CN109398527A - 一种多连杆步行式移动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多连杆步行式移动装置，包括上壳体、下壳体、若干个腿部结构，所述腿部结构对称分布在上壳体和下壳体之间，并分别与上壳体、下壳体固定连接，所述腿部结构包括第一驱动装置、第二驱动装置、连杆机构，所述连杆机构具有一自由端及两个动力输入端，两个动力输入端分别与第一驱动装置、第二驱动装置的动力输出端固定连接，所述第一驱动装置或/和第二驱动装置驱动连杆机构运动，使腿部结构具有多种不同的行进姿态。本发明通过在每个机器人的腿部结构上设置两组动力单元，两组动力单元相互配合驱动连杆机构运动，使机器人的腿部具有多种不同的行进姿态，机器人可根据不同的环境、不同的地形，调整腿部姿态以顺利通过。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种多连杆步行式移动装置。
背景技术
步行机器人种类繁多，可用于军事、生活服务、抢险救灾和娱乐等多个领域。按照机器人的行走方式，可以将机器人分为轮式机器人、履带式机器人和足式机器人。轮式机器人和履带式机器人移动方式对周围环境的要求较高，因此其应用范围受到一定的限制。足式机器人凭借其在行走过程中与地面的非连续接触特性表现出了很强的适应性，尤其在有障碍物的通道上或很难接近的工作场地上具有更广阔的发展前景。绝大多数足式机器人的足数为偶数，按照足数，可以将足式机器人分为双足、四足、六足和八足，甚至更多。四足机器人既能以静态步行方式实现不平地面及复杂地形上的行走，又能以动态步行方式实现高速行走，因此更加受到重视。
随着时代的发展，人们对机器人的要求也越来越高，机器人要适应各种地形，及时调整姿态，选用适当的方式通过，步行式机器人在凸凹不平或有障碍的地面行走作业，比一般移动机器人灵活性强，机动性好。但是目前的步行机器人大都采用一种步行姿态，无法满足各种异形地面上平稳、高速行走的要求。
因此，需要设计一种多连杆步行式移动装置来适应不同的地形，以使机器人能顺利通过。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种多连杆步行式移动装置，使机器人的腿部具有两种不同的行进姿态，机器人可根据不同的环境、不同的地形，调整腿部姿态以顺利通过。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种多连杆步行式移动装置，包括上壳体、下壳体、若干个腿部结构，所述腿部结构对称分布在上壳体和下壳体之间，并分别与上壳体、下壳体固定连接；
所述腿部结构包括第一驱动装置、第二驱动装置、连杆机构，所述连杆机构具有一自由端及两个动力输入端，两个动力输入端分别与第一驱动装置、第二驱动装置的动力输出端固定连接；
所述第一驱动装置或/和第二驱动装置驱动连杆机构运动，使腿部结构具有多种不同的行进姿态。
进一步的，所述第一驱动装置与第一驱动装置的结构相同，包括电机、电机支架、传动轴、至少一个轴承支架；
所述电机支架、轴承支架分别固定在上壳体与下壳体之间；
所述电机固定于电机支架的一侧，其输出轴端通过联轴器与传动轴的一端固定连接；
所述传动轴的中部轴段通过轴承与轴承支架转动连接。
进一步的，所述第二驱动装置、第一驱动装置沿上壳体/下壳体的长度方向分布。
进一步的，所述连杆机构包括左上连杆、右上连杆、左上连接轴、右上连接轴、左下连杆、右下连杆、下连接轴；
所述左上连杆的一端与第一驱动装置的动力输出端固定连接、另一端通过左上连接轴与左下连杆的一端转动连接；
所述右上连杆的一端与第二驱动装置的动力输出端固定连接、另一端通过右上连接轴与右下连杆的一端转动连接；
右下连杆的另一端通过下连接轴与左下连杆的中部转动连接。
进一步的，所述左上连杆的臂长与右上连杆的臂长相等。
进一步的，所述左下连杆位于左上连接轴和下连接轴之间的臂长与右下连杆的臂长相等。
进一步的，所述左下连杆为“J”型结构。
进一步的，所述左上连杆、右上连杆、左下连杆、右下连杆的侧面上均设置有条形凹槽。
进一步的，所述上壳体和下壳体均为镂空的框架结构。
进一步的，所述上壳体和下壳体上均设置有条形通孔，所述连杆机构可摆动通过条形通孔。
本发明的有益效果为：本发明采用上壳体与下壳体作为机器人壳体，在上壳体与下壳体之间均匀分布若干个腿部结构的设计，通过腿部结构与机器人壳体之间的相互配合，可以实现机器人在不同环境下采用不同的腿部姿态进行通过；另外通过在每个机器人的腿部结构上设置两组动力单元，两组动力单元相互配合驱动连杆机构运动，使机器人的腿部具有两种不同的行进姿态，机器人可根据不同的环境、不同的地形，调整腿部姿态以顺利通过，环境适应能力强。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为所述腿部结构的立体结构示意图；
