CN210526698U - 一种应用于复杂环境下的新型四足机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种应用于复杂环境下的新型四足机器人，包括机箱和四组腿部结构，机箱内部设置有四组同轴驱动组件；每组同轴驱动组件包括两个伺服电机以及同轴设置的内、外传动轴，其中一台伺服电机通过传送带和齿轮驱动内传动轴，另一台伺服电机通过传送带和齿轮驱动外传送轴；每组腿部结构包括四根连接呈四边形的支腿连杆和连接在支腿连杆下方的支撑脚，相邻连杆通过关节连接，与顶部关节连接的两根连杆分别与内、外传动轴相连。本四足机器人的同轴驱动组件可以节省空间、减轻重量实现向任意方向连续转动，四边形腿部结构能够灵活变形完成各种动作，完美避障。内外传动轴长度设置能够让两根连杆固定点错开，互不影响转动。
Description
技术领域
本实用新型涉及机械领域中机器人技术，具体涉及一种应用于复杂换下的新型四足机器人。
背景技术
机器人技术的发展不断推进了机器人在各个领域的应用，机器人在某些情况下已经成了不可或缺的设备。在面对复杂地形和恶劣环境时，尤其在复杂环境下的河流地形地貌中，一般的轮式机器人和履带式机器人的应用受到了限制。一些动物的行走模式能够适应不平坦的地面，足式机器人正是利用了这一点从而能够在沙石地等凹凸不平的地面上稳定行走。如何在不平整的地面上有效避障、保持稳定成为研究热点。弹跳是机器人很好的避障方式，利用运动机器人的弹跳功能来增强地形适应性也是近年来较为热门的研究方向。
目前，波士顿动力公司已经研制出了Minitaur机器人，它能够依靠蹦跳向前进，从而能够在复杂地面上前进并能攀爬楼梯、铁丝网等，但其结构过于复杂，并且腿部运动不能完全旋转导致限制了运动空间。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型提供了一种新型四足机器人，对四足机器人的四肢结构进行了改进，通过较为简单的机械结构就能够实现灵活地行走。
本实用新型采用的技术方案是：
一种应用于复杂环境下的新型四足机器人，包括机箱和四组腿部结构，所述机箱内部设置有用于驱动四组腿部结构的四组同轴驱动组件；每组同轴驱动组件包括两个伺服电机以及同轴设置的内、外传动轴，其中一台伺服电机通过传送带和齿轮驱动内传动轴，另一台伺服电机通过传送带和齿轮驱动外传送轴；每组腿部结构包括四根连接呈四边形的支腿连杆和连接在支腿连杆下方的支撑脚，相邻连杆通过关节连接，与顶部关节连接的两根连杆分别与内、外传动轴相连。
进一步的，所述内、外传动轴嵌套设置。
进一步的，所述内传动轴长于外传动轴。
进一步的，所述同轴驱动组件还包括撑杆，所述撑杆为三角形，撑杆的三个顶点分别用于固定两个伺服电机以及嵌套在一起的传送轴。
进一步的，所述连杆包括第一连杆，第二连杆，第三连杆和第四连杆。
进一步的，所述第一连杆和第二连杆长度相等，第三连杆和第四连杆长度相等，第三、四连杆长度大于第一、二连杆。
进一步的，所述第一连杆与外传动轴相连，所述第二连杆与内传动轴相连。
进一步的，所述关节为轴肩螺钉。
进一步的，所述支撑脚由硅胶制成。
与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和有益效果：
1.该新型四足机器人的同轴驱动组件可以节省空间、减轻重量实现向任意方向连续转动，四边形的腿部结构能够灵活变形从而完成垂直跳跃、后空翻等动作，完美避开障碍物。
2.内外传动轴长度设置能够让两根与传动轴连接的连杆固定点错开，互不影响转动。
3.该四足新型机器人的小脚是硅胶制成的，可以有效防止打滑，提高抓地能力和弹跳性能。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构示意图。
图2为本实用新型中机箱纵向截面示意图。
图3为同轴驱动机构细节图。
图4为腿部机构细节图。
附图标记说明：
