一种四肢行走式智能机器人的制作方法

本发明涉及智能机器人领域，特别是涉及一种可爬楼梯的四足脚四肢行走式智能机器人。

背景技术：

四足仿生机器人是模拟四足动物运动形式的特种机器人，这种机器人可以在复杂的环境中行走，相比于履带式机器人和轮式机器人，活动范围更广。长期以来，四足仿生机器人技术一直是国内外机器人领域研究的热点之一，尤其在智能机器人领域，四足四肢行走式机器人技术的研究尤其重要。

现有的智能机器人主要以容易实现的轮式机器人和履带式机器人为主，由于轮式机器人和履带式机器人对地形的要求较高，活动范围较小，有些履带式机器人和轮式机器人能够适应一些特殊地形，但是工作效率低。四肢行走式机器人具有柔性的腿部结构，可以起到很好的减震效果。

技术实现要素：

本发明提供了本发明针对上述技术问题，克服现有技术的缺点，提供一种四肢行走式智能机器人，能够携带一定货物步行，并且可以自动开启和关闭舱门。

为了达到上述目的，本发明提供了一种四肢行走式智能机器人，包含：底盘、货舱单元和4个完全相同的步行单元；

所述底盘包含矩形框式的安装架和2个完全相同的安装板；所述安装板分别水平设置在安装架相对两侧的外壁中部；

货舱单元包含货舱本体、2个完全相同的舱门、2个完全相同舱门控制模块；货舱本体底部固定连接安装架顶部，2个舱门对称设置在货舱本体上；一个安装板和一个舱门之间连接设置一个舱门控制模块，控制舱门自动开启关闭；

所述4个步行单元对称设置在安装架相对两侧的外壁上，同侧的安装架外壁上设有两个步行单元，同侧的两个步行单元中间设有一个安装板；

步行单元包含2个悬架、电机安装板、大腿杆、小腿杆、步行控制单元；2个悬架相对、平行、分开地铰接安装架外壁；电机安装板，连接设置在2个悬架之间，铰接2个悬架，电机安装板中间还设有第一开孔；步行控制单元，设置在电机安装板上；大腿杆第一端铰接步行控制单元，由步行控制单元实现大腿杆运动；小腿杆第一端铰接大腿杆第二端，小腿杆中部铰接步行控制单元，小腿杆第二端与地面接触并由地面支承；通过步行控制单元和大腿杆实现小腿杆运动。

所述悬架包含第一拉杆、第二拉杆、腿部安装板和空气弹簧；第一拉杆第一端、第二拉杆第一端均铰接腿部安装板，第一拉杆第二端、第二拉杆第二端均铰接安装架外壁；第一拉杆第一端与腿部安装板的铰接点、第二拉杆第一端与腿部安装板的铰接点，第一拉杆第二端与安装架外壁的铰接点、第二拉杆第二端与安装架外壁的铰接点落在第一虚拟平行四边形的四个顶点上；第一虚拟平行四边形和腿部安装板均垂直于与第一拉杆和第二拉杆铰接的安装架外壁，且均垂直于水平面；第一拉杆绕第一拉杆第二端与安装架外壁的铰接点，在第一虚拟平行四边形所在的平面内旋转；第二拉杆绕第二拉杆第二端与安装架外壁的铰接点，在第一虚拟平行四边形所在的平面内旋转；空气弹簧的两端分别与第一拉杆中部、第二拉杆中部铰接。

所述步行控制单元包含摆腿电机和挂耳板，相对、分开固定设置在电机安装板上；摆腿电机设有摆腿电机输出轴，通过摆腿电机输出轴铰接所属步行控制单元一个悬架的腿部安装板；挂耳板通过销轴铰接所属步行控制单元另一个悬架的腿部安装板；销轴和摆腿电机输出轴同轴，均平行于与所属步行单元铰接的安装架外壁，且均平行于水平面；摆腿电机启动时，电机安装板可绕销轴和摆腿电机输出轴转动。

所述步行控制单元还包含大腿电机，固定设置在电机安装板上；大腿电机设有垂直于销轴的且平行于电机安装版的大腿电机输出轴；大腿杆第一端从电机安装板下方穿设所述第一开孔连接大腿电机输出轴，铰接大腿电机；大腿电机启动时，大腿杆带动小腿杆同时绕大腿电机输出轴转动。

所述步行控制单元还包含小腿电机、摇杆和第三拉杆；小腿电机固定在电机安装板上，并设有平行于大腿电机输出轴的小腿电机输出轴；摇杆第一端连接小腿电机输出轴，铰接小腿电机；摇杆第二端设有平行于小腿电机输出轴的摇杆输出轴；第三拉杆第一端连接摇杆输出轴，铰接摇杆第二端；第三拉杆第二端铰接小腿杆中部；摇杆第二端和第三拉杆第一端均可穿设第一开孔；

