微步机器人的制作方法

本发明涉及一种微步机器人，属于机器人技术领域。

背景技术：

机器人从它的定义来看，就是用来代替人类进行工作的机器装置，一些繁重的体力工作，不需要复杂思考的重复性工作，可以通过专门设计的机器人取代工人，将人们从低级劳动中解放出来，既可以提高生产率，同时也可以提高生产质量。考虑到国外甚至是国内老龄化不断加重的情况，一些服务机器人的应用也可以缓解劳动力不足的窘境。市面上现有的一些机器人不是结构复杂成本高就是靠轮子行走，对地面的平整度要求较高，满足不了一般情况下的需求。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种微步机器人，它对地面平整度要求不高，能够跨越较低障碍物，并具有转向特性。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种微步机器人，包括壳体、前进电机、行走机构和转向机构，前进电机安装在壳体上；所述行走机构包括齿轮传动机构、切比雪夫连杆机构和足部，其中，齿轮传动机构包括前后依次啮合的前驱动齿轮、中间齿轮和后驱动齿轮，前进电机通过联轴器与中间齿轮连接，前后驱动齿轮均具有齿轮轴，切比雪夫连杆机构安装在壳体两侧，并且由上述齿轮轴驱动；所述足部安装在切比雪夫连杆机构的下方；所述转向机构包括驱动齿轮、转向齿轮、推力球轴承、底座和舵机，驱动齿轮和转向齿轮均为水平布置且相互啮合，舵机与驱动齿轮的齿轮轴连接，并向驱动齿轮提供转向动力，转向齿轮的齿轮轴的下部连接推力球轴承，推力球轴承位于壳体下方的轴承座内，转向齿轮的齿轮轴通过开口销与底座连接。

进一步为了实现近似人类走动的运动轨迹，切比雪夫连杆机构由原动杆、从动杆、中间杆和延长中间杆，以及三个连杆组成，各杆件通过垫圈和连杆销连接，由原动杆带动其余杆件运动，以便作为机器人腿部实现近似人类正常走动时的运动轨迹，并能跨越较矮的障碍物。

进一步为了减小机器人行走时对地面的冲击，所述行走机构还包括减震机构，减震机构位于切比雪夫连杆机构和足部之间，所述减震机构包括足部连接板和弹簧，足部连接板通过螺栓固定连接在切比雪夫连杆机构的下部，足部连接板通过弹簧与足部连接。

进一步为了增加稳定性，所述切比雪夫连杆机构共设置有四组，平均分布在壳体的两侧。

进一步，所述切比雪夫连杆机构的原动杆通过开口销与前驱动齿轮或后驱动齿轮的齿轮轴固定实现同步转动，从而带动切比雪夫连杆机构的运动。

进一步，所述齿轮传动机构与壳体配合处均设有深沟球轴承。

采用了上述技术方案，本发明的微步机器人利用切比雪夫连杆机构具有贴近人走路方式的运动轨迹，使本微步机器人前进更加平稳，并能跨越较矮的障碍物，对地面的平整度要求较低，适用范围更加广泛；本发明的齿轮传动机构利用中间齿轮，从而使前后驱动齿轮的转动方向一致化，使前后驱动齿轮同向等速转动；本发明还在切比雪夫连杆机构与足部之间增设减震机构，以减小机器人行走时对地面的冲击，起到减震的作用；本发明还具有转向功能，并由舵机提供转动动力，使壳体产生旋转运动，从而达到改变方向的目的；本发明的微步机器人结构简单，结构性能良好，成本低，操作方便、易驱动和控制，智能化、运动平稳性好，适合广泛推广应用。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的底部的局部放大图；

图3为本发明的行走机构的结构示意图；

图4为本发明的切比雪夫连杆机构的原理图；

图5为本发明的转向机构的结构示意图；

图中，1、壳体，2、轴承端盖，3、齿轮轴，4、原动杆，5、连杆，6、垫圈，7、连杆销，8、足部连接板，9、开口销，10、中间杆和延长中间杆，11、从动杆，12、前进电机，13、弹簧，14、足部，15、螺栓，16、推力球轴承，17、底座，18、舵机，19、后驱动齿轮，20、联轴器，21、中间齿轮，22、前驱动齿轮，23、深沟球轴承，24、驱动齿轮，25、转向齿轮。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

如图1至图5所示，一种微步机器人，包括壳体1、前进电机12、行走机构和转向机构，转向机构能够实现机器人整体的转动，改变前进的方向，前进电机12安装在壳体1上；所述行走机构包括齿轮传动机构、切比雪夫连杆机构和足部14；

