一种气电混合驱动的新型四足机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种气电混合驱动的新型四足机器人，包括依次相连的机器人躯干部、两组髋关节机构、四组腿部机构与腿部切换机构、以及足部机构，本发明专利技术在四足机器人前进方向的躯干两侧分别设置一对腿部机构、以及带动腿部机构直线水平平移的髋关节机构，并在腿部机构内设一直线垂直平移机构，垂直平移机构通过带动腿部机构上下移动实现抬腿，水平平移机构交替运转与垂直平移机构配合运转，实现四足步态的行走，使得在行走的过程中不需要像四足动物一样有屈膝动作，因此更加节省能量，同时对控制难度要求大大降低，可靠性大大提高。

A new quadruped robot driven by gas and electricity

【技术实现步骤摘要】
一种气电混合驱动的新型四足机器人
本专利技术属于机器人
，具体涉及一种气电混合驱动的新型四足机器人。
技术介绍
作为一种适用于平坦地面与野外复杂地形的移动平台，四足机器人能被广泛的运用在军事和民用领域，在军事用途中，机器人可以代替人类从事危险任务，在民用领域，可以代替人类执行复杂环境下的搬运任务或安全巡逻，是未来机器人领域重要的发展方向。目前四足机器人的腿部大多数模仿动物的腿部，也就是“肘”和“膝”，这种结构会导致在静止站立状态电机需要支出相应的扭矩来克服自身重力，不可避免的带来能量损耗，同时由于“肘”和“膝”关节，导致了控制实现的困难。
技术实现思路
为了克服现有技术中仿生四足机器人在静止站立状态需要消耗能量、四足机器人控制难度大等不足与难题，本专利技术旨在提供一种气电混合驱动的新型四足机器人，该机器人通过高压气源与24V直流电作为能量输入，将“肘”和“膝”简化为两个直线机构，直接控制两直线机构便可实现迈腿行走，通过八个直线机构的配合控制就可以实现四足步态；通过腿部与足部的切换结构，实现四足机器人在复杂环境下的行走任务。本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种气电混合驱动的新型四足机器人，包括依次相连的机器人躯干部、两组髋关节机构、四组腿部机构、以及足部机构；其中，机器人躯干部为由铝制方管焊接而成框架体，其构成四足机器人骨架；其中，髋关节机构沿着四足机器人前进方向对称分布在机器人躯干部两侧，髋关节机构用于带动腿部机构沿着四足机器人前进方向直线水平平移，每组髋关节机构包括驱动电机、两组电机同步带及其配套的同步带轮、两组上下平行的导轨及其匹配的两个滑块I，每组髋关节机构对应两组腿部机构，每组电机同步带对应一组腿部机构，导轨固定安装在机器人躯干部的框架上，滑块I沿着导轨直线往复运动，滑块I与腿部机构相接；电机同步带的外侧带固定安装夹板，夹板与腿部机构相连，电机同步带通过夹板向腿部机构输出动力；其中，腿部机构末端与足部机构连接，腿部机构包括可垂直伸缩的腿部本体，腿部本体由并列分布的直线长气缸、铝方管以及U型材构成，直线长气缸的活塞杆末端通过连接件与足部机构固定相连，直线长气缸的缸筒末端通过固定支座与U型材末端固定相连，铝方管的底端通过连接件与足部机构固定相连；其中，每组腿部机构上设置一组腿部切换机构，腿部切换结构包括连接板、切换板、弹簧气缸、固定块、切换固定块，其中连接板将切换板与弹簧气缸相连，切换板通过弹簧气缸的动作实现弹出收回功能，固定块置于U型材内侧，使用螺栓将弹簧气缸固定在U型材上，切换固定块固定在铝方管上端，其凸起处与切换板配合；其中，每组足部机构包括两个足部特定机构I、直线短气缸、两组线性滑轨、足部特定机构II，足部特定机构I为底部为弧形的坡地行走脚掌，足部特定机构II为长条形的平地行走脚掌，足部特定机构I对称位于左右两侧、足部特定机构II位于两足部特定机构I之间，直线短气缸的活塞杆末端与足部特定机构II顶部中间固定相连，直线短气缸缸筒与铝方管末端固定相连内，线性滑轨竖立安装在足部特定机构II顶部两侧，线性滑轨上安装与之对应的滑块II，滑块II侧端与足部特定机构I固定相连。