大腿杆第一端与大腿电机输出轴的连接点、大腿杆第二端与小腿杆第一端的铰接点、小腿杆中部与第三拉杆第二端的铰接点、第三拉杆第一端和摇杆输出轴的连接点落在第二虚拟平行四边形的四个顶点；第二虚拟平行四边形垂直于电机安装板；

小腿电机启动时，摇杆绕小腿电机输出轴转动，摇杆带动第三拉杆，第三拉杆带动小腿杆，实现小腿杆绕小腿杆第一端与大腿杆第二端的铰接点在垂直于电机安装板的平面内转动。

所述货舱本体两端分别设有一条滑槽；所述舱门的两端分别固定连接有与所述滑槽匹配的滚轮，通过滚轮在滑槽内滑动，实现开启、关闭舱门。

所述舱门控制模块包含第二导轨和两个相同的舱门连杆；两个舱门连杆相对、分开固定设置在舱门底部；第二导轨连接设置在两个舱门连杆之间，且第二导轨平行于所述销轴。

所述舱门控制模块还包含：

第一同步带座和和第二同步带座，间隔开的设置在安装板上；第一同步带座设有主动轮，第二同步带座设有传动轮；

舱门电机固定在安装板上，通过舱门电机输出轴连接主动轮；

环形同步带，套设在主动轮和传动轮上；当舱门电机启动时，舱门电机输出轴驱动主动轮旋转，实现同步带在主动轮和传动轮上传动；

第一滑块，固定连接同步带，与同步带一起运动；

相同的两个导轨座，设置在第一同步带座和第二同步带座之间，同步带穿设导轨座底部；

第一导轨，连接设置在两个导轨座之间；第一导轨连接第一滑块，对第一滑块进行导向；第一导轨平行于第二导轨。

所述舱门控制模块还包含第一连杆和第二连杆；第一连杆第一端铰接第二导轨，不能沿第二导轨滑动；第一连杆第二端铰接第一滑块；第二连杆第一端铰接第二导轨，并可沿第二导轨滑动；第二连杆第二端铰接安装板；第一连杆中部和第二连杆中部交叉铰接；第一滑块在第一导轨滑动时，带动第二连杆第一端沿第二导轨滑动，改变第一导轨和第二导轨垂直间距，实现开启、关闭舱门。

所述的四肢行走式智能机器人，还包含4个相同的硅胶套，每个小腿杆第二端套设一个硅胶套。

本的四肢行走式智能机器人，与现有技术相比：

(1)本发明的步行模块可以通过摆腿电机翻转电机安装板实现摆动大腿杆、小腿杆；通过大腿电机和小腿电机带动大腿杆、小腿杆旋转，实现提放大腿杆、小腿杆；本发明的智能机器人有很强的步行能力；

(2)本发明中，当一个步行单元由于地形复杂，向上顶得过高或者向下落得过低，本发明步行单元中的2个悬架可以进行单独补偿，不会对其它三只脚产生过多的影响。

(3)本发明的智能机器人设有货舱，并能实现自动开启和关闭舱门，方便用户储物，并给用户在放物取物的过程中带来了便利；

(4)本发明的智能机器人小腿杆采用硅胶套与地面接触，提高了减震效果，并进一步保护了小腿杆；

(5)本发明结构紧凑，通过四个步行单元行走，进一步提高了行走平稳性，同时提高了承载能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本应用实施例的智能机器人整体结构示意图；

图2为本应用实施例的智能机器人步行单元和底盘示意图；

图3为本应用实施例的智能机器人步行单元结构示意图；

图4为本应用实施例的智能机器人货舱单元结构示意图；

图5、图6为本应用实施例的智能机器人舱门控制模块结构示意图；

图7、图8为本应用实施例的智能机器人的悬架示意图；

其中：1、步行单元；101、硅胶套；102、小腿杆；103、大腿杆；104、第三拉杆；105、摇杆；106、小腿电机；107、大腿电机；108、摆腿电机；109、电机安装板；110、腿部安装板；111、挂耳板；112、摇杆输出轴；113、第一开孔；2、底盘；201、安装架；202、第一拉杆；203、第二拉杆；204、空气弹簧；205、安装板；3、货舱单元；301、舱门电机；302、同步带；303、第一同步带座；304、第一滑块；305、同步带压板；306、第一导轨；307、导轨座；308、第一连杆；309、第二连杆；310、固定块；311、第二滑块；312、第二导轨；313、舱门连杆；314、舱门；315、滚轮；316、滑槽；317、第二同步带座；318、货舱本体；319、主动轮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了为了达到上述目的，本发明提供了一种四肢行走式智能机器人，包含：底盘2、货舱单元3和4个完全相同的步行单元1。

