CN210047558U - 一种基于气压传动的六足机器人 - Google Patents

Abstract

一种基于气压传动的六足机器人，包括前后足联动机构、中间足机构、夹爪机构、装饰钳、机架以及电气控制单元；所述前后足联动机构共有两组，通过两根转动轴连接在机架上，前、后足在气缸的作用下，实现同步摆动；所述中间足机构通过一根转动轴连接在机架上，在两侧气缸的推动下，可绕轴转动；所述夹爪机构由两个由铰链连接的夹爪和一个气缸组成；所述装饰钳固连于机架前端；所述机架由4个支撑板通过支撑立柱固连而成，且机架上有气缸的固定支架。该机器人由多种机械零件、气动元件、电气元件组成，且结构简单，控制方便，特别适合做为气压传动、微机原理课程的实验教学工具，同时又有助于学生了解六足机器人行走步态，趣味性强。

Description

一种基于气压传动的六足机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其是一种采用气压传动的六足机器人。

背景技术

机电液一体化是机械行业发展的最新趋势，然而国内大多数高校的机械专业在实践教学过程中很少体现机电液一体化思想。比如，在微机原理课程实践教学中，一般借助单片机开发板帮助学生练习单片机的编程与控制，形式单一，趣味性差，无法使学生掌握单片机的实际应用技能。因此，有必要搭建简单易用的机电液一体化实践教学设备。

在仿生机器人的研究和应用领域，六足仿生机器人凭借稳定性好、承载能力强等优点一直是国内外机器人领域研究的热点之一。小型六足气动机器人实现了机械、电气、气动技术的融合，气压传动和液压传动同为流体传动的一个分支，二者有着很大的相似性，且气压传动更清洁、更便宜，因此完全可以用该机器人做为高校机电液一体化教学设备。此外，该机器人作为机械专业学生的实践教学设备，不仅可以帮助学生掌握专业技能，而且可以让学生了解六足机器人的行走步态等相关知识。所以，将小型六足气动机器人作为机电液一体化实践教学设备，将具有实践教学效果好、成本低、清洁、安全可靠和趣味性强等优点。

实用新型内容

本实用新型解决的问题在于，设计一种单片机控制的气动六足机器人，为高校机械专业提供一种成本低、清洁、安全可靠和趣味性强的机电液一体化实践教学设备。学生可以通过对该机器人的组装和编程控制练习单片机、传感器(如超声波传感器、红外传感器)、气动元件的使用，在锻炼机电液一体化知识的同时还可以增进对六足仿生机器人的了解。

本六足机器人主要由前后足联动机构、中间足机构、夹爪机构、装饰钳、机架以及以单片机为核心的电气控制单元组成，通过蓝牙遥控器可控制机器人完成前进、后退、左转、右转、自动循迹以及自动避障任务。该机器人的动力执行机构包括两个普通气缸、3个针型单作用气缸；其中两个普通气缸控制两侧的前、后足摆动，两个针型气缸控制中间足机构转动，1个针型气缸控制夹爪机构的夹紧与松开。

进一步地，所述机架由底板、辅助底板、上托板、顶板以及支撑立柱和螺钉组成；底板、辅助底板、上托板、顶板按顺序自下而上平行摆放，之间通过支撑立柱隔开，并由螺钉紧固。

进一步地，上述前后足联动机构由前足、后足、连杆、两个螺钉以及与之配套的螺母、两个转动轴、4个止推轴承、前后腿动力机构组成；螺钉与螺母将连杆与前足连接起来，螺钉做防松处理，连杆和前足可绕螺钉转动；另一个螺钉和螺母以相同的方式将连杆和后足连接；两个转动轴平行插于机架上的定位孔中，且转动轴的中心距与连杆上两个圆孔的中心距相等，以构成平行四边形机构；在前、后足与机架的接触处设有止推轴承；前后腿动力机构推动前足绕其转动轴转动，前足通过连杆带动后足实现同步运动。所述前足由前足上板、前足下板、两个相同的前足侧板、以及支撑立柱、螺钉组成；通过支撑立柱和螺钉将两个前足侧板固连在一起，将前足上板和前足下板固连在一起，分别构成前足下固连体和前足上固连体；前足下固连体和前足上固连体的一端均等间距的加工有两个相同尺寸的沟槽，所述前足下固连体和前足上固连体通过该沟槽连接成一体。后足由后足上板、后足下板、两个相同的后足侧板、以及支撑立柱、螺钉组成；通过支撑立柱和螺钉将两个后足侧板固连在一起，将后足上板和后足下板固连在一起，分别构成后足下固连体和后足上固连体；后足下固连体和后足上固连体的一端均等间距的加工有两个相同尺寸的沟槽，所述后足下固连体和后足上固连体通过该沟槽连接成一体。前后足动力机构由前后足气缸、推杆、销子组成；气缸固定于机架上，推杆一端与气缸的活塞杆固连，一端装销子，销子在前足上板的滑槽中滑动。

