一種可翻滾四足機器人的製作方法
2023-08-04 14:44:31 2
專利名稱：一種可翻滾四足機器人的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有圓弧外形的多段軀幹結構的足式機器人，具體地說，涉及一種具有翻滾能力的四足行走機器人。
背景技術：
發明專利CN1295907A中公開了一種可自主滾動的球形機器人，該機器人具有圓球形狀的外形，能夠在內置電機的驅動下滾動翻轉。而且具有運動速度快，運行狀態平穩和能量消耗小的特點。但是與足式步行機器人相比，該機器人只能在相對平整的地面上運動，對於不同地形的適應性較弱。現有公開的文獻，在「對於滾動式雙足圓形機器人的準靜態滾動控制」(《2008年IEEE機器人與自動化國際會議》論文)中，公開了一種盤式滾動機器人，該滾動機器人可以將身體的各個部件關節進行摺疊，組成一個圓盤形狀進行滾動，也可以進行雙足行走。但該 機器人與四足機器人相比，行走能力較弱。目前，大部分的足式機器人採用剛性的軀體結構，整個軀幹為剛性整體；這樣的機器人運動靈活性差，身體各部分的活動範圍也較小。
發明內容
為了避免現有技術存在的不足，克服足式機器人在採用剛性的軀體結構運動靈活性差，軀體各部件關節的活動範圍小的問題。本發明提出一種可翻滾四足機器人，其目的是將足式行走機器人和球形滾動機器人的特徵相結合，既具有足式機器人適應性強，又具有球形滾動機器人運行穩定、速度快的雙重優勢。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是包括頭部、前軀幹、中軀幹、後軀幹、尾部、肩部、大腿、小腿；頭部、前軀幹、中軀幹、後軀幹和尾部的兩側各自設有相互平行的直立側板，側板上外緣呈圓弧形；肩部固定在前軀幹和後軀幹的兩側，且與四條結構相同的腿部連接；伺服電機驅動各部件之間產生偏轉運動，各部件圓弧形側板外緣處於相切狀態；所述頭部的直立側板固定在矩形箱體兩側，兩直立側板後端下部設有對稱的軸孔，頭部與前軀幹固連；所述前軀幹和所述後軀幹為結構相同的兩個部件，前軀幹、後軀幹的直立側板分別固定在兩個矩形箱體兩側，兩個矩形箱體的前端設有方形凸臺固定轉軸，矩形箱體的後端為凸出的長方體，前部設有固定轉軸；所述中軀幹的直立側板固定在H形的內襯板上，前後兩端設有對稱的軸孔；前軀幹和後軀幹分別與中軀幹的兩端固連；所述尾部的直立側板固定在凹形的內襯板上，前端設有對稱的軸孔，尾部的前端與後軀幹固連；所述肩部為矩形箱體，頂端部的外側設有圓弧形側板，下端設置有轉軸與大腿上端部固連；
所述大腿為H形板件，兩端設有對稱的軸孔，大腿的一側邊設有圓弧側板；大腿上端部與肩部固連，大腿下端部與小腿上端部連接；前軀幹和後軀幹與兩側肩部的矩形箱體內固定安裝伺服電機，通過齒輪傳動帶動轉軸轉動。機器人首先將腿部進行摺疊，呈俯臥的狀態；並控制伺服電機，使頭部、前軀幹、中軀幹、後軀幹和尾部各部件之間產生偏轉運動，使各部件圓弧形側板外緣處於相切狀態，機器人的整體形成一個完整的圓形結構，實現沿身體縱向的滾動。肩部上側、大腿和小腿的外側為圓弧形結構，機器人的整體為一個近似圓形結構，實現機器人沿著身體的側向滾動。有益效果本發明可翻滾四足機器人，將足式行走機器人和球形滾動機器人的特點相結合，機器人的頭部、前軀幹、中軀幹、後軀幹和尾部之間採用轉動副連接，頭部與三段軀幹體和 尾部的兩側固定相互平行的直立側板，側板上外緣呈圓弧形；肩部固定在前軀幹和後軀幹的兩側，且與四條結構相同的腿部連接；伺服電機控制各部件之間產生偏轉運動，各部件圓弧形側板外緣處於相切狀態；機器人在不平坦的非結構性地形環境中，採用四足行走的方式；在較為平坦的地形中，採用翻滾的運行方式。既具有足式機器人適應性強的特點，又具有球形滾動機器人運行穩定、速度快的優勢。
