一种舵机驱动式四足爬行机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种爬行机器人，特别是一种舵机驱动式四足爬行机器人。
【背景技术】
[0002]当今机器人技术是最为前沿的学科之一，它是集机械、电子、计算机、材料、传感器、控制技术及人工智能等多学科于一体的技术。根据机器人的行走方式，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。足式机器人能够实现复杂地面爬坡，可调整前后端高低体位运动相结合的方式，可以满足更大坡度的地形环境运动要求，增强了环境运动的适应性。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。
[0003]近年来，传统的四足机器人研究专注于仿生运动的运动学和动力学方面的研究，结构形式一般包括左前腿部组件、右前腿部组件、左后腿部组件、右后腿部组件和四个驱动单元，四个腿部有独立的驱动单元，分别可以独立控制运动，以此来建立的仿生机器人运动平台会带来两个较为明显的缺点，通常此类的研究大都集中于腿的功能研究，而对机器人躯体部分的运行特性对机器人整体的运动影响研究较少；同时传统的四足机器人由于驱动部件过多导致机构设计复杂，必然会降低机器人整体的可靠性。
【发明内容】
[0004]本发明目的在于提供由三个舵机驱动的四足爬行机器人，解决由于传统四足机器人无躯体横向弯曲运动的问题，同时解决传统四足机器人由于驱动部件过多导致机构设计复杂的问题。
[0005]一种舵机驱动式四足爬行机器人，包括:前腿部组件、前驱动舵机、后腿部组件和后驱动舵机，还包括:躯体摇杆、躯体连杆、后躯体壳体、躯体驱动舵机和前躯体壳体，所述前腿部组件与后腿部组件结构相同，包括:脚掌A、下水平连杆A、上水平连杆A、腿部摇杆A、腿部摇杆B、上水平连杆B、脚掌B、下水平连杆B。
[0006]腿部摇杆A的一端与前驱动舵机铰接，腿部摇杆A的另一端与上水平连杆A的一端铰接，上水平连杆A的另一端与脚掌A铰接，下水平连杆A的一端与前躯体壳体铰接，下水平连杆A的另一端与脚掌A铰接；腿部摇杆B的一端与前驱动舵机铰接，腿部摇杆B的另一端与上水平连杆B的一端铰接，上水平连杆B的另一端与脚掌B铰接，下水平连杆B的一端与前躯体壳体铰接，下水平连杆B的另一端与脚掌B铰接。
[0007]前驱动舵机置于前躯体壳体上，并分别与腿部摇杆A、腿部摇杆B铰接；后腿部组件与后躯体壳体铰接，后驱动舵机置于后躯体壳体上。躯体驱动舵机置于前躯体壳体上，并与躯体摇杆铰接，躯体摇杆与躯体连杆的一端铰接，躯体连杆的另一端与后躯体壳体铰接。
[0008]固定在前驱体壳体上的躯体驱动舵机转动时，带动躯体摇杆和躯体连杆转动，与后躯体壳体形成四杆机构，从而迫使前躯体壳体与后躯体壳体产生相对扭转运动。上水平连杆A、腿部摇杆A、腿部摇杆B、上水平连杆B共同组成了联动双曲柄连杆机构，脚掌A、下水平连杆A、上水平连杆A和前躯体壳体组成平行四杆机构，脚掌B、下水平连杆B、上水平连杆B和前躯体壳体组成另一个平行四杆机构。从前腿部组件往后腿部组件方向看，当前驱动舵机顺时针转动时，带动联动双曲柄连杆机构顺时针转动，联动双曲柄连杆机构通过左平行四杆机构带动脚掌A做抬腿动作，同时联动双曲柄连杆机构通过右平行四杆机构带动脚掌B做放腿动作。
[0009]前腿部组件与前躯体壳体有垂直于纸面的抬腿动作和放腿动作，后腿部组件与后躯体壳体也有垂直于纸面的抬腿动作和放腿动作，从而实现四个脚掌垂直于纸面的运动；而前躯体壳体与后躯体壳体的相对运动实现平面内伸腿运动。爬行过程中只有对角的两脚掌着地，而另对角两脚掌处于悬空前伸状态。
