一种四足侦察机器人的制作方法

本实用新型涉及机器人技术领域，特别涉及一种四足侦察机器人。

背景技术：

现有的轮式地面移动机器人对地形的适应能力较差，只适用于刚性或半刚性路面，容易发生打滑，倾翻等极端情况。现有的履带式地面移动机器人运动速度慢，对台阶，较大块状障碍物难以跨越，且行体较大，噪音较大，隐蔽性差。总之，轮式和履带式机器人在野外山地复杂地形，城市建筑环境下的越障能力差，机动性低，通过性差。

现有的四足机器人多为内燃机驱动，液压系统传动的负重型四足机器人，体积庞大，结构复杂，噪音较大，隐蔽性较差，不能在障碍物之间穿行，不适合用于侦察等任务对机器人形体要求较高的场合。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对军事侦察，安保，灾害救援等复杂地形和环境下设计的一种四足侦察机器人，该机器人采用舵机驱动，机械结构设计简单、精巧，机械传动设计高效、稳定。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种四足侦察机器人，包括机架、摄像头及其调整机构和四条腿部；

所述的机架包括相对固定的上机架和下机架；

所述的摄像头及其调整机构设置在上机架上；

所述的四条腿部结构相同，分别通过四个大腿传动机构与下机架连接；每条腿部包括小腿及减震机构和大腿壳体，大腿壳体通过锥齿轮机构驱动小腿及减震机构摆动；每个大腿传动机构包括大腿摆动机构和腿部侧摆传动机构，大腿摆动机构通过轴结构驱动大腿壳体摆动，腿部侧摆传动机构通过万向节机构驱动大腿壳体的腿部侧摆。

所述的大腿壳体由门形架、内侧板、外侧板、前挡板和后挡板组成，其中内侧板和外侧板分别设置在门形架两侧，内侧板和外侧板的下端与前挡板和后挡板连接。

所述的小腿及减震机构端部设置有小腿连接轴，小腿连接轴两端通过第一滑动轴承安装在内侧板和外侧板上；小腿连接轴上安装有大锥齿轮；

大腿壳体内设置有小腿驱动舵机，小腿驱动舵机的轴上设置有小锥齿轮，大锥齿轮和小锥齿轮啮合。

所述的小腿及减震机构包括橡胶足套、压力传感器、弹簧导杆和弹簧导套；圆柱形的压力传感器的两端均设置有螺柱，一端螺柱连接弹簧导杆，另一端螺柱连接有橡胶足套；弹簧导杆上设有弹簧，弹簧导套设置在弹簧和弹簧导杆外部，弹簧导套上设置有条形槽，弹簧导杆上固定有挡销，挡销设置在条形槽内用于弹簧导杆和弹簧导套之间的连接和限位。

所述的大腿传动机构包括大腿摆动驱动舵机、大腿侧摆驱动舵机、万向节、滑动轴承座和摆动架，大腿摆动驱动舵机轴端与万向节一端连接；万向节另一端连接有大腿连接轴，大腿连接轴与大腿壳体上部连接，构成大腿摆动机构；

所述的腿部侧摆驱动舵机轴端连接摆动架的一端，摆动架另一端连接有摆动架支撑轴；摆动架支撑轴设置在滑动轴承座上的第二滑动轴承上，第二滑动轴承座固定在下机架上，构成腿部侧摆传动机构；大腿摆动架的中间孔内安装有第三滑动轴承，万向节的另一端设置在第三滑动轴承上，且大腿连接轴从大腿摆动架的中间孔伸出。

还包括壳体，所述的壳体由右壳体、左壳体和摄像头视窗玻璃组成，右壳体和左壳体之间通过螺栓连接，摄像头视窗玻璃嵌入到右壳体和左壳体之间；右壳体和左壳体通过螺钉安装在上机架和下机架上。

