一种趴卧式步行机器人的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种趴卧式步行机器人。

背景技术：

目前，公知的机器人在地面上运动的方式有轮式运动、履带式运动、仿生步行运动，它们都有各自的优点。对于仿生步行运动能够在复杂的非结构环境中稳定的行走，可以代替人完成许多危险的作业，在军事，月球表面探测，消防营救等行业有潜在的应用前景。长期以来，步行机器人技术一直是国内外机器人技术领域研究的热点之一。仿生步行式机器人的良好地面适应性能要求步行机构具有较高的灵活性，即需要有较多的可控自由度，但每增加一个可控自由度就需要配备一个驱动系统或传动机构，控制难度增加。步行机器人可控自由度应在满足运动条件下，越少越好。

申请号为201610267954.8的中国专利公开了一种八足行走机器人，包括主机架、传动机构及多个腿部连杆机构，主机架内设有控制中心，控制中心通过传动机构控制各个腿部连杆机构的运行，传动机构包括步进电机、传动轴及八个镜像设置于主机架两端的履带传动装置，多个腿部连杆机构均包括支脚与轨道杆，支脚侧边设有连接部、限位部，连接部与传动履带相对固定。控制中心控制主机架一端的内侧两条支脚立足于地面，外侧的两只支脚根据传动履带的运行轨迹做向前抬起落下的动作，而此时主机架另外一端呈内侧两条支脚抬起，外侧的两条支脚落下的状态，如此反复。该八足行走机器人的各个支脚点始终构成三角形的稳定结构，提高了行走机器人的稳定性。然而，该八足行走机器人虽然实现了八足行走的基本功能，但是由于可控自由度的增加而导致该八足行走机器人的结构复杂，同时需要控制中心控制相互独立的八条步行腿，控制难度大。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，而提供一种结构简单、控制精确的趴卧式步行机器人。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种趴卧式步行机器人，包括多条步行腿、机架、设置于机架的第一曲轴、第二曲轴以及与第一曲轴和所述第二曲轴连接的多条步行腿；第一曲轴和第二曲轴分别包括多个曲拐，每一个曲拐包括相邻的并错开90度设置的第一曲轴轴颈和第二曲轴轴颈；每一条步行腿包括相互铰接的上臂和下臂，其中上臂固定于机架并能在机架平面内转动，上臂还设有伸出部，该伸出部通过连杆连接第一曲轴轴颈，下臂的靠近上臂和下臂的铰接点的一端通过连杆连接第二曲轴轴颈；第一曲轴和所述第二曲轴均设置于所述机架内，连接于第一曲轴和第二曲轴的多条步行腿对称的设置于机架的两侧。

其中，第一曲轴和所述第二曲轴分别包括四个曲拐，每个曲拐相对应连接一条所述步行腿。

其中，第一曲轴轴颈和所述第二曲轴轴颈均设有铰接件，所述铰接件分别固定于所述第一曲轴和所述第二曲轴，所述伸出部通过所述连杆连接所述铰接件，所述下臂的靠近所述上臂和下臂的铰接点的一端通过连杆连接所述铰接件。