其中，齿轮传动机构包括前后依次啮合的前驱动齿轮22、中间齿轮21和后驱动齿轮19，前进电机12通过联轴器20与中间齿轮21连接，前进电机12通过联轴器20传递到中间齿轮21，再由中间齿轮21将旋转运动传递到前后驱动齿轮实现同向等速转动；

前后驱动齿轮均具有齿轮轴3，该齿轮轴通过轴承安装在壳体1上，轴承具有轴承端盖2，切比雪夫连杆机构安装在壳体1两侧，并且由上述齿轮轴驱动；所述足部14安装在切比雪夫连杆机构的下方；

所述转向机构包括驱动齿轮24、转向齿轮25、推力球轴承16、底座17和舵机18，驱动齿轮24和转向齿轮25均为水平布置且相互啮合，舵机18与驱动齿轮24的齿轮轴连接，并向驱动齿轮24提供转向动力，转向齿轮25的齿轮轴的下部连接推力球轴承16，舵机18固定于壳体1上，推力球轴承16安装在壳体1下方的轴承座内，转向齿轮25的齿轮轴通过开口销与底座17连接。

可选地，如图1、图3所示，切比雪夫连杆机构由原动杆4、从动杆11、中间杆和延长中间杆10，以及三个连杆5组成，各杆件通过垫圈6和连杆销7连接，由原动杆4带动其余杆件运动，以便作为机器人腿部实现近似人类正常走动时的运动轨迹，并能跨越较矮的障碍物。

具体来说，如图1、图3、图4所示，切比雪夫连杆机构的三根连杆5与从动杆11、延长中间杆相连接组成平行四边形结构，用来保持机器人脚面与地面的平行。

优选地，如图1、图3所示，所述行走机构还包括减震机构，减震机构位于切比雪夫连杆机构和足部14之间，所述减震机构包括足部连接板8和弹簧13，足部连接板8通过螺栓15固定连接在切比雪夫连杆机构的下部，足部连接板14通过弹簧13与足部14连接。

优选地，如图1、图3所示，所述切比雪夫连杆机构共设置有四组，平均分布在壳体1的两侧。

进一步，如图3所示，所述切比雪夫连杆机构的原动杆4通过开口销9与前驱动齿轮22或后驱动齿轮19的齿轮轴固定实现同步转动，从而带动切比雪夫连杆机构的运动。

进一步，如图3所示，所述齿轮传动机构与壳体1配合处均设有深沟球轴承23。

本发明的工作原理如下：

行走：如图1、2、3所示，前进电机12通过联轴器20将运动传递给中间齿轮21，从而带动前驱动齿轮22和后驱动齿轮19的同向等速转动；由于原动杆4是通过开口销9与前后驱动齿轮的齿轮轴相连接的，所以前驱动齿轮22和后驱动齿轮19将转动形式传递给原动杆4，并带动从动杆11、中间杆10和连杆5运动，运动原理如图4所示，图中的虚线就是足部14的运动轨迹；由于本微步机器人具有四个足部同步运动，当足部14运动到与地面接触时，即可平稳的带动壳体1向前运动；当足部14运动到比底座17高的位置时，则由底座17支撑整个壳体1，切比雪夫连杆机构做一个近似水平的拉回动作，即完成一个机器人前进的循环。

转向：如图5所示，当微步机器人需要调整方向时，舵机18在足部14抬起的间隙带动驱动齿轮24转动，驱动齿轮24带动转向齿轮25转动，由于舵机18固定在壳体1上，壳体1又坐落于推力球轴承16上，所以壳体1会产生旋转运动，从而达到改变方向的目的。

本发明的微步机器人利用切比雪夫连杆机构具有贴近人走路方式的运动轨迹，使本微步机器人前进更加平稳，并能跨越较矮的障碍物，对地面的平整度要求较低，适用范围更加广泛；本发明的齿轮传动机构利用中间齿轮21，从而使前后驱动齿轮的转动方向一致化，使前后驱动齿轮同向等速转动；本发明还在切比雪夫连杆机构与足部14之间增设减震机构，以减小机器人行走时对地面的冲击，起到减震的作用；本发明还具有转向功能，并由舵机18提供转动动力，使壳体1产生旋转运动，从而达到改变方向的目的；本发明的微步机器人结构简单，结构性能良好，成本低，操作方便、易驱动和控制，智能化、运动平稳性好，适合广泛推广应用。

以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。