还包括用于给机器人提供电能的蓄电池，蓄电池固定在下机架上。

所述的摄像头及其调整机构由摄像头、调整舵机和连接杆组成，摄像头安装在连接杆上，连接杆与设置在上机架上的调整舵机轴端连接。

所述的机器人采用外肘内膝式的拓扑结构，其结构前后方向对称，左右方向也对称。

本实用新型与现有技术相比有以下突出优点：

本实用新型的机器人采用舵机驱动，机械结构设计简单，精巧。机械传动设计高效，稳定。每条腿部具有三个自由度，分别为大腿摆动，大腿侧摆，小腿摆动自由度。该四足机器人能够适应各种复杂地形，能够采用行走，小跑，奔跑，跳跃等多种步态。具有很强的越障能力和运动能力，且形体和噪音都比较小，通过性好，质量较轻，减震性好，防护性好，可靠性高。可广泛用于军事侦察、安保、探测、灾难救援等诸多场合。

进一步，外肘内膝式的拓扑结构提高机器人的稳定性和可靠型。四足机器人的机械结构设计简洁紧凑，运动灵活，机动性高，可靠性好，提高了四足机器人的运动能力和越障能力。

进一步，腿部减震机构能够减缓运动冲击；小腿传动机构能够减速增扭，提高运动精确性，避免驱动舵机悬臂布置，保护电机，同时减缓来自地面的冲击；大腿部分采用壳体拼装式结构，安装简单，工艺性好。

进一步，大腿摆动传动和大腿侧摆传动采用一体式结构，同时实现大腿侧摆和大腿摆动两个方面的传动，结构紧凑，占用空间小，并且实现两个驱动舵机都与机架处于固定状态，增强了机器人整机的稳定性和可靠性。

附图说明

图1为四足机器人的整机轴侧图；

图2四足机器人的整机俯视图；

图3四足机器人的腿部结构图；

图4机器人的大腿传动机构图；

图5为四足机器人的壳体图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的基本结构和工作原理进一步说明。

如图1所示，本实用新型四足侦察机器人主要由机架、摄像头及其调整机构3和四条腿部组成，每条腿部包括小腿及减震机构、小腿传动机构及驱动舵机、大腿壳体、大腿传动机构及其驱动舵机等组成。

四足机器人的机架采用铝合金框架式结构，由上机架1和下机架2组成，上机架1和下机架2通过螺钉连接，机架上有各种安装孔，分别用于安装蓄电池，驱动舵机，机壳，安装板等零部件。摄像头及其驱动机构3通过螺栓螺母固定在上机架1上，上机架1通过螺栓螺母固定在下机架2上，蓄电池5通过螺栓螺母固定在下机架2上。如图2所示，大腿传动机构及其驱动舵机10、11、12、13通过螺栓螺母固定在上机架1和下机架2上，10、11、12、13的结构相同，安装方向不同。如图1所示，右前腿6、右后腿7、左后腿8、左前腿9通过盖形螺帽分别安装在大腿传动机构10、11、12、13上。

所述的摄像头及其调整机构3由广角摄像头，调整舵机，连接杆组成，摄像头安装在连接件上，连接杆上有六角形孔安装在六角形舵机轴上，并用顶丝固定。

如图2所示，四足机器人采用外肘内膝式的拓扑结构，这种结构在前后方向对称，在左右方向也对称。这种拓扑结构够拟制躯干质心因关节控制误差而在前进方向引起的抖动，提高机体的稳定性，腿部整体结构较为紧凑占用空间小，足部位于身体最前端有利于传感器接触和探测地面障碍物。机器人前后两个方向都可以无差别运动。四足机器人的每条腿有三个自由度，分别为小腿摆动，大腿摆动，大腿侧摆。每个自由度由一个舵机驱动实现。

如图3所示为四足机器人左前腿部结构图，大腿壳体由门形架A3和内侧板A1、外侧板A2通过螺钉连接而成，门型架A3连边通过螺钉安装内外侧板A1、A2，前后挡板A4、A5通过螺钉安装在内外侧板上。前挡板A4和后挡板A5通过螺钉和内侧板A1、外侧板A2连接，A1、A2、A3、A4、A5共同组成大腿壳体。大腿壳体上的安装孔用于安装小腿滑动轴承，小腿驱动舵机，大腿连接轴等。小腿驱动舵机A6通过螺钉和门形A3连接，小锥齿轮A7安装在小腿驱动舵机A6轴上，滑动轴承A10安装在内外侧板A1和A2上。