[0010]本发明是由三个舵机驱动的四足爬行机器人，不仅可以控制腿部运动，还可以控制躯体的运动，提高了机器人的灵活性，通过三个舵机驱动就可以控制腿部、躯体的运动，从而实现四足机器人基本运动，大大减少了机器人的驱动部件，降低了机构复杂度和成本，从而可以提高机器人整体可靠性。
【附图说明】
[0011]图1 一种舵机驱动式四足爬行机器人主体结构示意图；
图2 —种舵机驱动式四足爬行机器人腿部组件结构示意图。
[0012]1.前腿部组件 2.前驱动舵机 3.躯体摇杆 4.躯体连杆 5.后躯体壳体6.后腿部组件7.后驱动舵机8.躯体驱动舵机9.前躯体壳体10.脚掌A 11.下水平连杆A 12.上水平连杆A 13.腿部摇杆A 14.腿部摇杆B 15.上水平连杆B 16.脚掌B 17.下水平连杆B。
【具体实施方式】
[0013]一种舵机驱动式四足爬行机器人，包括:前腿部组件1、前驱动舵机2、后腿部组件6和后驱动舵机7，还包括:躯体摇杆3、躯体连杆4、后躯体壳体5、躯体驱动舵机8和前躯体壳体9，所述前腿部组件1与后腿部组件6结构相同，包括:脚掌A10、下水平连杆A11、上水平连杆A12、腿部摇杆A13、腿部摇杆B14、上水平连杆B15、脚掌B16、下水平连杆B17。
[0014]腿部摇杆A13的一端与前驱动舵机2铰接，腿部摇杆A14的另一端与上水平连杆A12的一端铰接，上水平连杆A12的另一端与脚掌A10铰接，下水平连杆All的一端与前躯体壳体9铰接，下水平连杆All的另一端与脚掌A10铰接；腿部摇杆B14的一端与前驱动舵机2铰接，腿部摇杆B14的另一端与上水平连杆B15的一端铰接，上水平连杆B15的另一端与脚掌B16铰接，下水平连杆B17的一端与前躯体壳体9铰接，下水平连杆B17的另一端与脚掌B16铰接。
[0015]前驱动舵机2置于前躯体壳体9上，并分别与腿部摇杆A13、腿部摇杆B14铰接；后腿部组件6与后躯体壳体5铰接，后驱动舵机7置于后躯体壳体5上。躯体驱动舵机8置于前躯体壳体9上，并与躯体摇杆3铰接，躯体摇杆3与躯体连杆4的一端铰接，躯体连杆4的另一端与后躯体壳体5铰接。
[0016]固定在前驱体壳体9上的躯体驱动舵机8转动时，带动躯体摇杆3和躯体连杆4转动，与后躯体壳体5形成四杆机构，从而迫使前躯体壳体9与后躯体壳体5产生相对扭转运动。上水平连杆A12、腿部摇杆A13、腿部摇杆B14、上水平连杆B15共同组成了联动双曲柄连杆机构，脚掌A10、下水平连杆All、上水平连杆A12和前躯体壳体9组成平行四杆机构，脚掌B16、下水平连杆B17、上水平连杆B15和前躯体壳体9组成另一个平行四杆机构。从前腿部组件1往后腿部组件6方向看，当前驱动舵机2顺时针转动时，带动联动双曲柄连杆机构顺时针转动，联动双曲柄连杆机构通过左平行四杆机构带动脚掌A10做抬腿动作，同时联动双曲柄连杆机构通过右平行四杆机构带动脚掌B16做放腿动作。
[0017]前腿部组件1与前躯体壳体9有垂直于纸面的抬腿动作和放腿动作，后腿部组件6与后躯体壳体5也有垂直于纸面的抬腿动作和放腿动作，从而实现四个脚掌垂直于纸面的运动；而前躯体壳体9与后躯体壳体5的相对运动实现平面内伸腿运动。爬行过程中只有对角的两脚掌着地，而另对角两脚掌处于悬空前伸状态。
【主权项】
