一种机器人的制作方法

本发明涉及智能移动领域，特别涉及一种机器人，具体涉及一种四足机器人。

背景技术：

随着自动化技术快速发展，机器人越来越多的出现在人们的视野中。以前机器人主要用于工业生产线上，用于代替人类完成一些简单、繁琐、重复的任务。现在机器人开始逐渐走到人们的身边，比如扫地机器人，购物机器人，大厅引导机器人，送餐机器人等等。

上述这些机器人相对于工业中使用的生产线机器人，具有一个明显的特性——移动。这些机器人都需要在一定的环境内根据任务改变本身的位置。移动机器人有多种实现运动的方式，足式，轮式，蠕动，飞行，游泳等等。但是较为常见的是足式和轮式，因为这也是人类常用的两种运动方式。其中足式有两足、四足、六足较为常见。轮式有两轮、三轮、四轮较为常见。轮式机器人在比较平坦的地形具有速度快，能量消耗小等优势，但其越障能力较差，而足式机器人相对来说越障能力强，能够适应更多的地形环境，但其在平坦地形运动消耗要比轮式大，且算法较复杂。现在有轮式与足式的结合形式，即在足式的末端加上轮子，兼具二者优点。

较为普遍的四足机器人结构为在一个较大的固体的四角装有四足，其运动步态，是人类从动物的运动中借鉴而来，四足在运动过程中的作用使最明显的，四足的运动空间是最大的，也是人们研究的重点，其中，每足与本体相连的关节(臀关节)有2自由度，膝关节有1自由度，四足共12自由度，其示意图如图1所示。还有更多自由度，如16和20自由度的。在实际的应用中，以最为先进的BIGDOG为例，在以疾驰步态跳过障碍的时候，还是存在动作缓冲不好，起跳距离长等问题，且在自身朝向旋转时，基本都是通过不断的小步调整慢慢的转过来，消耗大，反应慢。

技术实现要素：

本发明旨在克服现有技术中的四足机器人在以疾驰步态跳过障碍时存在动作缓冲不好、起跳距离长，在自身朝向旋转时消耗大、反应慢等问题，提供一种运动更为灵活、更为有效的四足机器人。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种机器人，包括机器人本体及四个分别位于机器人本体四底角下的移动部件，移动部件能带动机器人运动，其中，机器人本体包括沿机器人前进方向连接的第一机器人本体及第二机器人本体，所述第一机器人本体与第二机器人本体活动连接。

一些实施例中，第一机器人本体相对第二机器人本体可在偏离机器人前进方向的方向活动。

一些实施例中，第一机器人本体相对第二机器人本体可在纵向和横向偏离机器人前进方向的方向活动。

一些实施例中，第一机器人本体与第二机器人本体间通过旋转轴连接。

一些实施例中，第一机器人本体上设有第一电机，所述第一电机具有延伸出第一机器人本体的电机轴；第二机器人本体上设有第一连杆，所述第一连杆上具有轴孔；电机轴与轴孔配合连接。

一些实施例中，第一机器人本体与第二机器人本体间通过铰链连接。

一些实施例中，移动部件与机器人本体间活动连接。

一些实施例中，移动部件相对机器人本体可在纵向和/或机器人前进方向的方向活动。

一些实施例中，移动部件相对机器人本体可在机器人前进方向的方向和/或横向偏离机器人前进方向的方向活动。

一些实施例中，机器人本体在四底角处分别设有第二电机；所述第二电机具有延伸出机器人本体的电机轴；移动部件具有第二连杆，所述第二连杆上具有轴孔；电机轴与轴孔配合连接。

