一種舵機驅動式四足爬行機器人的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種爬行機器人，特別是一種舵機驅動式四足爬行機器人。
【背景技術】
[0002]當今機器人技術是最為前沿的學科之一，它是集機械、電子、計算機、材料、傳感器、控制技術及人工智能等多學科于一體的技術。根據機器人的行走方式，可以將機器人分為輪式機器人、履帶式機器人和足式機器人。輪式機器人和履帶式機器人移動方式對周圍環境的要求較高，因此其應用范圍受到一定的限制。足式機器人能夠實現復雜地面爬坡，可調整前后端高低體位運動相結合的方式，可以滿足更大坡度的地形環境運動要求，增強了環境運動的適應性。四足機器人既能以靜態步行方式實現不平地面及復雜地形上的行走，又能以動態步行方式實現高速行走，因此更加受到重視。
[0003]近年來，傳統的四足機器人研究專注于仿生運動的運動學和動力學方面的研究，結構形式一般包括左前腿部組件、右前腿部組件、左后腿部組件、右后腿部組件和四個驅動單元，四個腿部有獨立的驅動單元，分別可以獨立控制運動，以此來建立的仿生機器人運動平臺會帶來兩個較為明顯的缺點，通常此類的研究大都集中于腿的功能研究，而對機器人軀體部分的運行特性對機器人整體的運動影響研究較少；同時傳統的四足機器人由于驅動部件過多導致機構設計復雜，必然會降低機器人整體的可靠性。
【發明內容】
[0004]本發明目的在于提供由三個舵機驅動的四足爬行機器人，解決由于傳統四足機器人無軀體橫向彎曲運動的問題，同時解決傳統四足機器人由于驅動部件過多導致機構設計復雜的問題。
[0005]一種舵機驅動式四足爬行機器人，包括:前腿部組件、前驅動舵機、后腿部組件和后驅動舵機，還包括:軀體搖桿、軀體連桿、后軀體殼體、軀體驅動舵機和前軀體殼體，所述前腿部組件與后腿部組件結構相同，包括:腳掌A、下水平連桿A、上水平連桿A、腿部搖桿A、腿部搖桿B、上水平連桿B、腳掌B、下水平連桿B。
[0006]腿部搖桿A的一端與前驅動舵機鉸接，腿部搖桿A的另一端與上水平連桿A的一端鉸接，上水平連桿A的另一端與腳掌A鉸接，下水平連桿A的一端與前軀體殼體鉸接，下水平連桿A的另一端與腳掌A鉸接；腿部搖桿B的一端與前驅動舵機鉸接，腿部搖桿B的另一端與上水平連桿B的一端鉸接，上水平連桿B的另一端與腳掌B鉸接，下水平連桿B的一端與前軀體殼體鉸接，下水平連桿B的另一端與腳掌B鉸接。
[0007]前驅動舵機置于前軀體殼體上，并分別與腿部搖桿A、腿部搖桿B鉸接；后腿部組件與后軀體殼體鉸接，后驅動舵機置于后軀體殼體上。軀體驅動舵機置于前軀體殼體上，并與軀體搖桿鉸接，軀體搖桿與軀體連桿的一端鉸接，軀體連桿的另一端與后軀體殼體鉸接。
[0008]固定在前驅體殼體上的軀體驅動舵機轉動時，帶動軀體搖桿和軀體連桿轉動，與后軀體殼體形成四桿機構，從而迫使前軀體殼體與后軀體殼體產生相對扭轉運動。上水平連桿A、腿部搖桿A、腿部搖桿B、上水平連桿B共同組成了聯動雙曲柄連桿機構，腳掌A、下水平連桿A、上水平連桿A和前軀體殼體組成平行四桿機構，腳掌B、下水平連桿B、上水平連桿B和前軀體殼體組成另一個平行四桿機構。從前腿部組件往后腿部組件方向看，當前驅動舵機順時針轉動時，帶動聯動雙曲柄連桿機構順時針轉動，聯動雙曲柄連桿機構通過左平行四桿機構帶動腳掌A做抬腿動作，同時聯動雙曲柄連桿機構通過右平行四桿機構帶動腳掌B做放腿動作。
