CN208439334U - 一种连杆足式机器人 - Google Patents

Abstract

一种连杆足式机器人,包括机架、电机、传动部件和连杆足，所述连杆足是连杆和足的结合，连杆足的连杆部安装于传动部件上，连杆足的足部与连杆部连接且低于连杆，一个连杆足至少前后有两个足部，用于踩踏到地面上，实现行走。连杆足设置有两对，均偏心安装于由电机轴带动的传动部件上；每一对连杆足有两个，对称布置于机架左右两侧，安装的偏心相位相同；在机架同一侧的两个连杆足偏心相位相差180°；在行走的过程中同侧的连杆足相互切换，交替行走，左右两侧对称的连杆足同步抬起或着地。本实用新型结合足式和连杆部分优点，采用多组连杆的切换补偿运动，克服连杆奇异点导致无法运动的缺点，结构简单，轻巧灵便。

Description

一种连杆足式机器人

技术领域

本实用新型属于机器人技术领域，具体是涉及移动机器人的行走机构。

背景技术

随着我国核能工业、探险救援、军事侦察、消防排爆、航天航空等众多领域的快速发展，迫切需要一种既能在平坦地面自由行走，又能在野外环境和复杂地形（如地震废墟、矿难现场）中自由行走和越障的移动机器人。

现有移动机器人的行走机构大致可分为：轮式、履带式、多足式、混合式（如轮腿混合式、轮履混合式）和特殊形式（如多边形翻滚式、蛇形滑动式）。其中，足式越障机构能够在非规整的地形下很好地行走，适用范围也非常广，但它自由度过多，导致运动效率过低、控制较复杂等；连杆结构相对简单，也可以实现机构的越障，且适应性比较强，但由于其机构自身存在“奇异点”问题，当连杆运动到水平位置时，极容易发生卡死现象，造成机构无法正常行进。

发明内容

本实用新型为了克服现有技术的移动机器人存在的不足，提供一种连杆足式机器人，结合足式和连杆部分优点，采用多组连杆的切换补偿运动，克服连杆奇异点导致无法运动的缺点，其结构简单，轻巧灵便，可以解决一般机器人在水田旱地、草地沙地、坡地等的行走效率低和常见的轮式（水旱地，需换轮）或履带式机器人的重量大体积大等问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种连杆足式机器人,包括机架、电机、传动部件和连杆足，所述连杆足是连杆和足的结合，连杆足的连杆部安装于传动部件上，连杆足的足部与连杆部连接且低于连杆，一个连杆足至少前后有两个足部，用于踩踏到地面上，实现行走。

所述连杆足设置有两对，均偏心安装于由电机轴带动的传动部件上；每一对连杆足有两个，对称布置于机架左右两侧，安装的偏心相位相同。而在机架同一侧的两个连杆足则偏心相位相差180°。在行走的过程中同侧的连杆足相互切换，交替行走，左右两侧对称的连杆足同步抬起或着地，这样每次至少有4只足落在地面，保证运动的稳定并使机器人越过障碍物。

进一步，连杆足的安装有至少三种可选的方案：

方案1是：在机架同侧的两个连杆足长短基本相同，连杆部的前后部分别安装在相同的传动部件上,但安装时同轴不同相,相位相差180°，且一个靠内侧一个靠外侧，两个连杆足交替行走，互不干涉。

方案2是：在机架同侧的两个连杆足一长一短，每个连杆足的连杆部的前后部分别安装在不同的传动部件上，短的连杆足靠内侧布置，长的连杆足靠外侧布置，并前后越过短的连杆足，长、短两个连杆足交替行走，互不干涉。

方案3是：在机架同侧的两个连杆足前后布置，且左前侧和右后侧的偏杆足安装的偏心相位相同，左后侧和右前侧的连杆足安装的偏心相位相同，交替行走，互不干涉。

进一步优选，同一根连杆足前后端的传动部件是由一个传动装置连接，以保证同一根足前后两端的足能同时着地，克服了奇异点的问题。

进一步优选，电机分为左侧驱动电机组和右侧驱动电机组，每侧驱动电机组设置均一个或两个电机，通过传动装置带动两套或四套传动部件，进而驱动同侧的连杆足。

进一步优选，所述连杆足的足部为两个，连接于连杆部的前后两端，或者连杆足的足部位多个，连接于连杆部的前后两端及中间。

本连杆足式机器人在直线运动时，连杆足相互切换，每次都有对称的至少4足部接触地面，通过控制电机的正转反转，稳定地直线前进后退。

在转向起始状态时，由电机组控制左右对称位置的连杆足相位相差180°，同侧的内外连杆足相位也相差180°；当需要左转向时，控制左侧驱动电机组反转，右侧驱动电机组正转；当需要右转时，控制右侧驱动电机组反转，左侧驱动电机组正转，即可实现转向。