其中，上臂尾端设有螺孔，所述上臂通过螺栓和所述螺孔固定于所述机架。

其中，机架的两端分别设有步进电机和减速齿轮组，减速齿轮组分别连接第一曲轴和第二曲轴。

其中，步行腿还包括推杆，所述下臂的靠近所述上臂和下臂的铰接点的一端连接所述推杆，所述推杆通过连杆连接所述第二曲轴轴颈。

其中，推杆与所述连杆之间还设有弹性件。

其中，趴卧式步行机器人还包括控制台，所述控制台设置于所述机架中部，并将所述第一曲轴和所述第二曲轴分成两段。

其中，控制台内包括控制电路，所述控制电路能控制所述第一曲轴和所述第二曲轴的转动方向。

其中，机架是由铝合金方管材料制成的机架。。

本发明的有益效果：

本发明的一种趴卧式步行机器人的第一曲轴转动时，第一曲轴的第一曲轴轴颈通过连杆推动步行腿的上臂的伸出部作往复运动；同时，由于步行腿的下臂的靠近所述上臂和下臂的铰接点的一端的第一曲轴的第二曲轴轴颈通过连杆连接第一曲轴的第二曲轴轴颈，第一曲轴的转动会通过该连杆带动步行腿的下臂做伸缩运动，从而实现步行机器人的步行功能；一条曲轴可以包括多个曲拐，每一个曲拐对应设置一条所述的步行腿；机架两侧对称的设置上述第一曲轴、第二曲轴和步行腿，即能实现趴卧式步行机器人的步行功能。相比现有步行机器人，由于本发明的第一曲轴和第二曲轴均连接多条步行腿，只要控制第一曲轴和第二曲轴即可实现对趴卧式步行机器人的同侧的步行腿的控制，进而简化了趴卧式步行机器人的结构，同时，减少了整机的可控自由度，降低了整机的控制难度。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为第1实施例的一种趴卧式步行机器人的整体的结构示意图。

图2为第2实施例的一种趴卧式步行机器人的整体的结构示意图。

图3为本发明的一种趴卧式步行机器人的步行腿的结构示意图。

图4为本发明的一种趴卧式步行机器人的传动结构的原理图。

图5为本发明的一种趴卧式步行机器人的第一步态原理图。

图6为本发明的一种趴卧式步行机器人的第二步态原理图。

图7为本发明的一种趴卧式步行机器人的第三步态原理图。

图8为本发明的一种趴卧式步行机器人的第四步态原理图。

图1至图8中的附图标记：

第一曲轴1；

第二曲轴2；

曲拐3，第一曲轴轴颈31；第二曲轴轴颈32，铰接件33；

步行腿4，上臂41，下臂42，连杆43；弹性件44，推杆45；

步进电机5；

减速齿轮组6；

控制台7；

机架8。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

实施例1

本发明的一种趴卧式步行机器人的具体实施方式之一，如图1所示，其结构包括多条步行腿4、机架8、设置于机架8的第一曲轴1、第二曲轴2以及与第一曲轴1和所述第二曲轴2连接的八条步行腿4，第一曲轴1和第二曲轴2对称的设置于机架8内；第一曲轴1和第二曲轴2分别包括四个曲拐3，每一个曲拐3包括相邻的错开90度设置的第一曲轴1轴颈和第二曲轴2轴颈，第一曲轴轴颈31和第二曲轴轴颈32设有铰接件33，铰接件33固定于第一曲轴1和第二曲轴2，每个曲拐3相对应设置一条所述步行腿4,每一条步行腿4包括相互铰接的上臂41和下臂42，上臂41尾端设有螺孔，上臂41通过螺栓固定于机架8，伸出部通过连杆43连接铰接件33，下臂42的靠近上臂41和下臂42的铰接点的一端通过连杆43连接铰接件33，其中上臂41固定于机架8并能在机架8平面内转动；上臂41还设有伸出部，该伸出部通过连杆43连接第一曲轴1轴颈，下臂42的靠近所述上臂41和下臂42的铰接点的一端通过连杆43连接所述第二曲轴2轴颈；，连接于所述第一曲轴1和所述第二曲轴2的多条步行腿4对称的设置于机架8的两侧,步行腿4还包括推杆45，下臂42的靠近上臂41和下臂42的铰接点的一端连接推杆45，推杆45通过连杆43连接第二曲轴2轴颈，推杆45与连杆43之间还设有弹性件44。第一曲轴1的第一曲轴1轴颈通过连杆43推动步行腿4的上臂41的伸出部作往复运动；同时，由于步行腿4的下臂42的靠近所述上臂41和下臂42的铰接点的一端第一曲轴1的第二曲轴2轴颈通过连杆43连接第一曲轴1的第二曲轴2轴颈，第一曲轴1的转动会通过该连杆43带动步行腿4的下臂42做伸缩运动，从而实现步行机器人的步行功能；一条曲轴可以包括多个曲拐3，本实施例中，步行腿4的数量为八个，分别分为两组对称的设置于机架8两侧。每一个曲拐3对应设置一条步行腿4；机架8两侧对称的设置上述曲轴和步行腿4，即可实现趴卧式步行机器人的步行功能。相比现有步行机器人，一条曲轴连接多条步行腿4，控制一条曲轴即可实现对趴卧式步行机器人的同侧的步行腿4的控制，简化了趴卧式步行机器人的结构，同时，减少了整机的可控自由度，降低了整机的控制难度。

