CN219904571U - 一种履足复合式六足机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种履足复合式六足机器人，其解决了现有机器人在复杂地形情况下的运行缺陷。所述机器人包括主体，主体上设置有视觉模块、履带轮、履带以及六个机械足，每个机械足均包括固定在主体上的第一电机、与第一电机输出轴连接的基节、固定在基节上的第二电机、与第二电机输出轴连接的胫节、固定在胫节上的第三电机和与第三电机输出轴连接的腿节，第一电机、第二电机和第三电机均与单片机的输出端连接。本实用新型通过加装履带的设计与视觉模块的结合，使得该新型六足机器人可以在两种形态之间自由转换，充分发挥了仿生六足机器人和履带式机器人的长处而规避其短处，以实现在复杂地形条件下的多种作业需求，拥有极其广泛的应用场景。

Description

一种履足复合式六足机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，具体地，涉及一种履足复合式六足机器人。

背景技术

目前常见的六足机器人的运动形式有履式、足式和轮式等形式。足式机器人的越障能力强，机动性高，在崎岖地形上有较高的适应性和移动效率。履带式机器人运动速度迅速、平稳，结构和控制也较简单，在相对平坦的地形上行驶时有很大优势。但在实际复杂的应用环境如行星表面、矿井和防灾等的救援中，地形起伏不定且地形形态变化难以预测。在这种情况下，单一运动形式的应用会受到限制，导致足式机器人和履带式机器人较难满足作业需求。

公开号为CN113306352A的专利文献公开了一种多地形适应的水陆两栖六足带腰多功能机器人，涉及机器人技术领域，包括机体平台和6条腿足；所述机体平台包括前段机体平台、中段机体平台及后段机体平台，前段机体平台和中段机体平台之间、中段机体平台和后段机体平台之间均采用万向节铰链连接；所述6条腿足包括设于前段机体平台的两条腿足、中段机体平台的两条腿足和后段机体平台的两条腿足；所述6条腿足的部分或全部腿足具有两种或两种以上的可切换结构，从而根据地形切换不同的腿足结构以实现相应运动模式。但是该专利文献的腿部结构只能进行足式行走，运动速度较慢，同时足式机构一定程度上存在负载能力较差的缺陷，使得在救援等复杂作业中的净作业时间被压缩以及物资转运能力受限。

公开号为CN108482503A的专利文献公开了一种磁吸轮履式爬壁机器人越障机构，属于爬壁机器人技术领域，包括水平平行前后放置的永磁体轮车架，永磁体轮车架的两侧分别水平固定设置有履带车架；调高电机及永磁体轮驱动轮驱动电机座关于永磁体轮车架中部对称分布且分别固定在左右履带车架的内侧；履带驱动轮减速器的输入轴与履带驱动轮驱动电机的输出轴通过法兰用螺栓连接；履带驱动轮驱动电机座两端分别固定在左右履带车架的内侧，履带式和轮式运动机构结合起来，在导磁壁面及壁面上的障碍物上行走时，互相配合运动。但是该专利文献的履式机构灵活性提高是依赖于于磁性条件，非磁条件依旧受限制，不具有一般性，相比于足式机构，在机动性上仍有差距。同时履式机构运动过程中与地形接触面积较大，面对复杂壁面或较小支撑面时单一的履式机构可能存在打滑或重心不稳等影响工作进程的风险。

公开号为CN114475831A的专利文献公开了一种足履式多模态仿生机器人，涉及仿生机器人技术领域，包括腿足单元、跳跃单元和底盘单元，其中，腿足单元包括第一驱动器、驱动杆、大腿杆件、小腿连杆以及被动轮，腿足单元的数量为两组，两组腿足单元平行设置；跳跃单元包括第二驱动器、跳跃小腿、储能弹性件以及套筒，底盘单元包括机架和履带组件，腿足单元、跳跃单元以及履带组件均分别与机架相连，履带组件包括履带和至少两个履带轮。通过将机器人履带底盘与仿生腿足机构及弹性跳跃机构相结合，实现了垂直管道爬行及多角度跳跃，提高了仿生机器人的适应性。但是该专利文献所含腿足较少且以履式运动模态为主，跳跃高度及越障角度受限且难以在转换为足式时保持平衡，对环境的适应性仍较弱，在遇到较复杂崎岖地形时移动效率将下降，越障能力减弱。