本实用新型的优点如下：

1、本实用新型的运动机构结合了部分连杆和足式的优势，多组连杆足的相互切换运动，始终保持至少有4足接触地面，运动过程中保持平稳状态，使其具有更好的环境适应能力。

2、本实用新型主要采用对称结构，利用传动装置使同侧的控制电机转动相位相同，使它具有很高的运动效率。

3、本实用新型通过连杆足偏心安装的相位差，使整个机构在越障过程中相互配合，能够轻松越过障碍物。

综上可见，本实用新型结合了足式和连杆部分优点，采用多组连杆的切换补偿运动，同侧控制电机由传动装置和连杆的双重作用强制同步，克服连杆奇异点导致无法运动的缺点，同时，足式的运动机构使它行动便利，整体运动效率高，具有结构简单，简洁可靠，效率高，地表适应性好，越障能力强的优点，解决了一般机器人在水田旱地，草地沙地，坡地等的行走效率低和常见的轮式（水旱地，需换轮）或履带式机器人的重量大体积大等问题。应用范围广，可供移动机器人、越障车等需要在非平整地面（水田、沙地等）和平整地面行走的移动设备使用。

附图说明

图1是连杆足式机器人的结构示意图；

图2是连杆足式机器人的连杆足的布置和相位关系示意图；

图3是连杆足式机器人的转弯初始状态图；

图4是连杆足式机器人的左转的示意图；

图4（1）-图4（4）是左转运动过程图；

图5是连杆足式机器人的右转的示意图；

图5（1）-图4（4）是右转运动过程图；

图6（1）-图6（6）是连杆足式机器人的越障过程图。

图7是实施例二连杆足式机器人同轴驱动结构示意图；

图8是实施例二连杆足式机器人的同轴驱动结构斜视图；

图9是实施例二连杆足式机器人的同轴连杆足布置和相位关系示意图；

图10是实施例三连杆足式机器人的结构示意图；

图11是实施例三连杆足式机器人的斜视图；

图12是实施例三连杆足式机器人的连杆足布置和相位关系示意图；

图中：1、左侧驱动电机组，2、右侧驱动电机组，3、连杆足I，4、连杆足II，5、传动装置的链条，6、传动部件，7、机身，8、脚架，9、传动装置的齿轮。

具体实施方式

为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图进一步描述本实用新型的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

实施例一：参见图1、图2，本实用新型公开了一种连杆足式机器人，机器人由控制左右运动机构的左侧驱动电机组1、右侧驱动电机组2，连杆足I3、连杆足II4，固定装置6，机身7，脚架8，组成传动装置的链条5和齿轮9所组成，机身7整体基本对称，连杆足I3、连杆足II4位于机身同侧的内侧和外侧，采用偏心安装，偏心相位相差180°，在行走的过程中同侧的连杆足相互切换，使得切换时间短，每次至少都有4只脚落在地面，既能保证运动的稳定也能使机器人越过障碍物。传动装置5连接同侧的连杆足，克服奇异点的问题，左侧驱动电机组1和右侧驱动电机组2分别控制左右的连杆足运动。

直线运动时，连杆足相互切换，切换时间短，保证每次都有对称的至少4足接触地面，通过控制电机的正转反转，能够比较流畅稳定的直线前进后退。

转向时，转向起始状态如图3，左右同位置的连杆足相差180°，同侧的内外连杆足也相差180°，当需要左转向时，左侧的电机组1反转，右侧的电机组2正转；当需要右转时，右侧电机组2反转，左侧的电机组1正转。

本实用新型整体结构具体参见图1，通过传动装置齿轮9、链条5将同侧的行动机构的传动部件相连，以保证同侧行动机构连杆足I3、连杆足II4的相位相同，行动机构在机身上整体采用左右对称的形式。行动机构外形是一种通过改良后的连杆，具有连杆部和前后两个足部，使其既具有连杆的功能也具有足部运动的功能，我们将它称为连杆足。连杆足内外各一个，外侧的连杆足I3与内侧的连杆足II4由传动部件6安装在机身同侧，均采用偏心安装在驱动机构的输出轴上，内、外连杆足偏心安装的相位角相差180°，在运动过程中，当外侧的连杆足I3向上转动将要离开地面时，内测的连杆足II4向下转动，逐渐接触地面，起到支撑的作用，同理当内侧的连杆II4向上转动将要离开地面时，外侧的连杆足I3向下转动，逐渐接触地面，起到支撑的作用，由于左右结构相同，因此每次都有4只足部与地面接触，在运动过程中切换时间快，整个机体腾空的时间非常短，因此运动比较平稳，通过控制两组电机的正转反转来控制机器人的前进后退。

转向时，左右同位置的连杆足相位相差180°，同侧的内、外连杆足相位也相差180°，当需要左转向时，左侧驱动电机组1反转，右侧驱动电机组2正转，整个运动过程图如图4；当需要右转时，右侧驱动电机组2反转，左侧驱动电机组1正转，运动过程如图5。