一些实施例中，移动部件包括纵向连接的第一移动部件和第二移动部件，所述第一移动部件和第二移动部件活动连接。

一些实施例中，第一移动部件相对第二移动部件可在横向偏离机器人前进方向的方向活动。

一些实施例中，第一移动部件上设有第三电机；所述第三电机具有延伸出第一移动部件的电机轴；第二移动部件具有第三连杆，所述第三连杆上具有轴孔；电机轴与轴孔配合连接。

本发明的有益效果在于：

本发明从另一个方向出发，不再研究已经较成熟较难改进的四足运动，而是重点研究人们未注意到的运动角度较小的机器人本体。通过长期的实验研究，成功的基于现有越来越深的研究，越来越多、越来越精细的各种理论，将在沿机器人前进方向固定连接的各部件连接成的，一直被视为一个固定的物体的机器人本体，分成两部分，即第一机器人本体和第二机器人本体，第一机器人本体与第二机器人本体活动连接，即机器人本体自身可相对运动，则具有了新的自由度。本发明通过在传统四足结构上加入更多自由度，可以为2个自由度，将原本一个整体的机器人本体分为两部分，两部分之间可以使用2个正交的旋转关节来连接，在实际的应用过程中，其可以模拟为动物的“腰关节”，使四足机器人的运动更为灵活，更为有效，使得相比传统结构在完成同样的动作目的时，四肢所需的运动范围和力的分量更小，且能够提供更大的运动空间和运动姿态。例如在跳跃障碍时所需的跳跃力和跳跃距离更小，在转弯时更快，所需步态调整次数更少。在“疾驰”步态下，对腿部力的消耗更小，而且每步态周期能够奔跑的距离更长。

本发明的四足机器人在实际中的运动速度越来越快，动作越来越流畅，越障能力越来越强，较大程度的提高了四足机器人的运动性能。

附图说明

图1为现有技术的四足机器人的一个实施例的结构示意图。

图2为本发明提供的四足机器人的一个实施例的结构示意图。

图3为图2所示的四足机器人在转弯时腰关节的作用示意图。

图4为图1所示的四足机器人的越障示意图。

图5为图2所示的四足机器人的越障示意图。

图6为图2所示的四足机器人的“疾驰”步态起始姿态示意图。

图7为图2所示的四足机器人的“疾驰”步态前足着地姿态示意图。

图8为图2所示的四足机器人的“疾驰”步态结束姿态示意图。

附图标记:

1—臀关节；2—膝关节；3—腰关节；4—障碍；5—第一机器人本体；6—第二机器人本体；7—第一移动部件；8—第二移动部件。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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发明和简化描述，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发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做详细说明。

本发明提供了一种机器人，包括机器人本体及四个分别位于机器人本体四底角下的移动部件，移动部件能带动机器人运动。即本发明提供了一 种四足机器人。

本发明的主要改进之处在于，机器人本体包括沿机器人前进方向连接的第一机器人本体5及第二机器人本体6，第一机器人本体5与第二机器人本体6活动连接。即将机器人本体在横向分成两部分，两部分间不固定，可相对运动，即增加了新的自由度。本发明中，横向即水平方向，相对的，纵向即竖直方向，本发明是将机器人本体在水平面内沿机器人的前进方向分成两部分，两部分间可相对运动，即这两部分多了其他维度的活动空间，其中，前进方向是指四足机器人的主前进方向或者说其设计前进方向，具体实施例中可如附图2所示的前后方向，本具体实施例中可将此方向即机器人前进方向的轴线定义为X轴。本发明的附图2是作为实验性的结构改进，是一个实施例的简单的结构示意图，只是简单的将各部分进行了划分，及各部分间采用类似于关节的连接方式，例如轴的连接方式，由电机驱动。

其他维度的活动空间在一些实施例中即指可偏离整个机器人本体的主活动方向即机器人的前进方向，实施例中即指第一机器人本体5相对第二机器人本体6可在偏离机器人前进方向的方向活动，即偏离如附图2所示的前后方向，本发明的具体实施例中，第一机器人本体5相对第二机器人本体6可在纵向和横向偏离机器人前进方向的方向活动，即如附图2所示的上下方向和左右方向活动，则增加了Z轴和Y轴两个自由度。