所述底盘2包含矩形框式的安装架201和2个完全相同的安装板205；所述安装板205分别水平设置在安装架201相对两侧的外壁中部。

所述4个步行单元1对称设置在安装架201相对两侧的外壁上，同侧的安装架201外壁上设有两个步行单元1，同侧的两个步行单元1中间设有一个安装板205。

步行单元1包含2个悬架、电机安装板109、大腿杆103、小腿杆102、步行控制单元；2个悬架相对、平行、分开地铰接安装架201外壁；电机安装板109，连接设置在2个悬架之间，铰接2个悬架，电机安装板109中间还设有第一开孔113；步行控制单元，设置在电机安装板109上；大腿杆第一端铰接步行控制单元，由步行控制单元实现大腿杆103运动；小腿杆第一端铰接大腿杆第二端，小腿杆102中部铰接步行控制单元，小腿杆第二端与地面接触并由地面支承；通过步行控制单元和大腿杆103实现小腿杆102运动。本发明的机器人，还包含4个相同的硅胶套101，每个小腿杆第二端套设一个硅胶套101，用于减震并保护小腿杆102。

所述悬架包含第一拉杆202、第二拉杆203、腿部安装板110和空气弹簧204；第一拉杆第一端、第二拉杆第一端均铰接腿部安装板110，第一拉杆第二端、第二拉杆第二端均铰接安装架201外壁；如图7和图8所示，第一拉杆第一端与腿部安装板110的铰接点d、第二拉杆第一端与腿部安装板110的铰接点a，第一拉杆第二端与安装架201外壁的铰接点b、第二拉杆第二端与安装架201外壁的铰接点c落在第一虚拟平行四边形的四个顶点上；第一虚拟平行四边形和腿部安装板110均垂直于与第一拉杆202和第二拉杆203铰接的安装架201外壁，且均垂直于水平面；第一拉杆202绕第一拉杆第二端与安装架201外壁的铰接点，在第一虚拟平行四边形所在的平面内旋转；第二拉杆203绕第二拉杆第二端与安装架201外壁的铰接点，在第一虚拟平行四边形所在的平面内旋转；空气弹簧204的两端分别与第一拉杆中部、第二拉杆中部铰接。

所述步行控制单元包含摆腿电机108和挂耳板111，相对、分开固定设置在电机安装板109上；摆腿电机108设有摆腿电机输出轴，通过摆腿电机输出轴铰接所属步行控制单元一个悬架的腿部安装板110；挂耳板111通过销轴铰接所属步行控制单元另一个悬架的腿部安装板110；销轴和摆腿电机输出轴同轴，均平行于与所属步行单元1铰接的安装架201外壁，且均平行于水平面；摆腿电机108启动时，电机安装板109可绕销轴和摆腿电机输出轴转动。

所述步行控制单元还包含大腿电机107，固定设置在电机安装板109上；大腿电机107设有垂直于销轴的且平行于电机安装版的大腿电机输出轴；大腿杆第一端从电机安装板109下方穿设所述第一开孔113连接大腿电机输出轴，铰接大腿电机107；大腿电机107启动时，大腿杆103带动小腿杆102同时绕大腿电机输出轴转动。

所述步行控制单元还包含小腿电机106、摇杆105和第三拉杆104；小腿电机106固定在电机安装板109上，并设有平行于大腿电机输出轴的小腿电机输出轴；摇杆第一端连接小腿电机输出轴，铰接小腿电机106；摇杆第二端设有平行于小腿电机输出轴的摇杆输出轴112；第三拉杆第一端连接摇杆输出轴112，铰接摇杆第二端；第三拉杆第二端铰接小腿杆中部；摇杆第二端和第三拉杆第一端均可穿设第一开孔113；

大腿杆第一端与大腿电机输出轴的连接点、大腿杆第二端与小腿杆第一端的铰接点、小腿杆中部与第三拉杆第二端的铰接点、第三拉杆第一端和摇杆输出轴112的连接点落在第二虚拟平行四边形的四个顶点；第二虚拟平行四边形垂直于电机安装板109；

小腿电机106启动时，摇杆105绕小腿电机输出轴转动，摇杆105带动第三拉杆104，第三拉杆104带动小腿杆102，实现小腿杆102绕小腿杆第一端与大腿杆第二端的铰接点在垂直于电机安装板109的平面内转动。

货舱单元3包含货舱本体318、2个完全相同的舱门314、2个完全相同舱门314控制模块；货舱本体318底部固定连接安装架201顶部，2个舱门314对称设置在货舱本体318上；一个安装板205和一个舱门314之间连接设置一个舱门314控制模块，控制舱门314自动开启关闭；