采用这种足式的切换运动，能够使机器人比较容易的越过障碍物，如图6为整个越障过程的示意图。机器人在越障的过程中，外侧的连杆足I3的前端搭上障碍物如图6（2）、图6（3）所示，随后逐步向前移动，内测的连杆足II4前端搭上障碍物如图6（4），车体倾斜，与平地类似由连杆足I3、连杆足II4的相互切换向前行走，随后连杆足II4和连杆足I3的后端也搭上障碍物，而前端离开障碍物与地面接触如图6（5），最终整个机体越过障碍物，实现了整个越障过程。

以上结构中，同侧的一对连杆足，前后端是分别被不同的传动部件驱动，即一个连杆足时被第1、4轴驱动，另一个连杆足时被第2、3轴驱动。

实施例二：本实用新型中，连杆足还有多种安装形式，参见图7、图8，机器人由控制左右运动机构的左侧驱动电机组1、右侧驱动电机组2，行动机构连杆足I3、连杆足II4，传动部件6、机身7，脚架8，组成传动装置的链条5和齿轮9所组成，机身7整体基本对称，连杆足I3、连杆足II4位于同侧的内侧和外侧，采用偏心安装，偏心相位相差180°。同侧一对连杆足前后端分别被相同的传动部件（同轴不同相）驱动，即前端被第1轴驱动，后端被第4轴驱动。机器人整体结构具体参见图7，通过传动装置齿轮9、链条5将同侧的行动机构连杆足I3、连杆足II4相连，以保证同侧行动机构相位相同，行动机构整体采用左右对称的形式。行动机构是一种通过改良后的连杆，使其既具有连杆的功能也具有足部运动的功能。内、外连杆的形式如图9所示，外连杆足I3与内连杆足II4由传动装置6安装在机身7同侧，均采用偏心安装，内、外连杆足I3和II4偏心安装的相位相差180°,如图9偏心安装点A和B的相位相差180°。本实施例的运动方式与上述实例相同，安装形式上略有不同。

实施例三：参见图10、图11，本实用新型还可以是同侧的一对连杆足前后端分别被不同的传动装置偏心驱动，即前端由第1、3轴，后端由第2、4轴驱动，连杆足I3、连杆足II4位于同侧的内侧和外侧，采用偏心安装，偏心相位相差180°，如图12，偏心安装点A和B的相位相差180°。运动方式与上述是实施例相同，安装形式上略有不同。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种连杆足式机器人,包括机架、电机、传动部件，其特征在于：还包括连杆足，所述连杆足是连杆和足的结合，连杆足的连杆部安装于传动部件上，连杆足的足部与连杆部连接且低于连杆，一个连杆足至少前后有两个足部，用于踩踏到地面上，实现行走；

所述连杆足设置有两对，均偏心安装于由电机轴带动的传动部件上；每一对连杆足有两个，对称布置于机架左右两侧，安装的偏心相位相同；在机架同一侧的两个连杆足偏心相位相差180°；在行走的过程中同侧的连杆足相互切换，交替行走，左右两侧对称的连杆足同步抬起或着地，这样每次至少有4只足落在地面，保证运动的稳定并使机器人越过障碍物。

2.根据权利要求1所述的连杆足式机器人,其特征在于,同侧的两个连杆足长短基本相同，连杆部的前后部分别安装在相同的传动部件上,但安装时同轴不同相,相位相差180°，且一个靠内侧一个靠外侧，两个连杆足交替行走，互不干涉。

3.根据权利要求1所述的连杆足式机器人,其特征在于,同侧的两个连杆足一长一短，每个连杆足的连杆部的前后部分别安装在不同的传动部件上，短的连杆足靠内侧布置，长的连杆足靠外侧布置，并前后越过短的连杆足，长、短两个连杆足交替行走，互不干涉。

4.根据权利要求1所述的连杆足式机器人,其特征在于, 同一根连杆足前后端的传动部件是由一个传动装置连接，以保证同一根足前后两端的足能同时着地。

5.根据权利要求1所述的连杆足式机器人,其特征在于,电机分为左侧驱动电机组和右侧驱动电机组，每侧驱动电机组设置均一个或两个电机，通过传动装置带动两套或四套传动部件，进而驱动同侧的连杆足。

6.根据权利要求1所述的连杆足式机器人,其特征在于, 所述连杆足的足部为两个，连接于连杆部的前后两端，或者连杆足的足部位多个，连接于连杆部的前后两端及中间。

7.根据权利要求1-6任一项所述的连杆足式机器人,其特征在于, 直线运动时，连杆足相互切换，每次都有对称的至少4足部接触地面，通过控制电机的正转反转，稳定地直线前进后退；转向起始状态时，由电机组控制左右对称位置的连杆足相位相差180°，同侧的内外连杆足相位也相差180°；当需要左转向时，控制左侧驱动电机组反转，右侧驱动电机组正转；当需要右转时，控制右侧驱动电机组反转，左侧驱动电机组正转，即可实现转向。