所述小腿及减震机构由橡胶足套A16、压力传感器A15、弹簧导杆A13、弹簧A12、弹簧导套A11、挡销A14等组成。圆柱形压力传感器A15的两端有螺柱，一端连接弹簧导杆A13，另一端连接橡胶足套A16。弹簧A12安装在弹簧导套A11和弹簧导杆A13之间，弹簧导杆A13和弹簧导套A11之间通过挡销A14连接和限位。

所述的小腿传动机构及驱动舵机由一对小腿连接轴A9、大锥齿轮A8、滑动轴承A10、小腿驱动舵机A6组成。小腿连接轴A9上安装有大锥齿轮A8和弹簧导套A11，小腿连接轴A9两端安装在滑动轴承A10内，小锥齿轮A7和驱动舵机A6轴连接，并用螺钉和轴端挡片固定。驱动舵机A6和滑动轴承A10安装在大腿壳体上。

如图4所示为机器人的大腿传动机构图，所述大腿传动机构及其驱动舵机由大腿摆动驱动舵机B1、大腿侧摆驱动舵机B2、十字轴万向节B3、摆动架B7、滑动轴承B8、摆动架支撑轴B5、滑动轴承座B4、大腿连接轴B9等组成。其中大腿摆动舵机B1轴和十字轴万向节B3一端的六角形孔连接，并用顶丝固定，万向节B3的另一端连接大腿连接轴B9，共同组成大腿摆动传动系，实现大腿的摆动功能。腿部侧摆驱动舵机B2轴端连接摆动架B8的一端，摆动架B8另一端连接摆动架支撑轴B5，B4和B6分别为滑动轴承座和滑动轴承，共同组成侧摆传动系。B8为滑动轴承，安装在大腿摆动架B7中间孔中，万向节B3的另一端可以在滑动轴承B8内转动，当侧摆电机转动时带动摆动架B7上下摆动，实现侧摆功能。

如图5所示为四足机器人的壳体图，所述的四足机器人壳体由左壳体C2，右壳体C1，摄像头视窗玻璃C3三部分组成，右壳体C1和左壳体C2之间通过螺栓螺母连接，前视窗玻璃C3嵌在右壳体C1和左壳体C2之间。右壳体C1和左壳体C2通过螺钉安装在上下机架1、2上。

本实用新型的工作原理和过程为：本四足机器人的四条腿部结构的各零部件基本相同，但装配时各条腿部呈镜像对称；大腿摆动传动与腿部侧摆传动的机构的零部件相同，安装方向不同。以左前腿的动力传递为例对腿部的动力传递运动进行说明，当机器人直线行走时，大腿摆动舵机B1接受控制系统指令转动一定的角度，动力经过万向节B3和大腿连接轴B9传递到大腿壳体内侧板A1上，从而带动大腿摆动。小腿驱动舵机A6接受控制系统指令转动一定角度，带动轴端的小锥齿轮A7转动，大锥齿轮A8和小锥齿轮A7啮合，动力从小锥齿轮A7传递至大锥齿轮A8，大锥齿轮A8带动小腿连接轴A9转动，从而实现小腿的转动功能。当机器人受到侧方扰动要保持平衡时，或机器人腿部要进行侧摆运动时，腿部侧摆驱动舵机根据控制系统的指令转动一定的角度，带动与其连接的摆动架B8摆动，B8带动其内安装的万向节B3一端摆动，从而带动大腿连接轴B9和腿部实现侧摆运动，由于万向节B3具有变轴线传递动力的功能，所以在机器人腿部侧摆时不会阻碍大腿摆动舵机B1的动力传递，即腿部在做侧摆运动时不影响腿部的前后摆动。

四足机器人的四条腿部通过控制系统所给指令协调运动，可以实现行走，小跑，奔跑，跳跃，爬行等多种步态，腿部协调运动可以适应各种复杂地形和多障碍物环境，完成预定的侦察，安保，救援等各种任务。