一種機器人的制作方法

本發明涉及智能移動領域，特別涉及一種機器人，具體涉及一種四足機器人。

背景技術：

隨著自動化技術快速發展，機器人越來越多的出現在人們的視野中。以前機器人主要用于工業生產線上，用于代替人類完成一些簡單、繁瑣、重復的任務。現在機器人開始逐漸走到人們的身邊，比如掃地機器人，購物機器人，大廳引導機器人，送餐機器人等等。

上述這些機器人相對于工業中使用的生產線機器人，具有一個明顯的特性——移動。這些機器人都需要在一定的環境內根據任務改變本身的位置。移動機器人有多種實現運動的方式，足式，輪式，蠕動，飛行，游泳等等。但是較為常見的是足式和輪式，因為這也是人類常用的兩種運動方式。其中足式有兩足、四足、六足較為常見。輪式有兩輪、三輪、四輪較為常見。輪式機器人在比較平坦的地形具有速度快，能量消耗小等優勢，但其越障能力較差，而足式機器人相對來說越障能力強，能夠適應更多的地形環境，但其在平坦地形運動消耗要比輪式大，且算法較復雜。現在有輪式與足式的結合形式，即在足式的末端加上輪子，兼具二者優點。

較為普遍的四足機器人結構為在一個較大的固體的四角裝有四足，其運動步態，是人類從動物的運動中借鑒而來，四足在運動過程中的作用使最明顯的，四足的運動空間是最大的，也是人們研究的重點，其中，每足與本體相連的關節(臀關節)有2自由度，膝關節有1自由度，四足共12自由度，其示意圖如圖1所示。還有更多自由度，如16和20自由度的。在實際的應用中，以最為先進的BIGDOG為例，在以疾馳步態跳過障礙的時候，還是存在動作緩沖不好，起跳距離長等問題，且在自身朝向旋轉時，基本都是通過不斷的小步調整慢慢的轉過來，消耗大，反應慢。

技術實現要素：

本發明旨在克服現有技術中的四足機器人在以疾馳步態跳過障礙時存在動作緩沖不好、起跳距離長，在自身朝向旋轉時消耗大、反應慢等問題，提供一種運動更為靈活、更為有效的四足機器人。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明提供了一種機器人，包括機器人本體及四個分別位于機器人本體四底角下的移動部件，移動部件能帶動機器人運動，其中，機器人本體包括沿機器人前進方向連接的第一機器人本體及第二機器人本體，所述第一機器人本體與第二機器人本體活動連接。

一些實施例中，第一機器人本體相對第二機器人本體可在偏離機器人前進方向的方向活動。

一些實施例中，第一機器人本體相對第二機器人本體可在縱向和橫向偏離機器人前進方向的方向活動。

一些實施例中，第一機器人本體與第二機器人本體間通過旋轉軸連接。

一些實施例中，第一機器人本體上設有第一電機，所述第一電機具有延伸出第一機器人本體的電機軸；第二機器人本體上設有第一連桿，所述第一連桿上具有軸孔；電機軸與軸孔配合連接。

一些實施例中，第一機器人本體與第二機器人本體間通過鉸鏈連接。

一些實施例中，移動部件與機器人本體間活動連接。

一些實施例中，移動部件相對機器人本體可在縱向和/或機器人前進方向的方向活動。

一些實施例中，移動部件相對機器人本體可在機器人前進方向的方向和/或橫向偏離機器人前進方向的方向活動。

一些實施例中，機器人本體在四底角處分別設有第二電機；所述第二電機具有延伸出機器人本體的電機軸；移動部件具有第二連桿，所述第二連桿上具有軸孔；電機軸與軸孔配合連接。