更近一步地，所述中间足机构由两个中间足侧板、中心轴、两个中间足气缸和支撑立柱、螺钉组成；中间足侧板通过支撑立柱和螺钉固连在一起；中心轴穿过两侧板的同心孔，并置于机架上的中间足支架孔中；两个气缸固定于机架的两侧，气缸活塞杆伸出时可推动中间足绕中心轴转动一定角度。

更近一步地，所述夹爪机构由两个相同的夹爪组合体、两个牵引线和一个夹爪气缸组成；中间足机构的中心轴穿过两个组合体的中心孔，组合成剪刀形夹爪；夹爪组合体上端通过牵引线与气缸活塞杆相连，活塞杆伸出时，牵引夹爪夹紧。所述夹爪组合体由一个中心夹爪、两个侧翼夹爪、支撑立柱和螺钉组成；两个侧翼夹爪通过支撑立柱和螺钉固连于中心夹爪的两侧。

更进一步地，所述装饰钳由一个安装板、两个钳片组成；安装板固定于机架前端，两个钳片按一定角度固定于安装板两侧。

更进一步地，所述电气控制单元由单片机模块、继电器模块、蓝牙模块、降压模块、电磁换向阀、传感器组6大基本部分组成。

本实用新型的有益效果是：该六足机器人通过一个动力单元带动多足运动，因此用于行走的动力单元少，大大降低了控制算法的难度，且前后足动力单元的气缸无需承受机器人自身及运载货物重量，因此其体积较小；利用杠杆原理，在气缸的推动下，前后足实现摆动，同时杠杆将气缸的位移放大，从而提高了机器人的行走速度；电气控制系统中采用单片机作为核心控制单元，使得该机器人能够扩展连接多种传感器。

为了更清楚地说明本实用新型的具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

附图说明

图1为本实用新型实施例的装配图。

图2为本实用新型实施例的机架结构示意图。

图3为本实用新型实施例的前足结构示意图。

图4为本实用新型实施例的后足结构示意图。

图5为本实用新型实施例的前后足动力机构示意图。

图6为本实用新型实施例的中间足机构示意图。

图7为本实用新型实施例的行走机构示意图。

图8为本实用新型实施例的夹爪组合体结构示意图。

图9为本实用新型实施例的夹爪机构示意图。

图10为本实用新型实施例的装饰钳结构示意图。

图11为本实用新型实施例的气动回路原理图。

图中1—底板1；2—底板2；3—底板3；4—底板4；5—螺母；6—后足下板；7—后足侧板；8—前足侧板；9—螺钉；10—连杆；11—调速阀；121——左前足气缸；122——右前足气缸，13—气缸支架；14—前足上板；15—垫圈；16—推杆；17—销子；18—螺母；19—垫圈；20—中间足侧板；21—中间足支架；22—机械挡块；23—挡片；241—左中间足气缸；242—右中间足气缸；25—调速阀；26—中心轴；27—牵拉板；28—牵引线；29—止推轴承；30—侧翼夹爪；31—中心夹爪；33—螺母；34—安装板；35—钳片；36—支撑立柱；37—支撑立柱；38—支撑立柱；39—前足下板；40—支撑立柱；41—转动轴；42—止推轴承。

具体实施方式

如图2所示，机架由底板(1)、辅助底板(2)、上托板(3)、顶板(4)以及若干支撑立柱和螺钉组成；底板、辅助底板、上托板、顶板按顺序自下而上平行摆放，之间通过不同规格的支撑立柱36隔开，并由螺钉紧固。

如图3所示，前足下固连体由两个相同的前足侧板(8)及4个支撑立柱(37)、8个螺钉组成，支撑立柱和螺钉将两个前足侧板刚性的连在一起；前足上固连体由前足上板(14)、前足下板(39)、支撑立柱(38)以及螺钉组成，前足下固连体和前足上固连体一端都加工有相同尺寸的安装沟槽，通过该沟槽，将前足上固连体插入前足下固连体，组成前足，利用过盈配合使两者可靠连接。