发明内容

本实用新型公开了一种自转换履足式六足机器人，其解决了现有六足机器人在平坦与崎岖地形交替出现的复杂地形条件下不易行走且能耗过大的缺陷，履足复合式机器人结合了履式和足式两种机器人的优点，可以根据地形的起伏情况进行足式和履式两种运动模式的切换，使得其达到能在多种地形都发挥较大优势的目的。

为了实现本发明目的，本实用新型提供的一种履足复合式六足机器人，包括主体、设置在主体两侧的履带轮和履带、视觉模块、单片机和六个对称设置在主体两侧机械足，

视觉模块与单片机连接以将识别到的地形起伏角度传递给单片机；

每个机械足均包括固定在主体上的第一电机、与第一电机输出轴连接的基节、固定在基节上的第二电机、与第二电机输出轴连接的胫节、固定在胫节上的第三电机和与第三电机输出轴连接的腿节，第一电机、第二电机和第三电机均与单片机的输出端连接，单片机用于驱动各电机以实现机器人在六足前进模式和履带前进模式之间的转换。

电机用于为机械腿提供动力，使得机械腿在仿生六足式行走时按照指令运动。履带式模式下，机械腿收回到主体两侧，使得履带着地，通过履带轮驱动履带前进。当识别到地形起伏角度超过预设值等工况时，电机将对应信号装换为输出角度，控制机械足程蜷缩式收回状态。

进一步地，所述基节一端与连接基节与主体的第一电机输出轴固连，连接腿节与基节的第二电机与所述基节固连，胫节一端与连接胫节与基节的第二电机的输出轴固连，连接胫节与腿节的第三电机与所述胫节一端固连。

进一步地，六条机械足并排等间距地设置在所述履带轮上

进一步地，主体的两侧分别设置个机械足，同侧的机械足等间距排布。

进一步地，基节为镂空设计。

进一步地，基节的截面形状为矩形。

进一步地，所述腿节的足尖为实心球体。

进一步地，还包括锁定机构，所述锁定机构设置在主体上，用于锁定机械足。

进一步地，主体的两侧均分别设置有个所述履带轮，每侧的履带轮与相应的履带传动连接。履带轮和履带并排对称排列在所述主体两侧。

进一步地，视觉模块采用openmv。

进一步地，视觉模块识别到前行路径上的地形起伏角度低于设定的预设值时，单片机控制各第一电机朝同一方向旋转直至各基节统一朝向六足机器人的后方，各第二电机将会朝同一方向旋转且方向第一电机旋转方向相反，带动机械足的腿节直至其旋转至与基节合拢，从六足前进模式切换到履带前进模式。

进一步地，当视觉模块识别到前行路径上的地形起伏角度超过设定的预设值时，单片机控制各电机工作，从履带前进模式切换至六足前进模式。

进一步地，主体1上可以搭载超声波感应，激光传感器等传感元件、openmv以及舵机驱动板等现有的运算控制元件、电源、电路以及其他机械装置。

进一步地，主体1两侧安装5个同等大小相同间隙的履带轮。履带轮上安装有履带。

进一步地，在两侧第1、3、5个履带轮上安装有机械足的基节。基节通过轴承直接与主体相连，使得基节与履带轮的运动相互独立，且第一电机可以控制基节的运动。

进一步地，在机械足的基节末端安装有胫节。胫节与基节通过轴承和第二电机相连，使得第二电机可以控制胫节的运动。

进一步地，在机械足的胫节末端安装有机械足的腿节。胫节与腿节通过轴承和第三电机相连，使得第三电机可以控制腿节的运动。

进一步地，所有的电机都由处于主体的单片机Linkit7697(控制，能量由处于主体的电池供给。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、基于现有六足机器人的主流腿部设计，本实用新型的六足机器人在主体的两侧加装了可以在平坦地势快速前进的履带轮和履带，使得机器人在使用履带前进的模式下相较于足式机器人而言功耗更低，且履带易于替换。在使用仿生六足前进的模式下相较于履带式机器人而言越障能力更优秀，解决了履式机器人不能适应复杂地形的缺陷，同时降低了解决足尖打滑等问题的难度。使其在不同地形下更好地发挥各自模式的优势。

2、整个六足机器人产品的各部分尺寸可以自由调节，使得该产品能适应不同工况和不同公司对产品性能的需求。各个部分之间可通过模块化设计，在针对不同的复杂地形需求不同的机器人尺寸时，通过调整各个模块来适应，可以降低生产的成本。

