CN114291182A - 一种轻型高性能四足机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轻型高性能四足机器人，包括机身，机身四个角均设置有胯部关节，胯部关节的输出轴上设置有大小腿固定架，大小腿固定架远离机身的一侧转动设置有大腿关节和小腿关节，大腿关节设置于小腿关节的前方；大腿关节上设置有小腿连杆二和大腿连杆，大腿连杆远离大腿关节的一端设置有小腿连杆四，小腿连杆四的末端为足端，小腿连杆四的首端与小腿连杆二之间通过小腿连杆三连接，小腿关节与小腿连杆二之间通过小腿连杆一连接，本发明适用于四足机器人技术领域，各关节集成度高，尺寸相对较小，可以更加灵活地工作于狭小空间、演示展台等场景；整体重量轻、结构紧凑、受力合理，提高了运动性能，并且在一定程度上延长了使用寿命。

Description

一种轻型高性能四足机器人

技术领域

本发明属于四足机器人技术领域，具体是一种轻型高性能四足机器人。

背景技术

目前，常见的步行机器人以两足式、四足式、六足式应用较多。其中，四足步行机器人机构简单且灵活，承载能力强、稳定性好，在抢险救灾、探险、娱乐及军事等许多方面有很好的应用前景，其研制工作一直受到国内外的重视。

现有的四足机器人大致分为：以直流无刷电机搭配减速器为关节的大型四足机器人和以舵机为关节的小型四足机器人。而大型四足机器人整体尺寸大，电机、减速器与驱动器非一体导致关节质量大，此外机身多为合金材料，故机器人整体大且沉重，对于控制性能和安全有较高的要求；小型四足机器人整体尺寸虽小，但关节舵机由于大传动比，难以提供快速的大驱动力，因此运动性能较差，难以实现跳跃、快速移动等运动。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种轻型高性能四足机器人。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种轻型高性能四足机器人，包括：

机身，所述机身四个角均设置有胯部关节，所述胯部关节的输出轴上设置有大小腿固定架，所述大小腿固定架远离所述机身的一侧转动设置有大腿关节和小腿关节，所述大腿关节设置于所述小腿关节的前方；

所述大腿关节上设置有小腿连杆二和大腿连杆，所述大腿连杆远离大腿关节的一端设置有小腿连杆四，所述小腿连杆四的末端为足端，所述小腿连杆四的首端与小腿连杆二之间通过小腿连杆三连接，所述小腿关节与小腿连杆二之间通过小腿连杆一连接。

优选的，任一所述小腿关节均与其相对应的胯部关节的输出轴传动连接。

优选的，所述大腿连杆与小腿连杆四靠近其首端的一端转动连接。

优选的，所述小腿连杆四与小腿连杆三之间、小腿连杆二与小腿连杆三之间、小腿连杆一与小腿关节之间、小腿连杆一与小腿连杆二之间均采用转动连接。

优选的，所述机身采用长方型结构，其四个角均开设有卡槽，所述胯部关节设置于卡槽内。

优选的，所述机身顶部设置有控制电路板，通过控制胯部关节，控制机器人的运动与位姿。

优选的，所述机身底部设置有电池，用于为机器人提供电能。

优选的，所述机身、小腿连杆四、小腿连杆三、小腿连杆二、小腿连杆一均采用碳纤维板材料，采用结构受力仿真，并进行镂空处理。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明中，各关节集成度高，尺寸相对较小，可以更加灵活地工作于狭小空间、演示展台等场景；整体重量轻、结构紧凑、受力合理，提高了运动性能，并且在一定程度上延长了使用寿命，腿部连杆的设计使得腿部惯量较小，控制上具有较好的快速响应能力且易于控制模型的建立；经过连杆参数的优化，各个关节在正常的工作空间时具有较小的力，减小了关节的负担。

附图说明

图1是本发明一种轻型高性能四足机器人的整体结构示意图；

图2是本发明一种轻型高性能四足机器人的侧视图。

附图标记：1、控制电路板；2、机身；3、胯部关节；4、大小腿固定架；5、小腿关节；6、小腿连杆一；7、小腿连杆三；8、小腿连杆二；9、大腿连杆；10、小腿连杆四；11、大腿关节；12、电池。

具体实施方式

以下结合附图1-2，进一步说明本发明一种轻型高性能四足机器人的具体实施方式。本发明一种轻型高性能四足机器人不限于以下实施例的描述。

实施例1：

本实施例给出一种轻型高性能四足机器人的具体实施方式，如图1-2所示，包括：

机身2，机身2四个角均设置有胯部关节3，胯部关节3的输出轴上设置有大小腿固定架4，大小腿固定架4远离机身2的一侧转动设置有大腿关节11和小腿关节5，大腿关节11设置于小腿关节5的前方；

大腿关节11上设置有小腿连杆二8和大腿连杆9，大腿连杆9远离大腿关节11的一端设置有小腿连杆四10，小腿连杆四10的末端为足端，小腿连杆四10的首端与小腿连杆二8之间通过小腿连杆三7连接，小腿关节5与小腿连杆二8之间通过小腿连杆一6连接。