如图4所示，后足下固连体由两个相同的后足侧板(7)以及4个支撑立柱、8个螺钉组成，支撑立柱和螺钉将两个后足侧板刚性的连在一起；后足上固连体由形状相同的后足上板、后足下板(6)、支撑立柱和螺钉组成，在后足下固连体和后足上固连体两端均加工有相同尺寸的安装沟槽，通过该沟槽将后足下固连体插入后足上固连体，组成后足，利用过盈配合使两者可靠连接。

如图5所示，前后腿动力机构由前后足气缸(121)、推杆(16)、销子(17)组成；气缸(121)通过支架(13)以及两对螺钉螺母固定于底板上；气缸活塞杆末端有螺纹，利用两个螺母将推杆一端与气缸的活塞杆固连，推杆另一端装销子，销子上端利用两个螺母(18)对顶拧紧，销子可在前足上板(14)的滑槽中滑动，为保证在销子在运动过程中能保持较好的竖直状态，在前足上板的上下两侧均装有垫片(19)，销子穿过垫片的中心。前后足气缸两个气口均装有单向调速阀(11)，以控制气缸的运动速度。

如图5所示，前后足联动机构由上述前足、后足、前后腿动力机构以及连杆(10)、两个螺钉(9)以及与之配套的2个螺母(5)、两个转动轴(42)、两个用于转动轴固定的螺母、四个止推轴承(41)、组成。前足通过转动轴连接于机架上，转轴的下端带螺纹并装有螺母，前足可绕转动轴转动，同样地，后足也通过相同的转动轴连接于机架上，为保证前足、后足转动的灵活性，在前足、后足与机架接触部位各装有一个止推轴承。螺钉(9)将连杆与后足铰接在一起，同样地，相同规格的螺钉、螺母将连杆与前足铰接在一起，构成平行四边形连杆机构，使得前足、后足能够绕各自的转轴同步转动。其中连杆两孔中心距离与两个转动轴的中心距离相等。前后足联动机构的运动方式为：前后腿动力机构中的气缸(121)活塞带动推杆(16)以及销子(17)运动，销子在前足上板的滑槽中滑动，同时推动前足绕转动轴转动，前足转动的同时通过连杆(10)带动后足绕其转动轴转动。当气缸伸出时，前足、后足向后摆动，缩回时，向前摆动。前足上板绕转动轴转动，由于转动轴两侧前足上板的长度不相等，因此该机构可实现对气缸行程的放大。

如图6所示，中间足机构由两个相同的中间足侧板(20)、中心轴(26)、两个相同规格的中间足气缸(241、242)和若干支撑立柱、螺钉组成；两个中间足侧板通过支撑立柱和螺钉固连在一起；中心轴穿过两侧板的同心孔，并置于机架上的中间足支架(21)孔中；两个中间足气缸固定于机架的两侧，气缸的上方有固定于中间足侧板上的挡片(23)，气缸的进气口装有单向调速阀，调节气缸的运动速度；两个气缸均为单作用气缸，且二者一伸一缩交替动作，气缸的输出力作用在挡片上推动中间足转动一定角度。机械挡块(22)固定于机架的两侧，通过调整其高度可以改变中间足的转角。

如图8所示，夹爪机构由两个相同的夹爪组合体、两个牵引线(28)和一个夹爪气缸(32)组成。如图7，夹爪组合体由一个中心夹爪(31)、两个相同的侧翼夹爪(30)、4个支撑立柱(40)和4个螺钉组成；两个侧翼夹爪通过支撑立柱和螺钉固连于中心夹爪的两侧。中间足机构的中心轴穿过两个组合体的中心孔，组合成剪刀形夹爪；牵引线将夹爪组合体上端与牵拉板(27)连接，牵拉板与夹爪气缸(32)活塞杆固连，活塞杆伸出时，牵引夹爪夹紧。为保证夹爪组合体运动的灵活性，在两个中心夹爪与中间足侧板的接触处均装有轴承(29)。