图3为所述第一驱动装置的立体结构示意图；
图4为本发明提出的一种多连杆步行式移动装置的步态模式示意图之一；
图5为本发明提出的一种多连杆步行式移动装置的步态模式示意图之二；
图中：1腿部结构、11第一驱动装置、111电机、112电机支架、113传动轴、114轴承支架、12第二驱动装置、13连杆机构、131左上连杆、132右上连杆、133左上连接轴、134右上连接轴、135左下连杆、136右下连杆、137下连接轴、2下壳体、3上壳体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1至图3，一种多连杆步行式移动装置，包括上壳体3、下壳体2、若干个腿部结构1，腿部结构1对称分布在上壳体3和下壳体2之间，并分别与上壳体3、下壳体2固定连接。本实施例中，采用四个腿部结构1，分别位于上壳体2/下壳体3的左前、左后、右前、右后四个方位，构成四足机器人。上壳体3和下壳体2均为镂空的框架结构，以减轻机器人的整体重量，使机器人的行进更加顺畅。
如图2所示，所述腿部结构1包括第一驱动装置11、第二驱动装置12、连杆机构13，连杆机构13具有一自由端及两个固定端，自由端作为落脚点，两个固定端的外侧面分别与第一驱动装置11、第二驱动装置12的动力输出端固定连接，第一驱动装置11或/和第二驱动装置12驱动连杆机构13运动，使腿部结构1具有两种不同的行进姿态。本实施例中，上壳体3和下壳体2上均设置有条形通孔，使得连杆机构13在摆动过程中，各部位可顺利通过条形通孔，以满足腿部结构1不同行进姿态的需要。
如图3所示，所述第一驱动装置11包括电机111、电机支架112、传动轴113、两个轴承支架114，电机支架112、轴承支架114分别固定在上壳体3与下壳体2之间，电机111固定于电机支架112的一侧，其输出轴端通过联轴器与传动轴113的一端固定连接，传动轴113的中部轴段通过轴承与轴承支架114转动连接。本实施例中，第二驱动装置12与第一驱动装置11的结构相同，且二者沿上壳体3/下壳体2的长度方向分布。
如图2所示，所述连杆机构13包括左上连杆131、右上连杆132、左上连接轴133、右上连接轴134、左下连杆135、右下连杆136、下连接轴137。其中，左上连杆131的一端与第一驱动装置11的动力输出端固定连接、另一端通过左上连接轴133与左下连杆135的一端转动连接，右上连杆132的一端与第二驱动装置12的动力输出端固定连接、另一端通过右上连接轴134与右下连杆136的一端转动连接，右下连杆136的另一端通过下连接轴137与左下连杆135的中部转动连接。本实施例中，左上连杆131的一端与所述第一驱动装置11内的电机11输出轴端固定连接，右上连杆132的一端与第二驱动装置12内的电机11输出轴端固定连接，同时左上连杆131的臂长与右上连杆132的臂长相等；左下连杆135为“J”型结构，且其位于左上连接轴133和下连接轴137之间的臂长与右下连杆136的臂长相等。如此，可使第一驱动装置11和第二驱动装置12对连杆机构13的作用效果等同，当第一驱动装置11和第二驱动装置12中仅有一个工作时，连杆机构13的输出姿态相同。显然地，连杆机构13中任意一个杆件的摆动臂长发生变化，第一驱动装置11和第二驱动装置12对连杆机构13的作用效果就不等同，则可衍生出两种不同的连杆机构13输出姿态。优选的，所述左上连杆131、右上连杆132、左下连杆135、右下连杆136的侧面上均设置有条形凹槽，以减轻杆件自身的重量和增强杆件的强度。
本发明在使用时，在机器人上配置有现有技术的机器人控制模块，可根据控制模块内预置的控制程序控制四个腿部结构1上八个电机11的运行，具有三种不同的工作状态，即第一驱动装置11单独工作，第二驱动装置12单独工作，第一驱动装置11、第二驱动装置12同时工作。由于本实施例中，连杆机构13的对称性结构设置，使得第一驱动装置11单独工作、第二驱动装置12独立工作这两种工作状态对连杆机构13的作用效果等同，此时连杆机构13的输出姿态相同，设为步态一；当第一驱动装置11、第二驱动装置12同时工作，二者相互协调配合，综合作用于连杆机构13上，此时连杆机构13的输出姿态设为步态二。因此，每个腿部结构1具有两种不同形式的步态；加之机器人的四个腿部结构有不同的运动组合形式，如四个交替运动(行走状态)、四个同步运动(跳跃步态)、对角两个同步运动并两侧交替(小跑步态)、同侧两个同步运动并两侧交替(溜蹄步态)等，步态模式与运动形式的任意组合，使得机器人的的综合步行模式多样化，能够适应不同的地理路况。
参阅图4、图5，以对角两个同步运动并两侧交替，即机器人左前腿与右后腿的步伐一致，右前腿和左后腿的步伐一致，左前腿/右后腿与右前腿/左后腿交替落地的步行模式为例，以下对腿部结构1的两种步态的工作过程加以说明，图中分别将左前腿、左后腿、右前腿、右后腿标记为A1、A2、B1、B2：