[0009]前腿部組件與前軀體殼體有垂直于紙面的抬腿動作和放腿動作，后腿部組件與后軀體殼體也有垂直于紙面的抬腿動作和放腿動作，從而實現四個腳掌垂直于紙面的運動；而前軀體殼體與后軀體殼體的相對運動實現平面內伸腿運動。爬行過程中只有對角的兩腳掌著地，而另對角兩腳掌處于懸空前伸狀態。
[0010]本發明是由三個舵機驅動的四足爬行機器人，不僅可以控制腿部運動，還可以控制軀體的運動，提高了機器人的靈活性，通過三個舵機驅動就可以控制腿部、軀體的運動，從而實現四足機器人基本運動，大大減少了機器人的驅動部件，降低了機構復雜度和成本，從而可以提高機器人整體可靠性。
【附圖說明】
[0011]圖1 一種舵機驅動式四足爬行機器人主體結構示意圖；
圖2 —種舵機驅動式四足爬行機器人腿部組件結構示意圖。
[0012]1.前腿部組件 2.前驅動舵機 3.軀體搖桿 4.軀體連桿 5.后軀體殼體6.后腿部組件7.后驅動舵機8.軀體驅動舵機9.前軀體殼體10.腳掌A 11.下水平連桿A 12.上水平連桿A 13.腿部搖桿A 14.腿部搖桿B 15.上水平連桿B 16.腳掌B 17.下水平連桿B。
【具體實施方式】
[0013]一種舵機驅動式四足爬行機器人，包括:前腿部組件1、前驅動舵機2、后腿部組件6和后驅動舵機7，還包括:軀體搖桿3、軀體連桿4、后軀體殼體5、軀體驅動舵機8和前軀體殼體9，所述前腿部組件1與后腿部組件6結構相同，包括:腳掌A10、下水平連桿A11、上水平連桿A12、腿部搖桿A13、腿部搖桿B14、上水平連桿B15、腳掌B16、下水平連桿B17。
[0014]腿部搖桿A13的一端與前驅動舵機2鉸接，腿部搖桿A14的另一端與上水平連桿A12的一端鉸接，上水平連桿A12的另一端與腳掌A10鉸接，下水平連桿All的一端與前軀體殼體9鉸接，下水平連桿All的另一端與腳掌A10鉸接；腿部搖桿B14的一端與前驅動舵機2鉸接，腿部搖桿B14的另一端與上水平連桿B15的一端鉸接，上水平連桿B15的另一端與腳掌B16鉸接，下水平連桿B17的一端與前軀體殼體9鉸接，下水平連桿B17的另一端與腳掌B16鉸接。
[0015]前驅動舵機2置于前軀體殼體9上，并分別與腿部搖桿A13、腿部搖桿B14鉸接；后腿部組件6與后軀體殼體5鉸接，后驅動舵機7置于后軀體殼體5上。軀體驅動舵機8置于前軀體殼體9上，并與軀體搖桿3鉸接，軀體搖桿3與軀體連桿4的一端鉸接，軀體連桿4的另一端與后軀體殼體5鉸接。
[0016]固定在前驅體殼體9上的軀體驅動舵機8轉動時，帶動軀體搖桿3和軀體連桿4轉動，與后軀體殼體5形成四桿機構，從而迫使前軀體殼體9與后軀體殼體5產生相對扭轉運動。上水平連桿A12、腿部搖桿A13、腿部搖桿B14、上水平連桿B15共同組成了聯動雙曲柄連桿機構，腳掌A10、下水平連桿All、上水平連桿A12和前軀體殼體9組成平行四桿機構，腳掌B16、下水平連桿B17、上水平連桿B15和前軀體殼體9組成另一個平行四桿機構。從前腿部組件1往后腿部組件6方向看，當前驅動舵機2順時針轉動時，帶動聯動雙曲柄連桿機構順時針轉動，聯動雙曲柄連桿機構通過左平行四桿機構帶動腳掌A10做抬腿動作，同時聯動雙曲柄連桿機構通過右平行四桿機構帶動腳掌B16做放腿動作。
[0017]前腿部組件1與前軀體殼體9有垂直于紙面的抬腿動作和放腿動作，后腿部組件6與后軀體殼體5也有垂直于紙面的抬腿動作和放腿動作，從而實現四個腳掌垂直于紙面的運動；而前軀體殼體9與后軀體殼體5的相對運動實現平面內伸腿運動。爬行過程中只有對角的兩腳掌著地，而另對角兩腳掌處于懸空前伸狀態。
【主權項】
1.一種舵機驅動式四足爬行機器人，包括:前腿部組件(1)、前驅動舵機(2)、后腿部組件(6)和后驅動舵機(7)，其特征在于還包括:軀體搖桿(3)、軀體連桿(4)、后軀體殼體(5 )、軀體驅動舵機(8 )和前軀體殼體(9 )，所述前腿部組件(1)與后腿部組件(6 )結構相同，包括:腳掌A (10)、下水平連桿A (11)、上水平連桿A (12)、腿部搖桿A (13)、腿部搖桿B(14)、上水平連桿B(15)、腳掌8 (16)和下水平連桿B (17)； 腿部搖桿A (13)的一端與前驅動舵機(2)鉸接，腿部搖桿A (13)的另一端與上水平連桿A (12)的一端鉸接，上水平連桿A (12)的另一端與腳掌A (10)鉸接，下水平連桿A(11)的一端與前軀體殼體(9)鉸接，下水平連桿A (11)的另一端與腳掌A (10)鉸接；腿部搖桿B (14)的一端與前驅動舵機(2)鉸接，腿部搖桿B (14)的另一端與上水平連桿B(15)的一端鉸接，上水平連桿B(15)的另一端與腳掌B (16)鉸接，下水平連桿B (17)的一端與前軀體殼體(9)鉸接，下水平連桿B (17)的另一端與腳掌B (16)鉸接； 前驅動舵機(2)置于前軀體殼體(9)上，并分別與腿部搖桿A (13)、腿部搖桿B (14)鉸接；后腿部組件(6)與后軀體殼體(5)鉸接，后驅動舵機(7)置于后軀體殼體(5)上；軀體驅動舵機(8 )置于前軀體殼體(9 )上，并與軀體搖桿(3 )鉸接，軀體搖桿(3 )與軀體連桿(4)的一端鉸接，軀體連桿(4)的另一端與后軀體殼體(5)鉸接； 固定在前驅體殼體上的軀體驅動舵機(8 )轉動時，帶動軀體搖桿(3 )和軀體連桿(4 )轉動，與后軀體殼體(5)形成四桿機構，從而迫使前軀體殼體(9)與后軀體殼體(5)產生相對扭轉運動；上水平連桿A (12)、腿部搖桿A (13)、腿部搖桿B (14)、上水平連桿B (15)共同組成了聯動雙曲柄連桿機構，腳掌A (10)、下水平連桿A (11)、上水平連桿A (12)和前軀體殼體(9)組成平行四桿機構，腳掌B (16)、下水平連桿B (17)、上水平連桿B (15)和前軀體殼體(9)組成另一個平行四桿機構；從前腿部組件(1)往后腿部組件(6)方向看，當前驅動舵機(2)順時針轉動時，帶動聯動雙曲柄連桿機構順時針轉動，聯動雙曲柄連桿機構通過左平行四桿機構帶動腳掌A (10)做抬腿動作，同時聯動雙曲柄連桿機構通過右平行四桿機構帶動腳掌B (16)做放腿動作； 前腿部組件(1)與前軀體殼體(9)有垂直于紙面的抬腿動作和放腿動作，后腿部組件(6)與后軀體殼體(5)也有垂直于紙面的抬腿動作和放腿動作，從而實現四個腳掌垂直于紙面的運動；而前軀體殼體(9)與后軀體殼體(5)的相對運動實現平面內伸腿運動；爬行過程中只有對角的兩腳掌著地，而另對角兩腳掌處于懸空前伸狀態。
【專利摘要】本發明公開了一種舵機驅動式四足爬行機器人，包括：前腿部組件（1）、前驅動舵機（2）、后腿部組件（6）、后驅動舵機（7）、軀體搖桿（3）、軀體連桿（4）、后軀體殼體（5）、軀體驅動舵機（8）和前軀體殼體（9）。機器人由三個舵機驅動，不僅控制腿部運動，還控制軀體的運動，提高了機器人的靈活性，通過控制腿部、軀體的運動實現四足機器人基本步態，減少了機器人的驅動部件，降低了機構復雜度和成本，從而提高機器人整體可靠性。
【IPC分類】B62D57/032
【公開號】CN105365913
【申請號】CN201510850828
【發明人】仲啟亮, 黃伯超, 馬俊, 楊培, 尹駿
【申請人】北京機械設備研究所
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年11月30日