如图9所示，装饰钳由一个安装板(34)、两个钳片(35)组成；安装板固定于底板前端，两个钳片按一定角度固定于安装板两侧。

如图10所示，通过继电器的常开开关控制4个电磁铁的得电与失电，进而可以分别控制5个气缸的动作。

如图11所示，在机架的两侧对称布置着两组前后足联动机构，将该机器人的六只足分为两组——A组和B组，每组包括3只足。该机器人运动过程如下：当前进时，A组足着地，支撑该机器人，B组足悬空；然后，B1、B3足向前摆动，A1、A3足向后摆动，由于摩擦力的存在，机器人身体向右前方移动一段距离；再然后，中间足转动，使得B组足着地支撑机器人，A组足悬空；接下来，A1、A3足向前摆动，B1、B3足向后摆动并推动机器人身体向左前方移动一段距离；不断交替上述动作，该六足机器人可实现前进运动。同理可完成后退运动。当向右转弯时，A组足着地，支撑该机器人，B组足悬空；然后，B1、B3足向后摆动，A1、A3足向后摆动，借助摩擦力使得机器人身体向右前方移动一段距离；再然后，中间足转动，使得B组足着地支撑机器人，A组足悬空；接下来，A1、A3足向前摆动，B1、B3足向前摆动，带动该机人向右转动；交替上述过程，可实现机器人的右转。同理可完成左转运动。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (4)

1.一种基于气压传动的六足机器人，其特征在于，包括两组前后足联动机构、中间足机构、夹爪机构、装饰钳、机架以及电气控制单元；两组前后足联动机构对称置于机架两侧，且动力源为普通气缸，中间足机构的动力源为位于机架两侧的两个针型气缸，夹爪机构由一个针型气缸驱动，可实现对重物的夹紧与放松，且所有气缸均有相应的调速阀控制其运动速度；电气控制单元由单片机模块、继电器模块、蓝牙模块、降压模块、电磁换向阀、传感器6大基本部分组成。

2.根据权利要求1所述的一种基于气压传动的六足机器人，其特征在于：所述前后足联动机构由前足、后足、连杆、两个螺钉以及与之配套的两个螺母、两个转动轴、4个止推轴承、前后腿动力机构组成；所述前足由前足上板、前足下板、两个相同的前足侧板、以及支撑立柱组成，通过支撑立柱和螺钉将两个前足侧板固连在一起，将前足上板和前足下板固连在一起，分别构成前足下固连体和前足上固连体，前足下固连体和前足上固连体的一端均等间距的加工有两个相同尺寸的沟槽，两者通过该沟槽连接成一体从而构成前足；所述后足由后足上板、后足下板、两个相同的后足侧板、以及支撑立柱、螺钉组成，通过支撑立柱和螺钉将两个后足侧板固连在一起，将后足上板和后足下板固连在一起，分别构成后足下固连体和后足上固连体，后足下固连体和后足上固连体的一端端均等间距的加工有两个相同尺寸的沟槽，后足下固连体和后足上固连体通过该沟槽连接构成后足；所述前后足动力机构由前后足气缸、推杆、销子组成，前后足气缸固定于机架上，推杆一端与气缸的活塞杆固连，一端装销子，销子在前足上板的滑槽中滑动；通过螺钉与螺母将连杆与前足、后足连接起来；两个转动轴平行插于机架上的定位孔中，且转动轴的中心距与连杆上两个圆孔的中心距相等，以构成平行四边形机构；在前、后足与机架的连接处设有止推轴承；前后足气缸在气压作用下往复运动，推动前足绕其转动轴摆动，前足通过连杆带动后足实现同步运动。

3.根据权利要求1所述的一种基于气压传动的六足机器人，其特征在于：所述中间足机构由两个中间足侧板、中心轴、两个中间足气缸和支撑立柱、螺钉组成；两个中间足侧板通过支撑立柱和螺钉固连在一起；中心轴穿过两侧板的同心孔，并置于机架上的中间足支架孔中；两个气缸固定于机架的两侧，气缸活塞杆伸出时可推动中间足绕中心轴转动一定角度。

4.根据权利要求1所述的一种基于气压传动的六足机器人，其特征在于：所述夹爪机构由两个相同的夹爪组合体、两个牵引线和一个夹爪气缸组成；所述夹爪组合体由一个中心夹爪、两个侧翼夹爪、支撑立柱和螺钉组成；两个侧翼夹爪通过支撑立柱和螺钉固连于中心夹爪的两侧；中间足机构的中心轴穿过两个组合体的中心孔，组合成剪刀形夹爪；夹爪组合体上端通过牵引线与夹爪气缸活塞杆相连，活塞杆伸出时，牵引夹爪夹紧。

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