所述货舱本体318两端分别设有一条滑槽316；所述舱门314的两端分别固定连接有与所述滑槽316匹配的滚轮315，通过滚轮315在滑槽316内滑动，实现开启、关闭舱门314。

所述舱门控制模块包含第二导轨312和两个相同的舱门连杆313；两个舱门连杆313相对、分开固定设置在舱门314底部；第二导轨312连接设置在两个舱门连杆313之间，且第二导轨312平行于所述销轴。

所述舱门控制模块还包含：

第一同步带座303和和第二同步带座317，间隔开的设置在安装板205上；第一同步带座303设有主动轮319，第二同步带座317设有传动轮；

舱门电机301、固定在安装板205上，通过舱门电机301输出轴连接主动轮319；

环形同步带302，套设在主动轮319和传动轮上；当舱门电机301启动时，舱门电机输出轴驱动主动轮319旋转，实现同步带302在主动轮319和传动轮上传动；

第一滑块304，固定连接同步带302，与同步带302一起运动；在本应用实施例中，同步带302上方设有同步带压板305，通过螺钉将同步带压板305、同步带302、第一滑块304顶部固定为一体；

相同的两个导轨座307，设置在第一同步带座303和第二同步带座317之间，同步带302穿设导轨座307底部；

第一导轨306，连接设置在两个导轨座307之间；第一导轨306连接第一滑块304，在本应用实施例中，第一滑块304套设在第一导轨306上，通过第一导轨306对第一滑块304进行导向；第一导轨306平行于第二导轨312。

所述舱门控制模块还包含第一连杆308和第二连杆309；第一连杆第一端铰接第二导轨312，不能沿第二导轨312滑动；第一连杆第二端铰接第一滑块304；第二连杆第一端铰接第二导轨312，并可沿第二导轨312滑动；第二连杆第二端铰接安装板205；第一连杆中部和第二连杆中部交叉铰接；在本应用实施例中，第二导轨312设有固定块310和第二滑块311，固定块310与第二导轨312固定连接，第二滑块311套设在第二导轨312上，可沿第二导轨312滑动。第一连杆第一端铰接固定块310，第二连杆第一端铰接第二滑块311。第一滑块304在第一导轨306滑动时，带动第二连杆第一端沿第二导轨312滑动，改变第一导轨306和第二导轨312垂直间距，实现开启、关闭舱门314。

在本发明的一个实施例中，本发明的智能机器人通过下述方式实现自动开启关闭舱门314：如图5、图6所示，舱门电机301驱动主动轮319正传或反转，当舱门电机301正传时，同步带302和第一滑块304从第一同步带座303向第二同步带座317沿第一导轨306滑动，第一连杆第一端随第一滑块304运动，带动第二连杆第一端沿第二导轨312运动，第一导轨306和第二导轨312之间垂直距离增加，通过舱门连杆313推动舱门314沿着滑槽316上升，实现关闭舱门314；当主动轮319反传时，同步带302和第一滑块304从第二同步带座317向第一同步带座303沿第一导轨306滑动，第一连杆第一端随第一滑块304运动，带动第二连杆第一端沿第二导轨312运动，第一导轨306和第二导轨312之间垂直距离减少，通过舱门连杆313拉动舱门314沿着滑槽316下降，实现打开舱门314。

在本发明的另一个实施例中，本发明的智能机器人通过下述方式实现补偿单个步行模块的震动。如图7和图8所示，腿部安装板110、第一拉杆202、第二拉杆203、安装架201之间的铰接点形成一个虚拟的平行四边形abcd，第一拉杆202和第二拉杆203随腿部安装板110抬起或下降时，空气弹簧204的长度ef改变产生变形，通过空气弹簧204变形的阻力，实现对第一拉杆202和第二拉杆203减震。

本发明的四肢行走式智能机器人，与现有技术相比，

(1)本发明的步行模块可以通过摆腿电机108翻转电机安装板109实现摆动大腿杆103、小腿杆102；通过大腿电机107和小腿电机106带动大腿杆103、小腿杆102旋转，实现提放大腿杆103、小腿杆102；本发明的智能机器人有很强的步行能力；

(2)本发明中，当一个步行单元1由于地形复杂，向上顶得过高或者向下落得过低，本发明步行单元1中的2个悬架可以进行单独补偿，不会对其它三只脚产生过多的影响。

(3)本发明的智能机器人设有货舱，并能实现自动开启和关闭舱门314，方便用户储物，并给用户在放物取物的过程中带来了便利；

(4)本发明的智能机器人小腿杆102采用硅胶套101与地面接触，提高了减震效果，并进一步保护了小腿杆102；

(5)本发明结构紧凑，通过四个步行单元1行走，进一步提高了行走平稳性，同时提高了承载能力。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。