动联接在水平横向导轨内；所述一号前叉3竖直纵向设置，所述驱动键1与一号前叉3的顶端通过一号螺栓2装配连接，使在驱动键1与一号前叉3之间形成转动副；所述二号前叉15水平横向设置，二号前叉15的顶端滑动联接在竖直纵向导轨内，且二号前叉15的顶端与所述二号推杆16的执行端焊接固连。

参阅图1，所述一号前叉3与二号前叉15垂直交叉设置，且二号前叉15的叉臂位于一号前叉3叉臂的外侧。所述一号连接片13有两个对称地联接于一号前叉3与二号前叉15中部的叉肩处；其中，一侧的一号连接片13的一端通过一号螺钉11与一号前叉3的中部叉肩铰接，另一端通过二号螺钉14与同侧的二号前叉15的中部叉肩铰接；对称地，另一侧的一号连接片13的一端通过一号螺钉11与一号前叉3的中部叉肩铰接，另一端通过二号螺钉14与同侧的二号前叉15的中部叉肩铰接。所述一号前叉3、一号连接片13与二号前叉15三者之间均形成转动副。

参阅图1，所述连接板8有两块，与二号前叉15的两个叉臂相对应地，对称设置在二号前叉15的下方；所述连接板8为倒置的三角形结构，位于二号前叉15一侧的连接板8，其上方两端分别通过连接杆5和二号连接片17与二号前叉15的叉臂尾端和中部叉肩铰接，形成能够摆动的平行四边形结构，具体地，连接杆5的顶端通过二号螺栓4与二号前叉15的叉臂尾端装配连接，形成转动副，连杆5的底端通过四号螺栓9与连接板8装配连接，形成转动副；二号连接片17与连杆5相平行，二号连接片17的顶端通过二号螺钉与二号前叉15的中部叉肩装配连接，形成转动副，二号连接片17的底端通过五号螺栓18与连接板8装配连接，形成转动副；所述二号前叉15、连接杆5、连接板8和二号连接片17依次铰接形成第一个能够摆动的平行四边形机构。位于二号前叉15另一侧的连接板8与二号前叉15的联接关系与前述相同，此处不再赘述。

参阅图1，所述电机轮6设置在一号前叉3尾端两个叉臂之间，电机轮6通过三号螺栓7装配在两侧的一号前叉3的尾端叉臂之间，以形成轮式行走机构。

参阅图1，所述一号连接片13与二号连接片17通过二号螺钉14铰接于二号前叉15的中部，所述二号连接片17的另一端与第一支撑杆20的中部通过五号螺栓18铰接，第一支撑杆20的尾端与一号前叉3的尾端通过三号螺栓7铰接，所述一号前叉3、第一支撑杆20、二号连接片17和一号连接片13依次铰接形成第二个能够摆动的平行四边形机构；

参阅图1，所述脚板22有两个，与二号前叉15的两个叉臂相对应地，对称设置在电机轮6的下方两侧；位于二号前叉15一侧的脚板22，脚板22的一端通过第一支撑杆20依次与同侧的连接板8上端和一号前叉3尾端叉臂铰接，脚板22的另一端通过第二支撑杆24与连接板8下端铰接，使脚板22、第一支撑杆20、连接板8和第二支撑杆24依次铰接形成第三个能够摆动的平行四边形机构。具体地，第一支撑杆20的顶端通过六号螺栓19与同侧的连接板8下端装配连接，形成转动副，第一支撑杆20的顶端通过八号螺栓23与脚板22一端装配连接，形成转动副；第二支撑杆24的底端通过七号螺栓21与脚板22另一端装配连接，形成转动副，二号支撑杆24的顶端通过三号螺栓7与同侧的一号前叉3尾端、电机轮6装配连接在一起，形成转动副，二号支撑杆24的中部通过五号螺栓18与连接板8上端装配连接，形成转动副；位于二号前叉15另一侧的脚板22的安装连接方式与前述相同，此处不再赘述。

所述轮足复合行走机构的结构如上所述，所述轮足复合行走机构的运动简图如图2所示。

整个机构采用铝合金材料制成，使得机构轻便且具有较高的强度。

本实用新型所述一种轮足复合式仿生六足机器人腿部机构的工作过程如下所述：

腿部机构采用足式行走模式时，在驱动单元的控制驱动下，一号电推杆10控制驱动键1进行水平横向运动，一号前叉3在驱动键1的带动下沿机体的导轨12水平横向滑移，二号电推杆16控制二号前叉15沿机体的导轨12竖直纵向滑移；一号前叉3和二号前叉15进行复合运动，当一号前叉3向后运动，二号前叉15向下运动时，通过机构的平行四边形结构将带动脚板22向下、向前移动；当一号前叉3向前运动，二号前叉15向上运动时，通过机构的平行四边形结构将带动脚板22向上、向后移动；如此反复运行，即实现了所述腿部机构的足式行走；