第一机器人本体5与第二机器人本体6间活动连接一些实施例中可以模拟为腰关节3，即本领域技术人员可以实施的各种类似于关节的连接方式均可实现此处的连接，例如电机直连的形式，也不局限于使用电机的其他方式等，也可以设计为全被动的结构方式。具体的，例如一些实施例中，第一机器人本体5与第二机器人本体6间通过旋转轴连接。更具体的，例如可以为在第一机器人本体5上设有第一电机，所述第一电机具有延伸出第一机器人本体5的电机轴；第二机器人本体6上设有第一连杆，所述第一连杆上具有轴孔；电机轴与轴孔配合连接，具体的连接配合方式为公知，在此不再赘述。在另一些具体实施例中，第一机器人本体5与第二机器人本体6间通过铰链连接。本发明通过可旋转的腰关节3来增加了两个自由度。

一些实施例中，移动部件与机器人本体间也活动连接。具体的，一些 实施例中，移动部件相对机器人本体可在纵向和/或机器人前进方向的方向活动，即如附图2所示的上下方向和前后方向活动，即具有Z轴和X轴两个自由度，其形体可类似于蜘蛛，其中，机器人前进方向的方向本发明是指其活动的维度可以沿机器人前进方向的轴线，可以前进也可以后退，即可以沿如附图2所示的前后方向活动。在另一些实施例中，移动部件相对机器人本体可在机器人前进方向的方向和/或横向偏离机器人前进方向的方向活动，即如附图2所示的前后方向和左右方向活动，即具有X轴和Y轴两个自由度，其形体可类似于狗。

移动部件与机器人本体间活动连接一些实施例中可以模拟为臀关节1，即本领域技术人员可以实施的各种类似于关节的连接方式均可实现此处的连接，例如电机直连的形式，也不局限于使用电机的其他方式等。具体的，例如一些实施例中，机器人本体在四底角处分别设有第二电机；所述第二电机具有延伸出机器人本体的电机轴；移动部件具有第二连杆，所述第二连杆上具有轴孔；电机轴与轴孔配合连接。本发明通过可旋转的臀关节1使每个移动部件均具有两个自由度。

在一些实施例中，移动部件包括纵向连接的第一移动部件7和第二移动部件8，所述第一移动部件7和第二移动部件8也活动连接，即将移动部件在竖直面内分成两部分，两部分间可相对运动，即这两部分多了其他维度的活动空间，具体的，一些实施例中，第一移动部件7相对第二移动部件8可在横向偏离机器人前进方向的方向活动，即如附图2所示的左右方向活动，即具有Y轴一个自由度。

第一移动部件7和第二移动部件8间活动连接一些实施例中可以模拟为膝关节2，即本领域技术人员可以实施的各种类似于关节的连接方式均可实现此处的连接，例如电机直连的形式，也不局限于使用电机的其他方式等。具体的，例如一些实施例中，第一移动部件7相对第二移动部件8位于上部，第一移动部件7与机器人本体间通过类似于臀关节1的方式连接，第一移动部件7和第二移动部件8间通过类似于膝关节2的方式连接，其也可以采用电机连接，具体的，第一移动部件7上设有第三电机；所述第三电机具有延伸出第一移动部件7的电机轴；第二移动部件8具有第三连杆，所述第三连杆上具有轴孔；电机轴与轴孔配合连接。通过可旋转的膝 关节2使每个移动部件均另外还具有一个自由度。即类似一个机器人本体上装了四个3自由度的串联机器人。

如附图3为附图2所示的四足机器人在转弯时腰关节3的作用示意图，本发明的机器人在需要转弯时，可以利用腰关节3使转弯更快，腰关节3转左之后，整个前移动部件的运动范围都向左移动。

如附图4为附图1所示的四足机器人的越障示意图，机器人跳过障碍4之后前移动部件距离障碍4的长度至少为机器人本体长度，即整个跳跃过程移动距离最小为机器人本体长度L。即在越障的过程中，传统结构的机器人起跳点后移动部件距离障碍4至少为机器人本体长度。而本发明如附图5所示为附图2的四足机器人的越障示意图，通过本发明的结构，在跳跃障碍4时，后移动部件距离障碍4长度可以小于机器人本体长度，且跳过障碍4后前移动部件距离障碍4可以小于L。本发明结构可以使越障需要的距离变小，且减小越障消耗的能量。