进一步地，每组电机同步带配套设有两组同步带轮，其中一组为主动轮，其与驱动电机系统相接，另外一组为从动轮，其上下端通过轴承座与机器人躯干部固定相连。进一步地，腿部机构还包括上下与两组用于约束运动件铝方管的承导件，下端的承导件与固定支座和U型材三者通过螺钉紧固相连、上端承导件与U型材通过固定连接板及螺钉紧固相连，铝方管穿过两组承导件内。进一步地，承导件上设有若干个轴承，轴承与承导件合围成通道，铝方管上下移动时从通道内穿过。进一步地，足部机构还包括前后侧两组固定夹板，固定夹板将直线短气缸缸筒、足部特定机构I进行夹紧固定。与现有技术相比，本专利技术有益效果包括：(1)本专利技术在四足机器人前进方向的躯干两侧分别设置一对腿部机构、以及带动腿部机构直线水平平移的髋关节机构，并在腿部机构内设一直线垂直平移机构，垂直平移机构通过带动腿部机构上下移动实现抬腿，水平平移机构交替运转与垂直平移机构配合运转，实现四足步态的行走，使得在行走的过程中不需要像四足动物一样有屈膝动作，因此更加节省能量，同时对控制难度要求大大降低，可靠性大大提高。(2)本专利技术在降低控制算法难度的同时也可以实现多种四足机器人的步态动作；腿部机构使用气缸推动腿部机构做伸缩运动，通过切换机构切换腿长行程，让四足机器人适应不同的障碍物；足部机构与腿部相连，通过特殊形状的脚掌，让四足机器人能适应大角度斜坡。(2)本专利技术在腿部机构设置腿部切换机构、在足部机构设置可切换的不同形状的脚掌，进而实现复杂环境下的行走(3)本专利技术在腿部机构内设承导件，使得腿部机构抗弯能力强，能承受大负载。附图说明图1为本专利技术四足机器人的立体结构示意图。图2为本专利技术中髋关节机构的立体结构示意。图3为本专利技术中腿部机构的爆炸视图。图4为本专利技术中足部机构的爆炸视图。图5为本专利技术中腿部机构与足部机构组装后的结构示意图。图示说明：1-机器人躯干部；2-髋关节机构，201-驱动电机，202-电机同步带，203-导轨，204-滑块I，205-轴承座，206-同步带轮，207-夹板；3-腿部机构，301-连接件，302-固定支座，303-承导件，304-轴承，305-直线长气缸，306-铝方管，307-U型材，308-固定连接板；4-腿部切换机构，401-连接板，402-切换板，403-弹簧气缸，404-固定块，405-切换固定块；5-足部机构，501-足部特定机构I，502-直线短气缸，503-线性滑轨，504-固定夹板，505-滑块II，506-足部特定机构II。在本专利技术的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“I”、“II”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接、可拆卸连接、一体地连接；可以是机械连接、电连接；可以是直接相连、中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术作进一步地说明。如图1所示，一种气电混合驱动的新型四足机器人，包括机器人躯干部1、四组腿部机构3、两组髋关节机构2与足部机构5，其中髋关节机构2沿着四足机器人前进方向对称分布在机器人躯干部1两侧，髋关节机构2为腿部机构3水平平移机构；腿部机构3通过髋关节机构2与机器人躯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气电混合驱动的新型四足机器人，其特征在于:包括依次相连的机器人躯干部、两组髋关节机构、四组腿部机构、以及足部机构；/n其中，所述机器人躯干部为由铝制方管焊接而成框架体，其构成四足机器人骨架；/n其中，所述髋关节机构沿着四足机器人前进方向对称分布在所述机器人躯干部两侧，所述髋关节机构用于带动所