1-机箱、2-腿部机构、201-第一连杆、202-第二连杆、203-第三连杆、204-第四连杆、3-同轴驱动组件、301-外传动轴、302-内传动轴、303-撑杆、304-传送带、401-电机Ⅰ、402-电机Ⅱ、5-小脚、6-轴肩螺钉、701-第一关节、702-第二关节、703-第三关节、704-第四关节、801-外齿轮、802-内齿轮、803-电机Ⅰ上的小齿轮、804-电机Ⅱ上的小齿轮、9-控制系统。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本实用新型提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。
本实用新型提供了一种新型四足机器人，如图1、2所示。该四足机器人包括机箱1和四组可以任意旋转的腿部结构2。机箱1中有四组同轴驱动组件3，四组同轴驱动组件3用于驱动四组腿部结构2，每组腿部结构分别与一组同轴驱动组件连接。
具体的说，机箱1的侧面板为一个拉长的八边形形状，两侧面板两端各有一组同轴驱动组件3，面板外侧对应安装有腿部结构2。各同轴驱动组件3均包括以下组件：外传动轴301、内传动轴302、撑杆303、传送带304、齿轮8以及两个伺服电机Ⅰ、Ⅱ(401、402)。同轴驱动组件3中电机Ⅰ上的小齿轮803通过传送带304与外传动轴301上的外齿轮801连接，电机Ⅱ上的小齿轮804同样通过传送带304与内传动轴302上的内齿轮802连接。两传动轴同轴设置，撑杆303为三角形，撑杆三个顶点上设置有三个圆环，分别用于固定两同轴设置的传动轴及两个电机主轴，从而将传动轴、电机4固定在一起，防止因电机4转动而移位。本实用新型中电机使用虎马MN512。
优选的，外传动轴301和内传动轴302是嵌套放置的，内传动轴的直径小于外传动轴的直径，嵌套放置可以节省空间并且能够完成垂直跳跃的功能。齿轮均为轻质塑料制成。
腿部结构2包括：第一连杆201、第二连杆202、第三连杆203、第四连杆204和小脚5。腿部结构2直接与传动轴相连，能够实现在体外任意方向的转动。四根连杆组成四边形形状，能够任意变形或旋转。第一连杆201与第二连杆202通过第一关节701连接，第一连杆201与第三连杆203通过第二关节702连接，第三连杆203与第四连杆204通过第四关节704连接，第四连杆204与第二连杆202通过第三关节703连接。四个关节均采用轴肩螺钉6连接，因此各个连杆能够灵活转动。这些关节也可以替换成其他灵活且容易旋转的部件。腿部结构2在第一关节701(该关节大部分时间位于腿部结构顶部，称为顶部关节)处与同轴驱动组件3相连，其中第一连杆201与外传动轴301固定在一起，第二连杆202与内传动轴302固定在一起，从而使伺服电机能够通过传动轴驱动腿部机构运动。关节704(该关节位于腿部结构底部，称为底部关节)处安装小脚5，小脚由硅胶制成，具有地面接触面，可以有效防滑和增加弹跳性能。
优选的，内传动轴302略长于外传动轴301，使得第一连杆201与外传动轴301的固定点在第二连杆202与内传动轴302的固定点之上，固定点上下叠放，互不影响转动。
优选的，第一连杆201和第二连杆202长度相等，第三连杆203和第四连杆204长度相等，第三、四连杆长度大于第一、二连杆，从而令第一、第二连杆最大限度地向下弯曲，达到更好的跳跃效果以及更加协调地完成走路等姿态。
新型四足机器人在凹凸地面行走时，通过电机4控制连杆运动后驱动机器人行走。
此外，在机箱1内还设置有控制系统9，如图1所示，控制系统9放置在同一侧面两组同轴驱动组件3中间。控制系统包括微控制器、配电板、电机控制器和无线模块(该结构为现有公开技术，在本实用新型中不再赘述其中各部件连接关系)。控制系统协调每组同轴驱动组件中的两个伺服电机，带动腿部结构运动实现跳跃、小跑以及后空翻等动作。机器人行走时，控制系统9分别连接四组同轴驱动组件3，通过电机4感知外力并输送给控制器，感知四组腿部结构受到的外力导致的姿态的变化，将姿态数据传输到控制器后，微控制器确定每条腿应该使用多大的力和扭矩，控制驱动组件3直接驱动腿部结构2做出反应，直接驱动腿部结构的运动，能够对外力迅速做出反应，提高机器人在复杂环境中的适应能力，保障机器人行动的稳定。在遇到障碍物时，可人为遥控机器人或装上摄像头采用图像识别障碍物从而控制机器人进行空翻。需要说明的是，控制系统及方法属于现有公开技术(如“液压四足机器人的自适应模糊PID控制”一文中就有提及)，本实用新型无需对算法进行改进。