下面結合附圖和實施方式對本發明一種可翻滾四足機器人作進一步詳細說明。圖I為本發明可翻滾四足機器人結構示意圖。圖2為本發明可翻滾四足機器人結構側視圖。圖3為本發明可翻滾四足機器人結構俯視圖。圖4為本發明可翻滾四足機器人團身翻滾立體圖。圖5為本發明可翻滾四足機器人整體團身側視圖。圖6為本發明可翻滾四足機器人整體正視圖。圖7為本發明的前軀幹示意圖。圖8為本發明的中軀幹示意圖。圖9為本發明的頭部示意圖。圖10為本發明的尾部示意圖。圖11為本發明的肩部示意圖。圖12為本發明的大腿和小腿連接示意圖。圖中I.頭部 2.前軀幹 3.中軀幹 4.後軀幹 5.尾部6.肩部 .大腿8.小腿
具體實施例方式本實施例是一種可翻滾四足機器人。參閱圖I、圖2、圖3，本發明可翻滾四足機器人，由頭部I、前軀幹2、中軀幹3、後軀幹4、尾部5、肩部6、大腿7、小腿8和伺服電機組成；其中，大腿7和小腿8相連接，四條腿的結構完全相同。頭部I、前軀幹2、中軀幹3、後軀幹4和尾部5的兩側各自設有相互平行的直立側板，側板上外緣呈圓弧形；肩部5固定在前軀幹2和後軀幹4的兩側，且與四條結構相同的腿部連接；伺服電機驅動各部件之間產生偏轉運動，各部件圓弧形側板外緣處於相切狀態。頭部I的直立側板相互平行固定在矩形箱體兩側，側板的上緣為圓弧形狀，頭部I的兩側直立側板後端下部設有對稱的軸孔，與前軀幹2上的轉軸相連接，見圖9。參見圖3、圖7、圖8、圖10，本發明可翻滾四足機器人的前軀幹2和後軀幹4為結構相同的兩個部件，前軀幹2和後軀幹4的直立側板分別固定在兩個矩形箱體兩側，兩個矩形箱體的前端設有方形凸臺，且固定有貫通的轉軸，轉軸的兩端各有一段突出於凸臺兩側；矩形箱體的後端為凸出的長方體，前部設有貫通的轉軸；中軀幹3的直立側板固定在H形的內襯板上，前後兩端設有對稱的軸孔；前軀幹2和後軀幹4分別與中軀幹3的兩端固連，尾部5的一端與後軀幹4固連，前軀幹2和後軀幹4的矩形體內安裝伺服電機，通過齒輪傳動帶動轉軸轉動。 如圖12和圖11所示，四足機器人的腿部由大腿7和小腿8構成，大腿7和小腿8之間採用轉動副連接，大腿7和小腿8可前後擺動。大腿7為H形板件，大腿7的兩端設置對稱的軸孔，一端與肩部6的轉軸固定連接,另一端與小腿8的轉軸固定連接,大腿7的一側邊固定有圓弧側板；肩部6與大腿7相連接的部分為矩形結構件，設置有貫通的轉軸，轉軸的兩端各有突出的一段與大腿7上部H形結構件的軸孔相固連。矩形箱體的內部安裝有伺服電機，通過齒輪傳動能夠帶動轉軸轉動，使相互連接的結構件偏轉一定的角度。如圖10所示，尾部5兩側有相互平行的直立側板，側板的上緣為圓弧形。尾部5的一端有對稱的軸孔，與後軀幹4上的轉軸相固連。所述尾部的直立側板固定在凹形的內襯板上，前端設有對稱的軸孔，尾部的前端與後軀幹固連；如圖11所示，肩部為矩形箱體，頂端的外側設有圓弧形側板，下端設置有轉軸與大腿上端部固連；肩部6的上端為直立側板，側板的上緣為圓弧形，肩部6對稱的固定在前軀幹2和後軀幹4的兩側，肩部6下端安裝有貫通的轉軸，兩端各有一部分突出，轉軸的兩端與大腿7上的軸孔相固連。