步态一：四个腿部结构1中均为第一驱动装置11工作、第二驱动装置12不工作的工作模式，并以上述步行模式控制各个腿部结构1的工作时序，通过四个电机的相互协作控制机器人腿部的落脚点。在这种工作模式下，右上连杆132保持位置不变，第一驱动装置11内的电机11工作，驱动左上连杆131整周摆动，左上连杆131带动左下连杆135整体作圆周运动，形成如图4所示的步态行进模式。
步态二：四个腿部结构1中第一驱动装置11、第二驱动装置12均工作，并以上述步行模式控制各个腿部结构1的工作时序，通过八个电机的相互协作控制机器人腿部的落脚点。在这种工作模式下，每个腿部结构1内，第一驱动装置11内的电机11与第二驱动装置12内的电机相互协调，驱动左上连杆131、右上连杆132同时整周摆动，左上连杆131带动左下连杆135摆动、右上连杆132带动右下连杆136摆动，左下摆杆135和右下摆杆136综合作用下上下往复摆动，形成如图5所示的步态行进模式。
本发明通过在每个机器人的腿部结构上设置两组动力单元，两组动力单元相互配合驱动连杆机构运动，使机器人的腿部具有两种不同的行进姿态，机器人可根据不同的环境、不同的地形，调整腿部姿态以顺利通过，环境适应能力强。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种多连杆步行式移动装置，其特征在于：包括上壳体(3)、下壳体(2)、若干个腿部结构(1)，所述腿部结构(1)对称分布在上壳体(3)和下壳体(2)之间，并分别与上壳体(3)、下壳体(2)固定连接；
所述腿部结构(1)包括第一驱动装置(11)、第二驱动装置(12)、连杆机构(13)，所述连杆机构(13)具有一自由端及两个动力输入端，两个动力输入端分别与第一驱动装置(11)、第二驱动装置(12)的动力输出端固定连接；
所述第一驱动装置(11)或/和第二驱动装置(12)驱动连杆机构(13)运动，使腿部结构(1)具有多种不同的行进姿态。
2.根据权利要求1所述的一种多连杆步行式移动装置，其特征在于：所述第一驱动装置(11)与第一驱动装置(11)的结构相同，包括电机(111)、电机支架(112)、传动轴(113)、至少一个轴承支架(114)；
所述电机支架(112)、轴承支架(114)分别固定在上壳体(3)与下壳体(2)之间；
所述电机(111)固定于电机支架(112)的一侧，其输出轴端通过联轴器与传动轴(113)的一端固定连接；
所述传动轴(113)的中部轴段通过轴承与轴承支架(114)转动连接。
3.根据权利要求1所述的一种多连杆步行式移动装置，其特征在于：所述第二驱动装置(12)、第一驱动装置(11)沿上壳体(3)/下壳体(2)的长度方向分布。
4.根据权利要求1所述的一种多连杆步行式移动装置，其特征在于：所述连杆机构(13)包括左上连杆(131)、右上连杆(132)、左上连接轴(133)、右上连接轴(134)、左下连杆(135)、右下连杆(136)、下连接轴(137)；
所述左上连杆(131)的一端与第一驱动装置(11)的动力输出端固定连接、另一端通过左上连接轴(133)与左下连杆(135)的一端转动连接；
所述右上连杆(132)的一端与第二驱动装置(12)的动力输出端固定连接、另一端通过右上连接轴(134)与右下连杆(136)的一端转动连接；
右下连杆(136)的另一端通过下连接轴(137)与左下连杆(135)的中部转动连接。
5.根据权利要求4所述的一种多连杆步行式移动装置，其特征在于：所述左上连杆(131)的臂长与右上连杆(132)的臂长相等。
6.根据权利要求4所述的一种多连杆步行式移动装置，其特征在于：所述左下连杆(135)位于左上连接轴(133)和下连接轴(137)之间的臂长与右下连杆(136)的臂长相等。
7.根据权利要求4所述的一种多连杆步行式移动装置，其特征在于：所述左下连杆(135)为“J”型结构。
8.根据权利要求4所述的一种多连杆步行式移动装置，其特征在于：所述左上连杆(131)、右上连杆(132)、左下连杆(135)、右下连杆(136)的侧面上均设置有条形凹槽。
9.根据权利要求1所述的一种多连杆步行式移动装置，其特征在于：所述上壳体(3)和下壳体(2)均为镂空的框架结构。
10.根据权利要求1所述的一种多连杆步行式移动装置，其特征在于：所述上壳体(3)和下壳体(2)上均设置有条形通孔，所述连杆机构(13)可摆动通过条形通孔。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190301 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |