一种四足机器人的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，更为具体地说，涉及一种四足机器人。

背景技术：

现有的可移动机器人主要包括轮式移动机器人、履带式移动机器人和足式移动机器人。相对于轮式移动机器人和履带式移动机器人，足式移动机器人由于更能够适应凹凸不同、沟壑纵横等具有复杂地理特征的环境，在实际应用中更加具有优势。由于足式机器人对环境的适应性较强，因此能够代替人进行许多复杂作业。

足式机器人包括两足、四足、六足和八足机器人等多种形式，其中，四足机器人由于存在稳定性高和运动复杂性低等特点，得到广泛应用。然而现有技术中的四足机器人在最初设计时往往只考虑到平坦的地面环境。例如图1所示的一种现有技术中常用的四足机器人，该四足机器人包括机器人主体101，以及分别连接于机器人主体101前后两端的机架102，机架102两侧分别连接有右前侧腿状行走机构1031、左前侧腿状行走机构1032、左后侧腿状行走机构1033和右后侧腿状行走机构1034，其中，每个机架102内设置有用于驱动各个腿状行走机构的驱动电机和驱动轴1021。由图1可知，通过驱动轴1021的驱动，该四足机器人能够轻易地直线行走，以适应于平坦的地面环境；而难以做到转弯和跨越等较为复杂的动作，因此难以适应现实场景中凹凸不平、沟壑纵横的复杂地理环境。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种四足机器人的技术方案，以解决背景技术中所介绍的现有技术中的四足机器人难以适应现实场景中凹凸不平、沟壑纵横的具有复杂地理特征的环境的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种四足机器人，该四足机器人包括：柱形机体；通过连接固定杆件对称连接于柱形机体侧面的两个扭动机体，所述扭动机体的接合面的形状与所述柱形机体侧面的形状相匹配；连接于每个所述扭动机体背向柱形机体一面的两端的伸缩臂，每个所述伸缩臂与所述扭动机体内的第一驱动电机电连接；连接于所述伸缩臂背向扭动机体一端的腿部基座，所述腿部基座内固设有第二驱动电机；连接于腿部基座背向柱形机体一面两端的腿部运动机构，其中，所述腿部运动机构包括腿部驱动齿轮和腿部运动主体，所述腿部驱动齿轮与所述第二驱动电机电连接，所述腿部驱动齿轮的转动轴与所述伸缩臂的长度方向相同，且所述腿部驱动齿轮的转动轴与所述腿部运动主体垂直相连。

优选地，所述腿部运动主体包括：与所述腿部驱动齿轮的转动轴固定相连的腿部传动竖杆；与所述腿部传动竖杆相连的腿部传动横杆；与所述腿部传动横杆相连的腿部固定块；以及与所述腿部固定块相连的腿状杆件。

优选地，所述腿部固定块与所述腿状杆件活动连接，所述腿部运动机构还包括：

设置于所述腿部固定块下方、且与所述腿状杆件活动相连的腿部摆动连接杆，所述腿部摆动连接杆远离所述腿状杆件的一端固设有滑块；

固设于所述腿部基座背向柱形机体一面的中间位置的滑轨，所述滑轨与所述滑块相套接。

优选地，所述四足机器人还包括：设置于所述腿部基座内部、且与所述滑块电连接的第三驱动电机。

优选地，所述四足机器人还包括：沿所述滑轨的长度方向固设的滑块限位挡件。

优选地，所述连接固定杆件包括：分别固设于每个所述扭动机件的上端面的机体固定竖杆，两个所述扭动机体的机体固定竖杆通过机体固定横杆相连；所述机体固定横杆固设于柱形机体上端面、且过所述柱形机体上端面的圆心。

优选地，所述机体固定横杆包括分别与两个所述扭动机体的机体固定竖杆相连的两段机体固定子横杆，其中，两段机体固定子横杆的一端分别连接于所述柱形机体上端面的圆心处。

优选地，所述柱形机体包括：第一旋转齿轮，所述第一旋转齿轮的转动轴与所述柱形机体的上下底面相垂直；

所述扭动机体包括：第四驱动电机以及与所述第四驱动电机电连接的第二旋转齿轮，所述第二旋转齿轮的转动轴与所述扭动机体的上下底面相垂直、且与所述第一旋转齿轮相啮合；其中，

所述柱形机体的上底面固设有探测器。

优选地，所述四足机器人还包括：包覆所述柱形机体、所述扭动机体以及所述腿部基座的防水涂层。

优选地，所述四足机器人还包括：固设于每个所述腿状杆件末端的圆形片，所述圆形片的圆面垂直于所述腿状杆件。

本发明的技术方案提供的四足机器人的工作过程如下：

柱形机体和两个扭动机体通过连接固定杆件相连，构成了四足机器人的机身，具有连接其他结构和稳定四足机器人的作用；该柱形机体与两个扭动机体构成的机身，与其他机构相配合实现四足机器人的转弯、跨越和前进等操作。扭动机体内设置第一驱动电机，并且与扭动机体背向柱形机体的一面连接有两个伸缩臂，在第一驱动电机的带动下，伸缩臂能够实现伸缩功能，从而与其他机构相配合实现四足机器人的前进和后退等操作。在伸缩臂的末端连接腿部基座，该腿部基座内设置第二驱动电机，通过该第二驱动电机带动腿部运动机构中腿部驱动齿轮转动，能够驱动整个腿部运动机构上下移动。由于腿部驱动齿轮的转动轴与伸缩臂的长度方向相同，且该转动轴与扭动机体的上下底面相垂直，通过腿部基座上的第二驱动电机驱动该腿部驱动齿轮转动，该腿部驱动齿轮的转动轴会带动腿部运动机构做竖直方向上的运动，从而实现四足机器人的腿部运动机构的上下移动，并与其他机构相配合能够使得四足机器人完成跨越等动作。并且四条伸缩臂、腿部基座与腿部运动机构共同配合，能够实现四足机器人的转向操作。

通过上述工作过程可知，本发明的技术方案提供的四足机器人，能够实现前进、旋转和跨越等动作，因此能够在现实场景中凹凸不平的复杂地理特征的环境中运动。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是现有技术示出的一种四足机器人的结构图；

图2是本发明一示例性实施例示出的一种四足机器人的结构图；

图3是图2所示实施例示出的一种柱形机体的结构图；

图4是图2所示实施例示出的一种扭动机体的结构图；

图5是图2所示实施例示出的一种腿部运动机构的结构图。

图1至图5中所示各结构与附图标记的对应关系如下：

101-机器人主体、102-机架、1021-驱动轴、1031-右前侧腿状行走机构、1032-左前侧腿状行走机构、1033-左后侧腿状行走机构、1034-右后侧腿状行走机构、1-柱形机体、11-第一旋转齿轮、12-探测器、2-连接固定杆件、21-机体固定竖杆、22-机体固定横杆、3-扭动机体、31-第一驱动电机、32-第四驱动电机、33-第二旋转齿轮、4-伸缩臂、41-右前侧伸缩臂、42-左前侧伸缩臂、43-右后侧伸缩臂、44-左后侧伸缩臂、5-腿部基座、51-第二驱动电机、6-腿部运动机构、61-腿部驱动齿轮、62-腿部运动主体、621-腿部传动竖杆、622-腿部传动横杆、623-腿部固定块、624-腿状杆件、6241-右前侧腿状杆件、6242-左前侧腿状杆件、6243-右后侧腿状杆件、6244-左后侧腿状杆件、63-腿部摆动连接杆、631-滑块、64-滑轨、641-滑块限位挡件、65-腿部传动齿轮、7-第三驱动电机、8-防水涂层、9-圆形片。

具体实施方式

本发明实施例提供的四足机器人的技术方案，解决了背景技术中所介绍的现有技术中的四足机器人难以适应现实场景中凹凸不平、沟壑纵横的复杂地理环境的问题。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中的技术方案作进一步详细的说明。

请参考附图2，图2是本发明一示例性实施例示出的一种四足机器人的结构示意图。如图2所示，本发明实施例提供的四足机器人包括：

柱形机体1，柱形机体1是本实施例中的四足机器人的核心部件。柱形机体1的上底面固设有探测器12。

另外，与柱形机体1相配合，如图2所示，本四足机器人还包括：通过连接固定杆件2对称连接于柱形机体1侧面的两个扭动机体3，扭动机体3的接合面的形状与柱形机体1侧面的形状相匹配，

其中，结合图2和图3所示，该柱形机体1包括第一旋转齿轮11，第一旋转齿轮11的转动轴与柱形机体1的上下底面相垂直；对应地，结合图2和图4所示，扭动机体3包括第四驱动电机32、与第四驱动电机32电连接的第二旋转齿轮33，第二旋转齿轮33的转动轴与扭动机体3的上下底面相垂直。通过第四驱动电机32的驱动，第二旋转齿轮33会转动，与第一旋转齿轮11相配合，由于第一旋转齿轮11的转动轴与柱形机体1的上下底面相垂直，则第四驱动电机32驱动第二旋转齿轮33转动的情况下，将带动第一旋转齿轮11，第一旋转齿轮11将通过转动轴带动整个柱形机体1转动，从而使得柱形机体1的上底面固设的探测器12能够转动，能够扫描四足机器人人周边环境。

其中，作为一种较佳的实施例，如图2所示，连接固定杆件2包括：分别固设于每个扭动机件的上端面的机体固定竖杆21，两个扭动机体3的机体固定竖杆21通过机体固定横杆22相连；机体固定横杆22固设于柱形机体1上端面、且过柱形机体1上端面的圆心。通过固设于扭动机体3的机体固定竖杆21和固设于柱形机体1的机体固定横杆22，柱形机体1和扭动机体3能够相互连接，从而避免柱形机体1在四足机器人移动过程中掉落。优选地，所述机体固定横杆22包括分别与两个所述扭动机体3的机体固定竖杆21相连的两段机体固定子横杆(图中未标记)，其中，两段机体固定子横杆相互靠近的一端分别连接于所述柱形机体1上端面的圆心处。

该四足机器人还包括：连接于每个扭动机体3背向柱形机体1一面的两端的伸缩臂4，每个伸缩臂4与扭动机体3内的第一驱动电机31电连接；

伸缩臂4与每个扭动机体3背向柱形机体1一面的两端连接，其末端连接腿部基座5，通过扭动机体3内的第一驱动电机31带动该伸缩臂4，四足机器人能够实现伸展和收缩等动作，并与其他机构相互配合，实现四足机器人的前进、后退和转向等操作。

连接于伸缩臂4背向扭动机体3的一端的腿部基座5，腿部基座5内固设有第二驱动电机51；

连接于腿部基座5背向柱形机体1一面两端的腿部运动机构6，其中，腿部运动机构6包括腿部驱动齿轮61和腿部运动主体62，腿部驱动齿轮61与第二驱动电机51电连接，腿部驱动齿轮61的转动轴与伸缩臂4的长度方向相同，且腿部驱动齿轮61的转动轴与腿部运动主体62垂直相连。

通过第二驱动电机51驱动腿部驱动齿轮61转动，该腿部驱动齿轮61的转动轴与腿部运动主体62垂直相连，因此腿部驱动齿轮61的转动能够通过其自身的转动轴带动腿部运动主体62上下移动，并且通过与其他机构(如伸缩臂4和扭动机体3)相互配合，能够实现四足机器人的跨越、前进和转弯等操作，进而能够适应各种凹凸不平具有复杂地理特征环境的场景中。

综上，本实施例中的四足机器人中，柱形机体1和两个扭动机体3通过连接固定杆件2相连，构成了四足机器人的机身，具有连接其他结构和稳定四足机器人的作用；该柱形机体1与两个扭动机体3构成的机身，与其他机构相配合实现四足机器人的转弯、跨越和前进等操作。扭动机体3内设置第一驱动电机31，并且每个扭动机体3背向柱形机体1的一面连接有两个伸缩臂4，在第一驱动电机31的带动下，伸缩臂4能够实现伸缩功能，从而与其他机构相配合实现四足机器人的前进和后退等操作。在伸缩臂4的末端连接腿部基座5，该腿部基座5内设置第二驱动电机51，通过该第二驱动电机51带动腿部运动机构6中腿部驱动齿轮61转动，能够驱动腿部运动主体62上下移动。由于腿部驱动齿轮61的转动轴与伸缩臂4的长度方向相同，且该转动轴与扭动机体3的上下底面相垂直，通过腿部基座5上的第二驱动电机51驱动该腿部驱动齿轮61转动，该腿部驱动齿轮61的转动轴会带动腿部运动主体62做竖直方向上的运动，从而实现四足机器人的腿部运动机构6的上下移动，并与其他机构相配合能够使得四足机器人完成跨越等动作。并且四条伸缩臂4、腿部基座5与腿部运动机构6共同配合，能够实现四足机器人的转向操作。

通过上述机构和运动方式，本实施例中的四足机器人能够实现前进、旋转和跨越等动作，因此能够在现实场景中各种凹凸不平、沟壑纵横的具有复杂地理特征的环境中运动。

其中，如图5所示，腿部运动主体62，包括：与腿部驱动齿轮61的转动轴固定相连的腿部传动竖杆621；与腿部传动竖杆621相连的腿部传动横杆622；与腿部传动横杆622相连的腿部固定块623；以及与腿部固定块623相连的腿状杆件624。其中，腿部固定块623为三角形块，三角形块的两个夹角与腿部传动横杆622固定相连，三角形块的另一夹角与腿状杆件624活动相连。

腿部传动竖杆621与腿部传动横杆622以及腿部固定块623相互配合，构成了稳定的平行四边形结构，通过腿部驱动齿轮61的转动轴与腿部传动横杆622相连接，在第二驱动电机51的带动下，腿部驱动齿轮61的转动轴带动腿部传动横杆622在垂直于伸缩臂4的竖直平面内转动，而腿部传动横杆622再带动腿部传动竖杆621转动，腿部传动竖杆621通过腿部固定块623控制腿状杆件624的升降，从而实现整个腿部运动机构6的抬起和下降，进而实现四足机器人的前行和跨越等动作。以适应于具有凹凸不平的复杂地理特征的环境。

其中，腿部运动机构6还包括：与腿部驱动齿轮61相啮合的腿部传动齿轮65，腿部传动齿轮65的转动轴与腿部传动竖杆621固定相连。

在腿状杆件624跨越障碍时，除了实现腿状杆件624抬起或下降的过程，腿状杆件624还能够向内或向外运动，如图5所示，腿部固定块623与腿状杆件624活动连接，腿部运动机构6还包括：

设置于腿部固定块623下方、且与腿状杆件624活动相连的腿部摆动连接杆63，腿部摆动连接杆63的一端固设有滑块631；

固设于腿部基座5背向柱形机体一面的中间位置的滑轨64，滑轨64与滑块631相套接。

腿部摆动连接杆63与腿状杆件624活动连接，并且通过一端固设的滑块631与腿部基座5上的滑轨64相套接，在腿状杆件624抬起或下降的过程中，腿部摆动连接杆63能够带动该腿状杆件624摆动，从而实现腿状杆件624向内收缩和向外舒展的操作，以能够实现跨越障碍等动作。

其中，为了带动腿状杆件624向内收缩或向外舒展，如图2所示，四足机器人还包括：设置于腿部基座5内部、且与滑块631电连接的第三驱动电机7。

第三驱动电机7设置于腿部基座5内部，通过第三驱动电机7与滑块631电连接，能够带动滑块631沿滑轨64运动，从而实现对腿状杆件624向内收缩或向外舒展运动的控制。

另外，为了避免腿状杆件624向内或向外的运动幅度过大，如图4所示，四足机器人还包括：沿滑轨64的长度方向固设的滑块限位挡件641。

本发明实施例提供的四足机器人除了能够在正常的陆地上行走外，还能够在水下移动。为了避免水下环境对机器人的电器元件造成干扰，如图2所示，本发明实施例提供的四足机器人还包括：包覆柱形机体1、扭动机体3以及腿部基座5的防水涂层8。通过设置防水涂层8，本发明实施例提供的四足机器人能够实现水陆两栖运动。

另外，本发明实施例中的四足机器人所处的运行环境可能过于柔软，如处于沼泽、泥地以及水底淤泥等地面环境时，四足机器人可能陷入地面，难以脱困，因此作为一种优选的实施例，如图2所示，本发明实施例提供的四足机器人还包括：固设于每个腿状杆件624的末端的圆形片9，圆形片9的圆面垂直于腿状杆件624。

综上，本发明实施例提供的四足机器人，能够实现前进、旋转和跨越等动作，因此能够在现实场景中各种凹凸不平、沟壑纵横的具有复杂地理特征的环境中运动。

本发明实施例提供的四足机器人的前进过程如下：四足机器人起步时，第一驱动电机31驱动四足机器人右前侧伸缩臂41伸长，驱动左前侧伸缩臂42相对伸长一定距离，以使四足机器人的左前侧腿状杆件6242站立于原地不动；并让前方的腿部基座5的右端向前移动。与此同时第二驱动电机51带动右前侧腿部运动机构6中的腿部驱动齿轮61转动，并带动腿部传动齿轮65转动，使得腿部传动竖杆621，进而转动腿部传动横杆622，使得三角形的腿部固定块623转动，进而使得右前侧腿状杆件6241被抬离地面一定高度，此时腿状摆动连接杆63上的滑块631在第三驱动电机7的带动下在滑轨64上滑动，从而使得腿状摆动连接杆63移动右前侧腿状杆件6241，使得右前侧腿状杆件6241保持垂直状态。同时该四足机器人的右前侧腿部运动机构对角线方向相对的左后侧腿部运动机构，执行与右前方腿部运动机构相同的动作，以使得左后侧腿状杆件6244被抬离地面。然后，第一驱动电机31驱动左后侧伸缩臂44缩短，并驱动右后侧伸缩臂43相对缩短一定距离，使其右后侧腿状杆件6243静止站立在地面原处，同时，让后方的腿部基座5的左端向前移动。之后通过第二驱动电机51分别驱动右前侧腿部运动机构上的腿部驱动齿轮61和左后方的腿部运动机构6上的腿部驱动齿轮61转动，执行与原传动过程相反的动作，以反向将右前侧腿状杆件6241和左后侧腿状杆件6244降低一定距离至地面。同时，之前保持原地不动的左前侧腿状杆件6242和右后侧腿状杆件6243在第二驱动电机51的驱动下，由各自的腿部驱动齿轮61带动其抬离地面，此时第一驱动电机31驱动右前侧伸缩臂41收缩一定距离，左前侧伸缩臂42伸长一定距离，左后侧伸缩臂44伸长一定距离，右后侧伸缩臂43缩短一定距离，从而使得柱形机体1移动至中间位置，后侧腿部基座的左端向前移动，后侧腿部基座的右端向前移动，同时保持右前侧腿状杆件6241和左后侧腿状杆件6244保持原地不动，再控制左前侧腿状杆件6242和右后侧腿状杆件6243向前移动，从而实现四足机器人的前进移动。其中图1中向内的一侧为右侧，标注有防水涂层8的一侧为后侧。

本发明实施例提供的四足机器人的逆时针转弯过程如下，第二驱动电机51运转，带动机器人右前侧腿状杆件6241抬起的同时，右前侧伸缩臂41伸长带动其右前侧腿状杆件6241向前运动；向前运动一定距离后，第二驱动电机51带动右前侧腿状杆件6241着地；第二驱动电机51带动机器人左前侧腿状杆件6242抬起，左前侧伸缩臂42缩短以带动左前侧腿状杆件6242向后运动；然后第二驱动电机51带动左前侧腿状杆件6242着地；第二驱动电机51带动机器人左后侧腿状杆件6244抬起，同时左前侧伸缩臂42伸长，通过反作用力使得柱形机体1和扭动机体3组成的机身逆时针旋转，同时左后侧伸缩臂44伸长，当机身旋转一定角度后，左后侧腿状杆件6244落地；通过第二驱动电机51带动机器人右后侧腿状杆件6243抬起，并通过控制伸右后侧伸缩臂43缩短，当右后侧伸缩臂43缩短一定距离后，四足机器人实现转弯。最后分别与腿部运动机构6相配合，调节四足机器人前后四个伸缩臂的伸缩距离，恢复至原来的长度。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。