肩部6的內部安裝有伺服電機，通過齒輪傳動能夠帶動轉軸轉動，使腿部結構實現偏轉。肩部6結構固定焊接在前軀幹2和後軀幹4的兩側。如圖4、圖5、圖6所示，機器人首先將腿部進行摺疊，呈俯臥的狀態；並控制伺服電機使頭部I、前軀幹2、中軀幹3、後軀幹4和尾部5的各部件之間發生偏轉，使部件的圓弧形側板的外緣處於相切的狀態，機器人的整體形成一個完整的圓形結構，實現沿著身體縱向的滾動。肩部6上側、大腿7和小腿8的外側為圓弧形結構，機器人的整體為一個近似圓形結構；實現機器人沿著身體的側向滾動。當機器人的四肢著地站立時，從機器人的正面看，整體為一個近似圓形結構。機器人在不平坦的非結構性地形環境中，採用四足行走的方式；在較為平坦的地形中，採用翻滾的運行方式。
權利要求
1.一種可翻滾四足機器人，其特徵在於包括頭部、前軀幹、中軀幹、後軀幹、尾部、肩部、大腿、小腿；頭部、前軀幹、中軀幹、後軀幹和尾部的兩側各自設有相互平行的直立側板，側板上外緣呈圓弧形；肩部固定在前軀幹和後軀幹的兩側，且與四條結構相同的腿部連接；伺服電機驅動各部件之間產生偏轉運動，各部件圓弧形側板外緣處於相切狀態； 所述頭部的直立側板固定在矩形箱體兩側，兩直立側板後端下部設有對稱的軸孔，頭部與前軀幹固連； 所述前軀幹和所述後軀幹為結構相同的兩個部件，前軀幹、後軀幹的直立側板分別固定在兩個矩形箱體兩側，兩個矩形箱體的前端設有方形凸臺固定轉軸，矩形箱體的後端為凸出的長方體，前部設有固定轉軸；所述中軀幹的直立側板固定在H形的內襯板上，前後兩端設有對稱的軸孔；前軀幹和後軀幹分別與中軀幹的兩端固連； 所述尾部的直立側板固定在凹形的內襯板上，前端設有對稱的軸孔，尾部的前端與後軀幹固連；· 所述肩部為矩形箱體，頂端部的外側設有圓弧形側板，下端設置有轉軸與大腿上端部固連； 所述大腿為H形板件，兩端設有對稱的軸孔，大腿的一側邊設有圓弧側板；大腿上端部與肩部固連，大腿下端部與小腿上端部連接。
2.根據權利要求I所述的可翻滾四足機器人，其特徵在於前軀幹和後軀幹與兩側肩部的矩形體內固定安裝伺服電機，通過齒輪傳動帶動轉軸轉動。
全文摘要
本發明公開了一種可翻滾四足機器人，機器人的頭部、前軀幹、中軀幹、後軀幹和尾部之間採用轉動副連接，頭部與三段軀幹體和尾部的兩側固定相互平行的直立側板，側板上外緣呈圓弧形；肩部固定在前軀幹和後軀幹的兩側，且與四條結構相同的腿部連接；伺服電機控制各部件之間產生偏轉運動，各部件圓弧形側板外緣處於相切狀態；機器人整體形成完整的圓形結構，實現沿身體縱向的滾動。肩部上側、大腿與小腿的外側為圓弧形，機器人的整體為近似圓形結構，實現機器人沿身體側向的滾動。本發明將足式行走機器人和球形滾動機器人的特徵相結合，既具有足式機器人適應性強的特點，又具有球形滾動機器人運行穩定、速度快的優勢。
文檔編號A63H29/22GK102728066SQ20121023708
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月10日 優先權日2012年7月10日
發明者馮華山, 張曉宇, 王潤孝, 秦現生, 童翔, 翟明敏, 苗新聰, 譚小群 申請人:西北工業大學