如附图6、7、8所示，在“疾驰”的步态下奔跑，本发明结构能够使每周期移动距离相对传统结构变大，

以下是本发明提供的一个具体实施例，用以说明上述方案及其各种条件的选取。

实施例1

本实施例用于说明本发明的机器人的“疾驰”奔跑。

如附图2所示，本发明的机器人具有机器人本体及四个分别位于机器人本体四底角下的移动部件。其中，机器人本体在前后方向上被分成第一机器人本体5和第二机器人本体6，第一机器人本体5和第二机器人本体6间通过腰关节3连接，第一机器人本体5相对第二机器人本体6可上下、左右活动。每个移动部件在上下方向上分别被分成第一移动部件7和第二移动部件8，第一移动部件7与机器人本体的底角部通过臀关节1连接，第一移动部件7与第二移动部件8通过膝关节2连接，具体的关节连接方式为电机直连，即一部件上固定有电机，另一连接部件上有连杆，连杆上有轴孔，电机的电机轴与轴孔配合连接。

本发明的机器人在奔跑的过程中，第一机器人本体5的抬起可以与前移动部件的支持过程同步，来获得更高的机器人本体前端离地距离。而如 果在相同机器人本体前端离地距离条件下，前移动部件的支持距离则变短，如附图6所示。

完成支持过程之后，前移动部件抬起并向前摆动，同时后移动部件要配合完成前蹬(后摆同时支撑)的动作，机器人本体部分向前移动。在前移动部件着地之后，前移动部件做后摆动作来继续使机器人本体部分向前移动。同时前移动部件适当做下压收缩动作，缓冲落地的冲击力并为下周期运动做准备，如图7所示。

由于机器人本体部分的弯折，相同前移动部件的抬起高度时，本发明中前移动部件的离地距离更大，所以前移动部件落地时，要比传统结构的落地点更向前(因为后移动部件的动作使机器人本体一直是向前运动的)。前移动部件落地之后，后移动部件离地做跟随动作，此时机器人本体继续前移并前移动部件后摆，前移动部件后摆的速率较慢时，机器人本体的前部分角度从后倾向前倾过渡。此时机器人本体角度不变的话，后移动部件将被抬起很高，这是不必要的。机器人本体的角度将调整到大于180°，这样后移动部件的离地高度不会很高，而且机器人本体前端的前倾趋势还将辅助增大后移动部件的离地时间。后移动部件在空中做前摆动作，因为机器人本体的角度将调整到大于180°，所以后移动部件的着地点将离前移动部件更近，如图8所示。

后移动部件着地之后要做下压动作来缓冲冲击力，需要腰关节3和前移动部件配合。如果机器人继续以此速度运动，则下一个步态周期的起始点机器人本体的角度是大于180°的。而如果结束运动，则需要前后移动部件以稳定步态来调整机器人。以前移动部件调整为例，则先伸出前左移动部件，后伸出前右移动部件，最后同步调整机器人本体腰关节3至0°并调整移动部件与机器人本体角度到默认起始态。

由上述实施例可知，本发明通过在传统四足结构上加入2个自由度，在实际的应用过程中，其可以模拟为动物的“腰关节”，使四足机器人的运动更为灵活，更为有效，使得相比传统结构在完成同样的动作目的时，四肢所需的运动范围和力的分量更小，且能够提供更大的运动空间和运动姿态。例如在跳跃障碍时所需的跳跃力和跳跃距离更小，在转弯时更快，所需步态调整次数更少。在“疾驰”步态下，对腿部力的消耗更小，而且每步态 周期能够奔跑的距离更长。本发明的四足机器人在实际中的运动速度越来越快，动作越来越流畅，越障能力越来越强，较大程度的提高了四足机器人的运动性能。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。