一些實施例中，移動部件包括縱向連接的第一移動部件和第二移動部件，所述第一移動部件和第二移動部件活動連接。

一些實施例中，第一移動部件相對第二移動部件可在橫向偏離機器人前進方向的方向活動。

一些實施例中，第一移動部件上設有第三電機；所述第三電機具有延伸出第一移動部件的電機軸；第二移動部件具有第三連桿，所述第三連桿上具有軸孔；電機軸與軸孔配合連接。

本發明的有益效果在于：

本發明從另一個方向出發，不再研究已經較成熟較難改進的四足運動，而是重點研究人們未注意到的運動角度較小的機器人本體。通過長期的實驗研究，成功的基于現有越來越深的研究，越來越多、越來越精細的各種理論，將在沿機器人前進方向固定連接的各部件連接成的，一直被視為一個固定的物體的機器人本體，分成兩部分，即第一機器人本體和第二機器人本體，第一機器人本體與第二機器人本體活動連接，即機器人本體自身可相對運動，則具有了新的自由度。本發明通過在傳統四足結構上加入更多自由度，可以為2個自由度，將原本一個整體的機器人本體分為兩部分，兩部分之間可以使用2個正交的旋轉關節來連接，在實際的應用過程中，其可以模擬為動物的“腰關節”，使四足機器人的運動更為靈活，更為有效，使得相比傳統結構在完成同樣的動作目的時，四肢所需的運動范圍和力的分量更小，且能夠提供更大的運動空間和運動姿態。例如在跳躍障礙時所需的跳躍力和跳躍距離更小，在轉彎時更快，所需步態調整次數更少。在“疾馳”步態下，對腿部力的消耗更小，而且每步態周期能夠奔跑的距離更長。

本發明的四足機器人在實際中的運動速度越來越快，動作越來越流暢，越障能力越來越強，較大程度的提高了四足機器人的運動性能。

附圖說明

圖1為現有技術的四足機器人的一個實施例的結構示意圖。

圖2為本發明提供的四足機器人的一個實施例的結構示意圖。

圖3為圖2所示的四足機器人在轉彎時腰關節的作用示意圖。

圖4為圖1所示的四足機器人的越障示意圖。

圖5為圖2所示的四足機器人的越障示意圖。

圖6為圖2所示的四足機器人的“疾馳”步態起始姿態示意圖。

圖7為圖2所示的四足機器人的“疾馳”步態前足著地姿態示意圖。

圖8為圖2所示的四足機器人的“疾馳”步態結束姿態示意圖。

附圖標記:

1—臀關節；2—膝關節；3—腰關節；4—障礙；5—第一機器人本體；6—第二機器人本體；7—第一移動部件；8—第二移動部件。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發明的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。

在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“設置”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

下面結合附圖對本發明做詳細說明。

本發明提供了一種機器人，包括機器人本體及四個分別位于機器人本體四底角下的移動部件，移動部件能帶動機器人運動。即本發明提供了一 種四足機器人。

本發明的主要改進之處在于，機器人本體包括沿機器人前進方向連接的第一機器人本體5及第二機器人本體6，第一機器人本體5與第二機器人本體6活動連接。即將機器人本體在橫向分成兩部分，兩部分間不固定，可相對運動，即增加了新的自由度。本發明中，橫向即水平方向，相對的，縱向即豎直方向，本發明是將機器人本體在水平面內沿機器人的前進方向分成兩部分，兩部分間可相對運動，即這兩部分多了其他維度的活動空間，其中，前進方向是指四足機器人的主前進方向或者說其設計前進方向，具體實施例中可如附圖2所示的前后方向，本具體實施例中可將此方向即機器人前進方向的軸線定義為X軸。本發明的附圖2是作為實驗性的結構改進，是一個實施例的簡單的結構示意圖，只是簡單的將各部分進行了劃分，及各部分間采用類似于關節的連接方式，例如軸的連接方式，由電機驅動。

其他維度的活動空間在一些實施例中即指可偏離整個機器人本體的主活動方向即機器人的前進方向，實施例中即指第一機器人本體5相對第二機器人本體6可在偏離機器人前進方向的方向活動，即偏離如附圖2所示的前后方向，本發明的具體實施例中，第一機器人本體5相對第二機器人本體6可在縱向和橫向偏離機器人前進方向的方向活動，即如附圖2所示的上下方向和左右方向活動，則增加了Z軸和Y軸兩個自由度。