腿部机构采用轮式行走模式时，在驱动单元的控制驱动下，一号电推杆10控制驱动键1进行水平横向运动，一号前叉3在驱动键1的带动下沿机体的导轨12水平横向滑移，二号电推杆16控制二号前叉15沿机体的导轨12竖直纵向滑移；当一号前叉3运动到达最前方，二号前叉15运动到达最上方时，在平行四边形结构的带动下，脚板22将向后完全抬起，电机轮6与地面接触，由电机带动电机轮6旋转，这即实现了所述腿部机构的轮式行走。

整个机构采用铝合金材料，使得机构轻便且具有较高的强度。一号电推杆10、二号电推杆16由单片机控制使其能够做到伸长和收缩。

上述腿部机构的轮足转换过程中，足式行走时，电机轮6悬空不与地面接触；而轮式行走时，脚板22完全抬起不与地面接触。

Claims (5)

1.一种轮足复合式仿生六足机器人腿部机构，其特征在于：

由机体、驱动单元和轮足复合行走机构组成；

所述机体呈直角，所述驱动单元的一号电推杆(10)和二号电推杆(16)分别固定在机体的水平横向和竖直纵向上，驱动单元的其余控制组件安装在机体内部，并与一号电推杆(10)和二号电推杆(16)控制连接，所述轮足复合行走机构由铰接的平行四边形机构组成，并连接在两组电推杆的执行端，在两组电推杆的带动下，轮足复合行走机构实现轮式行走或足式行走，且二者转换过程互不干涉。

2.如权利要求1所述一种轮足复合式仿生六足机器人腿部机构，其特征在于：

所述驱动单元由单片机、横向电机驱动器、纵向电机驱动器、一号电推杆(10)、二号电推杆(16)、横向位移传感器以及纵向位移传感器组成；

所述横向电机驱动器和纵向电机驱动器分别与单片机信号连接，所述横向电机驱动器和纵向电机驱动器分别与一号电推杆(10)和二号电推杆(16)控制连接，所述横向位移传感器和纵向位移传感器分别安装在一号电推杆(10)和二号电推杆(16)的执行端部，且横向位移传感器和纵向位移传感器均与单片机信号连接，将采集到的位置信号反馈给单片机。

3.如权利要求1所述一种轮足复合式仿生六足机器人腿部机构，其特征在于：

在所述机体水平横向和竖直纵向均安装有导轨(12)，一号电推杆(10)固定在水平横向导轨上，其执行端铰接于轮足复合行走机构的一号前叉(3)，带动一号前叉(3)在导轨(12)上沿水平横向运动；二号电推杆(16)固定在机体竖直纵向导轨上，其执行端固连于轮足复合行走机构的二号前叉(15)，带动二号前叉(15)在导轨(12)上沿竖直纵向运动。

4.如权利要求3所述一种轮足复合式仿生六足机器人腿部机构，其特征在于：

所述一号电推杆(10)的执行端固连有驱动键(1)，所述驱动键(1)滑动联接在水平横向导轨内；所述一号前叉(3)竖直纵向设置，所述驱动键(1)与一号前叉(3)的顶端铰接；所述二号前叉(15)水平横向设置，二号前叉(15)的顶端滑动联接在竖直纵向导轨内，且二号前叉(15)的顶端与所述二号电推杆(16)的执行端固连。

5.如权利要求1所述一种轮足复合式仿生六足机器人腿部机构，其特征在于：

所述轮足复合行走机构由一号前叉(3)、一号连接片(13)、二号前叉(15)、连接杆(5)、二号连接片(17)、连接板(8)、一号支撑杆(20)、脚板(22)、二号支撑杆(24)以及电机轮(6)组成；

所述一号前叉(3)与二号前叉(15)垂直交叉设置，所述一号连接片(13)两端分别与一号前叉(3)和二号前叉(15)的中部铰接；

所述连接板(8)设置在二号前叉(15)下方，所述连接板(8)为倒置的三角形；

连接板(8)的上方一端通过连接杆(5)与二号前叉(15)的尾端铰接，另一端通过二号连接片(17)与二号前叉(15)的中部铰接，所述二号前叉(15)、连接杆(5)、连接板(8)和二号连接片(17)依次铰接形成第一个平行四边形机构；

所述电机轮(6)装配在一号前叉(3)的尾端，所述一号连接片(13)与二号连接片(17)铰接于二号前叉(15)的中部，所述二号连接片(17)的另一端与第一支撑杆(20)的中部铰接，第一支撑杆(20)的尾端与一号前叉(3)的尾端铰接，所述一号前叉(3)、第一支撑杆(20)、二号连接片(17)和一号连接片(13)依次铰接形成第二个平行四边形机构；

所述脚板(22)设置在电机轮(6)的下方，所述脚板(22)的一端通过第一支撑杆(20)依次与连接板(8)上方一端、一号前叉(3)尾端铰接，所述脚板(22)的另一端通过第二支撑杆(24)与连接板(8)下端铰接，所述脚板(22)、第一支撑杆(20)、连接板(8)和第二支撑杆(24)依次铰接形成第三个平行四边形机构。