本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种应用于复杂环境下的新型四足机器人，其特征在于：包括机箱和四组腿部结构，所述机箱内部设置有用于驱动四组腿部结构的四组同轴驱动组件；每组同轴驱动组件包括两个伺服电机以及同轴设置的内、外传动轴，其中一台伺服电机通过传送带和齿轮驱动内传动轴，另一台伺服电机通过传送带和齿轮驱动外传送轴；每组腿部结构包括四根连接呈四边形的支腿连杆和连接在支腿连杆下方的支撑脚，相邻连杆通过关节连接，与顶部关节连接的两根连杆分别与内、外传动轴相连。
2.根据权利要求1所述的应用于复杂环境下的新型四足机器人，其特征在于：所述内、外传动轴嵌套设置。
3.根据权利要求2所述的应用于复杂环境下的新型四足机器人，其特征在于：所述内传动轴长于外传动轴。
4.根据权利要求1或2所述的应用于复杂环境下的新型四足机器人，其特征在于：所述同轴驱动组件还包括撑杆，所述撑杆为三角形，撑杆的三个顶点分别用于固定两个伺服电机以及嵌套在一起的传送轴。
5.根据权利要求1所述的应用于复杂环境下的新型四足机器人，其特征在于：所述连杆包括第一连杆，第二连杆，第三连杆和第四连杆。
6.根据权利要求5所述的应用于复杂环境下的新型四足机器人，其特征在于：所述第一连杆和第二连杆长度相等，第三连杆和第四连杆长度相等，第三、四连杆长度大于第一、二连杆。
7.根据权利要求5所述的应用于复杂环境下的新型四足机器人，其特征在于：所述第一连杆与外传动轴相连，所述第二连杆与内传动轴相连。
8.根据权利要求1所述的应用于复杂环境下的新型四足机器人，其特征在于：所述关节为轴肩螺钉。
9.根据权利要求1所述的应用于复杂环境下的新型四足机器人，其特征在于：所述支撑脚由硅胶制成。
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| CN201921563358.XU CN210526698U (zh) | 2019-09-19 | 2019-09-19 | 一种应用于复杂环境下的新型四足机器人 |
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| CN201921563358.XU Active CN210526698U (zh) | 2019-09-19 | 2019-09-19 | 一种应用于复杂环境下的新型四足机器人 |
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| CN (1) | CN210526698U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113022822A (zh) * | 2021-03-11 | 2021-06-25 | 南方科技大学 | 一种水下外肢体及其应用 |
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2019
- 2019-09-19 CN CN201921563358.XU patent/CN210526698U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN113022822A (zh) * | 2021-03-11 | 2021-06-25 | 南方科技大学 | 一种水下外肢体及其应用 |
| CN113022822B (zh) * | 2021-03-11 | 2023-08-08 | 南方科技大学 | 一种水下外肢体及其应用 |
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