述腿部机构沿着四足机器人前进方向直线水平平移，每组所述髋关节机构包括驱动电机、两组电机同步带及其配套的同步带轮、两组上下平行的导轨及其匹配的两个滑块Ⅰ，每组所述髋关节机构对应两组所述腿部机构，每组所述电机同步带对应一组所述腿部机构，所述导轨固定安装在所述机器人躯干部的框架上，所述滑块Ⅰ沿着所述导轨直线往复运动，所述滑块Ⅰ与所述腿部机构相接；所述电机同步带的外侧带固定安装夹板，所述夹板与所述腿部机构相连，所述电机同步带通过所述夹板向所述腿部机构输出动力；/n其中，所述腿部机构末端与所述足部机构连接，所述腿部机构包括可垂直伸缩的腿部本体，所述腿部本体由并列分布的直线长气缸、铝方管以及U型材构成，所述直线长气缸的活塞杆末端通过连接件与所述足部机构固定相连，所述直线长气缸的缸筒末端通过固定支座与所述U型材末端固定相连，所述铝方管的底端通过所述连接件与所述足部机构固定相连；/n其中，每组所述腿部机构上设置一组腿部切换机构，所述腿部切换结构包括连接板、切换板、弹簧气缸、固定块、切换固定块，其中所述连接板将所述切换板与所述弹簧气缸相连，所述切换板通过弹簧气缸的动作实现弹出收回功能，所述固定块置于U型材内侧，使用螺栓将所述弹簧气缸固定在所述U型材上，所述切换固定块固定在所述铝方管上端，其凸起处与切换板配合；/n其中，每组所述足部机构包括两个足部特定机构Ⅰ、直线短气缸、两组线性滑轨、足部特定机构Ⅱ，所述足部特定机构Ⅰ为底部为弧形的坡地行走脚掌，所述足部特定机构Ⅱ为长条形的平地行走脚掌，所述足部特定机构Ⅰ对称位于左右两侧、所述足部特定机构Ⅱ位于两所述足部特定机构Ⅰ之间，所述直线短气缸的活塞杆末端与所述足部特定机构Ⅱ顶部中间固定相连，所述直线短气缸缸筒与所述铝方管末端固定相连内，所述线性滑轨竖立安装在所述足部特定机构Ⅱ顶部两侧，所述线性滑轨上安装与之对应的滑块Ⅱ，所述滑块Ⅱ侧端与所述足部特定机构Ⅰ固定相连。/n...

【技术特征摘要】
1.一种气电混合驱动的新型四足机器人，其特征在于:包括依次相连的机器人躯干部、两组髋关节机构、四组腿部机构、以及足部机构；
其中，所述机器人躯干部为由铝制方管焊接而成框架体，其构成四足机器人骨架；
其中，所述髋关节机构沿着四足机器人前进方向对称分布在所述机器人躯干部两侧，所述髋关节机构用于带动所述腿部机构沿着四足机器人前进方向直线水平平移，每组所述髋关节机构包括驱动电机、两组电机同步带及其配套的同步带轮、两组上下平行的导轨及其匹配的两个滑块Ⅰ，每组所述髋关节机构对应两组所述腿部机构，每组所述电机同步带对应一组所述腿部机构，所述导轨固定安装在所述机器人躯干部的框架上，所述滑块Ⅰ沿着所述导轨直线往复运动，所述滑块Ⅰ与所述腿部机构相接；所述电机同步带的外侧带固定安装夹板，所述夹板与所述腿部机构相连，所述电机同步带通过所述夹板向所述腿部机构输出动力；
其中，所述腿部机构末端与所述足部机构连接，所述腿部机构包括可垂直伸缩的腿部本体，所述腿部本体由并列分布的直线长气缸、铝方管以及U型材构成，所述直线长气缸的活塞杆末端通过连接件与所述足部机构固定相连，所述直线长气缸的缸筒末端通过固定支座与所述U型材末端固定相连，所述铝方管的底端通过所述连接件与所述足部机构固定相连；
其中，每组所述腿部机构上设置一组腿部切换机构，所述腿部切换结构包括连接板、切换板、弹簧气缸、固定块、切换固定块，其中所述连接板将所述切换板与所述弹簧气缸相连，所述切换板通过弹簧气缸的动作实现弹出收回功能，所述固定块置于U型材内侧，使用螺栓将所述弹簧气缸固定在所述U型材上，所述切换固定块固定在所述铝方管上端，其凸起处与切换板配合；
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【专利技术属性】
技术研发人员：熊锦，李培生，李楷威，陈志龙，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：江西;36