1.一种舵机驱动式四足爬行机器人，包括:前腿部组件(1)、前驱动舵机(2)、后腿部组件(6)和后驱动舵机(7)，其特征在于还包括:躯体摇杆(3)、躯体连杆(4)、后躯体壳体(5 )、躯体驱动舵机(8 )和前躯体壳体(9 )，所述前腿部组件(1)与后腿部组件(6 )结构相同，包括:脚掌A (10)、下水平连杆A (11)、上水平连杆A (12)、腿部摇杆A (13)、腿部摇杆B(14)、上水平连杆B(15)、脚掌8 (16)和下水平连杆B (17)； 腿部摇杆A (13)的一端与前驱动舵机(2)铰接，腿部摇杆A (13)的另一端与上水平连杆A (12)的一端铰接，上水平连杆A (12)的另一端与脚掌A (10)铰接，下水平连杆A(11)的一端与前躯体壳体(9)铰接，下水平连杆A (11)的另一端与脚掌A (10)铰接；腿部摇杆B (14)的一端与前驱动舵机(2)铰接，腿部摇杆B (14)的另一端与上水平连杆B(15)的一端铰接，上水平连杆B(15)的另一端与脚掌B (16)铰接，下水平连杆B (17)的一端与前躯体壳体(9)铰接，下水平连杆B (17)的另一端与脚掌B (16)铰接； 前驱动舵机(2)置于前躯体壳体(9)上，并分别与腿部摇杆A (13)、腿部摇杆B (14)铰接；后腿部组件(6)与后躯体壳体(5)铰接，后驱动舵机(7)置于后躯体壳体(5)上；躯体驱动舵机(8 )置于前躯体壳体(9 )上，并与躯体摇杆(3 )铰接，躯体摇杆(3 )与躯体连杆(4)的一端铰接，躯体连杆(4)的另一端与后躯体壳体(5)铰接； 固定在前驱体壳体上的躯体驱动舵机(8 )转动时，带动躯体摇杆(3 )和躯体连杆(4 )转动，与后躯体壳体(5)形成四杆机构，从而迫使前躯体壳体(9)与后躯体壳体(5)产生相对扭转运动；上水平连杆A (12)、腿部摇杆A (13)、腿部摇杆B (14)、上水平连杆B (15)共同组成了联动双曲柄连杆机构，脚掌A (10)、下水平连杆A (11)、上水平连杆A (12)和前躯体壳体(9)组成平行四杆机构，脚掌B (16)、下水平连杆B (17)、上水平连杆B (15)和前躯体壳体(9)组成另一个平行四杆机构；从前腿部组件(1)往后腿部组件(6)方向看，当前驱动舵机(2)顺时针转动时，带动联动双曲柄连杆机构顺时针转动，联动双曲柄连杆机构通过左平行四杆机构带动脚掌A (10)做抬腿动作，同时联动双曲柄连杆机构通过右平行四杆机构带动脚掌B (16)做放腿动作； 前腿部组件(1)与前躯体壳体(9)有垂直于纸面的抬腿动作和放腿动作，后腿部组件(6)与后躯体壳体(5)也有垂直于纸面的抬腿动作和放腿动作，从而实现四个脚掌垂直于纸面的运动；而前躯体壳体(9)与后躯体壳体(5)的相对运动实现平面内伸腿运动；爬行过程中只有对角的两脚掌着地，而另对角两脚掌处于悬空前伸状态。
【专利摘要】本发明公开了一种舵机驱动式四足爬行机器人，包括：前腿部组件（1）、前驱动舵机（2）、后腿部组件（6）、后驱动舵机（7）、躯体摇杆（3）、躯体连杆（4）、后躯体壳体（5）、躯体驱动舵机（8）和前躯体壳体（9）。机器人由三个舵机驱动，不仅控制腿部运动，还控制躯体的运动，提高了机器人的灵活性，通过控制腿部、躯体的运动实现四足机器人基本步态，减少了机器人的驱动部件，降低了机构复杂度和成本，从而提高机器人整体可靠性。
【IPC分类】B62D57/032
【公开号】CN105365913
【申请号】CN201510850828
【发明人】仲启亮, 黄伯超, 马俊, 杨培, 尹骏
【申请人】北京机械设备研究所
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2015年11月30日