进一步的，任一小腿关节5均与其相对应的胯部关节3的输出轴传动连接。

进一步的，大腿连杆9与小腿连杆四10靠近其首端的一端转动连接。

进一步的，小腿连杆四10与小腿连杆三7之间、小腿连杆二8与小腿连杆三7之间、小腿连杆一6与小腿关节5之间、小腿连杆一6与小腿连杆二8之间均采用转动连接。

进一步的，机身2采用长方型结构，其四个角均开设有卡槽，胯部关节3设置于卡槽内。

进一步的，机身2顶部设置有控制电路板1，通过控制胯部关节3，控制机器人的运动与位姿。

进一步的，机身2底部设置有电池12，用于为机器人提供电能。

进一步的，机身2、小腿连杆四10、小腿连杆三7、小腿连杆二8、小腿连杆一6均采用碳纤维板材料，采用结构受力仿真，并进行镂空处理。

进一步的，小腿连杆四10、小腿连杆三7、小腿连杆二8、小腿连杆一6均采用参数化处理，优化其尺寸及连接。

工作原理：如图1-2所示，其中：

控制电路板1：固定在机身2顶部，驱动12个关节，控制机器人的运动与位姿。

机身2：连接4个胯部关节3、控制电路板1、电池12，作为机器人机架，起到支撑和连接的作用。

胯部关节3：固定在机身2上，为四足机器人提供胯部自由度。

大小腿固定架4：外部与胯部关节3的输出轴相连，内部用以给固定小腿关节5和大腿关节11，作为胯部关节的执行元件。

小腿关节5：固定在大小腿固定架4上，为四足机器人提供小腿自由度。

小腿连杆一6：两端分别连接小腿关节5输出轴和小腿连杆二8，起到传递小腿运动和力的作用。

小腿连杆三7：两端分别连接小腿连杆二8和小腿连杆四10，起到传递小腿运动和力的作用。

小腿连杆二8：一端与小腿连杆一6、小腿连杆三7相连，另一端与大腿连杆9相连，起到传递小腿运动和力的作用。

大腿连杆9：两端分别连接大腿关节11和小腿连杆四10，起到传递大小腿运动和力的作用。

小腿连杆四10：一端与小腿连杆三7相连，中间与大腿连杆9相连，作为机器人腿部的末端执行构件。

大腿关节11：固定在大小腿固定架4上，为四足机器人提供大腿自由度。

电池12：固定在机身2下侧，为机器人提供电能。

本发明中，各关节集成度高，尺寸相对较小，可以更加灵活地工作于狭小空间、演示展台等场景；整体重量轻、结构紧凑、受力合理，提高了运动性能，并且在一定程度上延长了使用寿命，腿部连杆的设计使得腿部惯量较小，控制上具有较好的快速响应能力且易于控制模型的建立；经过连杆参数的优化，各个关节在正常的工作空间时具有较小的力，减小了关节的负担。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种轻型高性能四足机器人，其特征在于，包括：

机身(2)，所述机身(2)四个角均设置有胯部关节(3)，所述胯部关节(3)的输出轴上设置有大小腿固定架(4)，所述大小腿固定架(4)远离所述机身(2)的一侧转动设置有大腿关节(11)和小腿关节(5)，所述大腿关节(11)设置于所述小腿关节(5)的前方；

所述大腿关节(11)上设置有小腿连杆二(8)和大腿连杆(9)，所述大腿连杆(9)远离大腿关节(11)的一端设置有小腿连杆四(10)，所述小腿连杆四(10)的末端为足端，所述小腿连杆四(10)的首端与小腿连杆二(8)之间通过小腿连杆三(7)连接，所述小腿关节(5)与小腿连杆二(8)之间通过小腿连杆一(6)连接。

2.如权利要求1所述的一种轻型高性能四足机器人，其特征在于：任一所述小腿关节(5)均与其相对应的胯部关节(3)的输出轴传动连接。

3.如权利要求1所述的一种轻型高性能四足机器人，其特征在于：所述大腿连杆(9)与小腿连杆四(10)靠近其首端的一端转动连接。

4.如权利要求1所述的一种轻型高性能四足机器人，其特征在于：所述小腿连杆四(10)与小腿连杆三(7)之间、小腿连杆二(8)与小腿连杆三(7)之间、小腿连杆一(6)与小腿关节(5)之间、小腿连杆一(6)与小腿连杆二(8)之间均采用转动连接。

5.如权利要求1所述的一种轻型高性能四足机器人，其特征在于：所述机身(2)采用长方型结构，其四个角均开设有卡槽，所述胯部关节(3)设置于卡槽内。

6.如权利要求1所述的一种轻型高性能四足机器人，其特征在于：所述机身(2)顶部设置有控制电路板(1)，通过控制胯部关节(3)，控制机器人的运动与位姿。

7.如权利要求1所述的一种轻型高性能四足机器人，其特征在于：所述机身(2)底部设置有电池(12)，用于为机器人提供电能。

8.如权利要求1所述的一种轻型高性能四足机器人，其特征在于：所述机身(2)、小腿连杆四(10)、小腿连杆三(7)、小腿连杆二(8)、小腿连杆一(6)均采用碳纤维板材料，采用结构受力仿真，并进行镂空处理。

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