3、本实用新型通过加装履带的设计与视觉模块的结合，使得该新型六足机器人可以在2种形态之间自由转换，充分发挥了仿生六足机器人和履带式机器人的长处而规避其短处。拥有极其广泛的应用场景。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的的一种履足复合式六足机器人的结构轴侧图；

图2为本实用新型实施例提供的六足机器人的上视图；

图3为本实用新型实施例提供的六足机器人的正视图；

图4为本实用新型实施例提供的六足机器人的侧视图；

图5为本实用新型实施例中足部结构示意图。

图中，1-主体；2-履带轮；3-履带；4-基节；5-胫节；6-腿节；7-连接基节与主体的第一电机；8-连接胫节与基节的第二电机；9-连接腿节与胫节的第三电机。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

请参阅图1-图5，本实用新型提供的一种履足复合式六足机器人包括矩形的主体1、安装在主体1上的视觉模块、安装在主体1两侧的履带轮2和履带3和并排对称排列在主体1两侧的六个机械足。单个机械足包括基节4、连接基节4与主体1的第一电机7、腿节6、连接胫节5与基节4的第二电机8、胫节5、连接胫节5与腿节6的第三电机9。本实施例的六个机械足均相同，下面以其中一个机械足的结构为例来进行详细说明。

在本实用新型的其中一些实施例中，第一电机7固定在主体1上，第一电机7的输出轴与基节4连接，第二电机8固定在基节4上，第二电机8的输出轴与胫节5连接，第三电机9固定在胫节5上，第三电机9的输出轴与腿节6连接。

在本实用新型的其中一些实施例中，六足机器人主体1与两侧共十个所述履带轮2固连，所述履带轮2与履带3相啮合，两侧第1，3，5个所述履带轮2与连接基节4与主体1的第一电机7固连。

当安装在主体1上的视觉模块识别到前行路径上的地形起伏角度低于操作人员设定的预设值时，本实用新型将会进行从六足前进模式到履带前进模式的转换。首先，单片机会控制并排对称排列在主体1两侧的六个机械足的基节4上的第一电机7朝同一方向旋转直至各基节4统一朝向六足机器人的后方。

视觉模块为现有模块，在本实用新型的其中一些实施例中，视觉模块采用openmv，该模块为现有模块，视觉模块使用图像处理方法识别地形起伏，以预判地形的非几何特征危险。本实用新型通过加装履带的设计与视觉算法的结合，使得该新型六足机器人可以在两种形态之间自由转换。本实用新型不涉及对视觉模块和图像处理方法的改进，在此不对其展开详细介绍。

位于各机械足的基节4末端与腿节6连接的关节处的第二电机8将会朝同一方向旋转且方向与该腿节6对应的基节4上的第一电机7旋转方向相反，以带动机械足的腿节6直至其旋转至与基节4合拢。与此同时，位于各机械足的腿节6末端与胫节5连接的关节处的第三电机9将会朝同一方向旋转且方向与该腿节对应的基节上的第一电机7旋转方向相同，以带动机械足的胫节5直至其旋转至与腿节6合拢。

主体1上设置有锁定机构，用于锁定机械足。在本实用新型的其中一些实施例中，锁定机构为受单片机控制的伸缩杆，腿节6上设置有凹槽，伸缩杆伸出后可与腿节6上的凹槽相配合，从而锁定机械足，且此时机械足上的所有电机旋转到最大角度。当单片机接收到蓝牙或WiFi传输过来的“转换为履带式行进”的命令时，单片机控制所有腿部结构运动收回，锁定机构锁定，将整个机械足完全锁住。当单片机接收到蓝牙或WiFi传输过来的“转换为仿生足式行进”的命令时。单片机控制锁定机构解除锁定，所有腿部结构可以运动。

在本实用新型的其中一些实施例中，单片机可以采用Linkit7697，可以理解的是，在其他实施例中，也可以采用其他型号的单片机。

并排对称排列在主体1两侧的六个机械足能够实现从前进模式到收起至两侧的形态的转变。

进一步的，本实用新型实现了从六足前行形态到履带前行形态的转变，通过安装在主体1两侧的5个同等大小相同间隙的履带轮3旋转，进而带动履带2旋转，以通过履带2实现前行。

当安装在主体1上的视觉模块识别到前行路径上的地形起伏角度超过操作人员设定的预设值时，本实用新型将会进行从履带前进模式到六足前进模式的转换。

进一步的，安装在主体1两侧的锁定机构解锁，腿节6的锁定状态解除，基节4、胫节5和腿节6都可以在相应的电机带动下运动。

进一步的，并排对称排列在主体1两侧的六个机械足的基节4上的第一电机7、位于机械足的基节末端与胫节连接的关节处的第二电机8以及位于机械足的腿节与胫节连接的关节处的第三电机9将会朝与本实用新型从六足前行模式到履带前行模式转换时各电机旋转方向相反的方向旋转直至六个机械足的基节、腿节以及胫节调整至六足前行模式状态。

进一步的，本实用新型实现了从履带前行形态到六足前行形态的转变。

下面对本实用新型使用六足式前进的模式进行描述。本实用新型通过基节4、胫节5、腿节6以及第一电机7、第二电机8、第三电机9等部件共同构成六足仿生的运动系统。该系统有6个相对独立的足部机构，每个机构由一个基节4、一个胫节5、一个腿节6、一个第一电机7、一个第二电机8和一个第三电机9组成。该机构拥有三个自由度，足尖的活动空间是一个立体图形。因此该运动系统拥有较高的灵活性和较好的地形适应能力，方便做进一步的步态开发。在六足式前进的模式下，可以实现三角步态、四足步态、波浪步态等典型步态的行走。

本实用新型通过主体1两侧的履带2和履带轮3共同组成的履带机构实现履带式前进。一共有两组履带机构，分别安装在主体1的两侧。在履带式前进模式下，履带接地，由履带轮3驱动履带2转动前进。由于只引入了一组履带2，履带系统的维修并不复杂，履带易拆装，因此方便调节和维修。设置有6个完全相同的机械足，基于视觉模块来获取地形起伏角度，以在履带式行走和足式行走之间进行切换，能够快速调节机器人的形态，到能在多种地形都发挥作用。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种履足复合式六足机器人，其特征在于，包括主体(1)、设置在主体(1)两侧的履带轮(2)和履带(3)、视觉模块、单片机和六个对称设置在主体(1)两侧机械足，

视觉模块与单片机连接以将识别到的地形起伏角度传递给单片机；

每个机械足均包括固定在主体(1)上的第一电机(7)、与第一电机(7)输出轴连接的基节(4)、固定在基节(4)上的第二电机(8)、与第二电机(8)输出轴连接的胫节(5)、固定在胫节(5)上的第三电机(9)和与第三电机(9)输出轴连接的腿节(6)，第一电机(7)、第二电机(8)和第三电机(9)均与单片机的输出端连接，单片机用于驱动各电机以实现机器人在六足前进模式和履带前进模式之间的转换。

2.根据权利要求1所述的一种履足复合式六足机器人，其特征在于，主体(1)的两侧分别设置3个机械足，同侧的机械足等间距排布。

3.根据权利要求1所述的一种履足复合式六足机器人，其特征在于，基节(4)为镂空设计。

4.根据权利要求1所述的一种履足复合式六足机器人，其特征在于，基节(4)的截面形状为矩形。

5.根据权利要求1所述的一种履足复合式六足机器人，其特征在于，所述腿节(6)的足尖为实心球体。

6.根据权利要求1所述的一种履足复合式六足机器人，其特征在于，还包括锁定机构，所述锁定机构设置在主体(1)上，用于锁定机械足。

7.根据权利要求1所述的一种履足复合式六足机器人，其特征在于，主体(1)的两侧均分别设置有5个所述履带轮(2)，每侧的履带轮(2)与相应的履带(3)传动连接。

8.根据权利要求1所述的一种履足复合式六足机器人，其特征在于，视觉模块采用openmv。

9.根据权利要求1-8任一所述的一种履足复合式六足机器人，其特征在于，视觉模块识别到前行路径上的地形起伏角度低于设定的预设值时，单片机控制各第一电机(7)朝同一方向旋转直至各基节(4)统一朝向六足机器人的后方，各第二电机(8)将会朝同一方向旋转且方向第一电机(7)旋转方向相反，带动机械足的腿节(6)直至其旋转至与基节(4)合拢，从六足前进模式切换到履带前进模式。

10.根据权利要求1-8任一所述的一种履足复合式六足机器人，其特征在于，当视觉模块识别到前行路径上的地形起伏角度超过设定的预设值时，单片机控制各电机工作，从履带前进模式切换至六足前进模式。