第一機器人本體5與第二機器人本體6間活動連接一些實施例中可以模擬為腰關節3，即本領域技術人員可以實施的各種類似于關節的連接方式均可實現此處的連接，例如電機直連的形式，也不局限于使用電機的其他方式等，也可以設計為全被動的結構方式。具體的，例如一些實施例中，第一機器人本體5與第二機器人本體6間通過旋轉軸連接。更具體的，例如可以為在第一機器人本體5上設有第一電機，所述第一電機具有延伸出第一機器人本體5的電機軸；第二機器人本體6上設有第一連桿，所述第一連桿上具有軸孔；電機軸與軸孔配合連接，具體的連接配合方式為公知，在此不再贅述。在另一些具體實施例中，第一機器人本體5與第二機器人本體6間通過鉸鏈連接。本發明通過可旋轉的腰關節3來增加了兩個自由度。

一些實施例中，移動部件與機器人本體間也活動連接。具體的，一些 實施例中，移動部件相對機器人本體可在縱向和/或機器人前進方向的方向活動，即如附圖2所示的上下方向和前后方向活動，即具有Z軸和X軸兩個自由度，其形體可類似于蜘蛛，其中，機器人前進方向的方向本發明是指其活動的維度可以沿機器人前進方向的軸線，可以前進也可以后退，即可以沿如附圖2所示的前后方向活動。在另一些實施例中，移動部件相對機器人本體可在機器人前進方向的方向和/或橫向偏離機器人前進方向的方向活動，即如附圖2所示的前后方向和左右方向活動，即具有X軸和Y軸兩個自由度，其形體可類似于狗。

移動部件與機器人本體間活動連接一些實施例中可以模擬為臀關節1，即本領域技術人員可以實施的各種類似于關節的連接方式均可實現此處的連接，例如電機直連的形式，也不局限于使用電機的其他方式等。具體的，例如一些實施例中，機器人本體在四底角處分別設有第二電機；所述第二電機具有延伸出機器人本體的電機軸；移動部件具有第二連桿，所述第二連桿上具有軸孔；電機軸與軸孔配合連接。本發明通過可旋轉的臀關節1使每個移動部件均具有兩個自由度。

在一些實施例中，移動部件包括縱向連接的第一移動部件7和第二移動部件8，所述第一移動部件7和第二移動部件8也活動連接，即將移動部件在豎直面內分成兩部分，兩部分間可相對運動，即這兩部分多了其他維度的活動空間，具體的，一些實施例中，第一移動部件7相對第二移動部件8可在橫向偏離機器人前進方向的方向活動，即如附圖2所示的左右方向活動，即具有Y軸一個自由度。

第一移動部件7和第二移動部件8間活動連接一些實施例中可以模擬為膝關節2，即本領域技術人員可以實施的各種類似于關節的連接方式均可實現此處的連接，例如電機直連的形式，也不局限于使用電機的其他方式等。具體的，例如一些實施例中，第一移動部件7相對第二移動部件8位于上部，第一移動部件7與機器人本體間通過類似于臀關節1的方式連接，第一移動部件7和第二移動部件8間通過類似于膝關節2的方式連接，其也可以采用電機連接，具體的，第一移動部件7上設有第三電機；所述第三電機具有延伸出第一移動部件7的電機軸；第二移動部件8具有第三連桿，所述第三連桿上具有軸孔；電機軸與軸孔配合連接。通過可旋轉的膝 關節2使每個移動部件均另外還具有一個自由度。即類似一個機器人本體上裝了四個3自由度的串聯機器人。

如附圖3為附圖2所示的四足機器人在轉彎時腰關節3的作用示意圖，本發明的機器人在需要轉彎時，可以利用腰關節3使轉彎更快，腰關節3轉左之后，整個前移動部件的運動范圍都向左移動。

如附圖4為附圖1所示的四足機器人的越障示意圖，機器人跳過障礙4之后前移動部件距離障礙4的長度至少為機器人本體長度，即整個跳躍過程移動距離最小為機器人本體長度L。即在越障的過程中，傳統結構的機器人起跳點后移動部件距離障礙4至少為機器人本體長度。而本發明如附圖5所示為附圖2的四足機器人的越障示意圖，通過本發明的結構，在跳躍障礙4時，后移動部件距離障礙4長度可以小于機器人本體長度，且跳過障礙4后前移動部件距離障礙4可以小于L。本發明結構可以使越障需要的距離變小，且減小越障消耗的能量。

如附圖6、7、8所示，在“疾馳”的步態下奔跑，本發明結構能夠使每周期移動距離相對傳統結構變大，

以下是本發明提供的一個具體實施例，用以說明上述方案及其各種條件的選取。

實施例1

本實施例用于說明本發明的機器人的“疾馳”奔跑。

如附圖2所示，本發明的機器人具有機器人本體及四個分別位于機器人本體四底角下的移動部件。其中，機器人本體在前后方向上被分成第一機器人本體5和第二機器人本體6，第一機器人本體5和第二機器人本體6間通過腰關節3連接，第一機器人本體5相對第二機器人本體6可上下、左右活動。每個移動部件在上下方向上分別被分成第一移動部件7和第二移動部件8，第一移動部件7與機器人本體的底角部通過臀關節1連接，第一移動部件7與第二移動部件8通過膝關節2連接，具體的關節連接方式為電機直連，即一部件上固定有電機，另一連接部件上有連桿，連桿上有軸孔，電機的電機軸與軸孔配合連接。

本發明的機器人在奔跑的過程中，第一機器人本體5的抬起可以與前移動部件的支持過程同步，來獲得更高的機器人本體前端離地距離。而如 果在相同機器人本體前端離地距離條件下，前移動部件的支持距離則變短，如附圖6所示。

完成支持過程之后，前移動部件抬起并向前擺動，同時后移動部件要配合完成前蹬(后擺同時支撐)的動作，機器人本體部分向前移動。在前移動部件著地之后，前移動部件做后擺動作來繼續使機器人本體部分向前移動。同時前移動部件適當做下壓收縮動作，緩沖落地的沖擊力并為下周期運動做準備，如圖7所示。

由于機器人本體部分的彎折，相同前移動部件的抬起高度時，本發明中前移動部件的離地距離更大，所以前移動部件落地時，要比傳統結構的落地點更向前(因為后移動部件的動作使機器人本體一直是向前運動的)。前移動部件落地之后，后移動部件離地做跟隨動作，此時機器人本體繼續前移并前移動部件后擺，前移動部件后擺的速率較慢時，機器人本體的前部分角度從后傾向前傾過渡。此時機器人本體角度不變的話，后移動部件將被抬起很高，這是不必要的。機器人本體的角度將調整到大于180°，這樣后移動部件的離地高度不會很高，而且機器人本體前端的前傾趨勢還將輔助增大后移動部件的離地時間。后移動部件在空中做前擺動作，因為機器人本體的角度將調整到大于180°，所以后移動部件的著地點將離前移動部件更近，如圖8所示。

后移動部件著地之后要做下壓動作來緩沖沖擊力，需要腰關節3和前移動部件配合。如果機器人繼續以此速度運動，則下一個步態周期的起始點機器人本體的角度是大于180°的。而如果結束運動，則需要前后移動部件以穩定步態來調整機器人。以前移動部件調整為例，則先伸出前左移動部件，后伸出前右移動部件，最后同步調整機器人本體腰關節3至0°并調整移動部件與機器人本體角度到默認起始態。

由上述實施例可知，本發明通過在傳統四足結構上加入2個自由度，在實際的應用過程中，其可以模擬為動物的“腰關節”，使四足機器人的運動更為靈活，更為有效，使得相比傳統結構在完成同樣的動作目的時，四肢所需的運動范圍和力的分量更小，且能夠提供更大的運動空間和運動姿態。例如在跳躍障礙時所需的跳躍力和跳躍距離更小，在轉彎時更快，所需步態調整次數更少。在“疾馳”步態下，對腿部力的消耗更小，而且每步態 周期能夠奔跑的距離更長。本發明的四足機器人在實際中的運動速度越來越快，動作越來越流暢，越障能力越來越強，較大程度的提高了四足機器人的運動性能。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。

盡管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下在本發明的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。