其中，步行腿4的步态原理如图5至8所示，八条步行腿4组成对称安置于机体两侧，同侧四条步行腿4统一由一条曲轴带动，每条曲轴上有八个曲柄，相邻两个曲柄为一组，并与一条步行腿4对应铰接，且相邻两个曲柄方向相差90°，可使每条对应步行腿4通过曲柄连杆43机构实现前后摆动与上下伸展摆动的协调配合运动；其中一条曲柄通过连杆43带动步行腿4进行前后摆动，另一曲柄通过连杆43带动步行腿4进行上下伸缩的俯仰摆动机体同侧四条腿中相间隔的两条腿组成同侧一组，且步伐相同；同侧两组步行腿4步伐相反，即同侧一组前摆，同侧另一组后摆，同侧两组步行腿4交替摆动，与机体另一侧两组步行腿4构成整机四边形步态的运动方式。八足机器人的拐弯可通过控制机体两侧步行腿4的摆动方向来实现。如要进行左转或右转向，则可以通过停止左侧或右侧的步进电机5来停止左侧或右侧的步行腿4运动，则另外一侧的步行腿4继续运动，并以停止的步行腿4为支撑点完成向左或向右转向。也可以通过两步进电机5的正反转控制使机体两侧的步行腿4摆动方向相反，以实现原地掉头转弯。

如图1所示，整个机器人只需要两个分别安装于机架8内的步进电机5分别带动控制两条曲轴即可实现控制整机八条步行腿4的协调运动，通过控制两步进电机5正反接及断电可实现前进、后退、左转向、右转向、原地转向、停止等动作。

如图3所示，八足机器人各步行腿4均采用类关节式结构，均由上臂41和下臂42组成。每条步行腿4结构相同，且有两个自由度，整机具有十六个自由度。上臂41与下臂42，上臂41与曲轴的铰接点通过连杆43铰接，并通过曲轴运动控制步行腿4前后摆动和上下伸缩、俯卧摆动动作。

如图4所示，传动机构是用10mm*10mm的铝合金方管材料制成一个400mm*153mm*62mm的长方体为机架8，由两个步进电机5通过齿轮传动分别独立驱动两条曲轴，再由曲柄连杆43机构带动步行腿4运动。传动机构由机架8、一个电源、两个步进电机5、两条曲轴(内含十六个曲柄)、四个齿轮、十六条连杆43组成，其传动原理如下：步进电机5驱动力通过齿轮系、曲柄连杆43机构系统传动给步行腿4，从而驱动步行腿4进行前后、上下摆动，其中与上臂41铰接的曲柄带动上臂41前后摆动；与下臂42铰接的曲柄带动下臂42进行上下俯仰摆动。

其中，机架8两端分别设有步进电机5和减速齿轮组6，减速齿轮组6分别连接第一曲轴1和第二曲轴2，减速齿轮组6用于将步进电机5的告诉转动转化为该趴卧式步行机器人需要的低速转动。

其中，还包括控制台7，控制台7内包括控制电路，控制电路能控制第一曲轴1和第二曲轴2的转动方向，控制台7设置于机架8内。

实施例2

本发明的一种立柱调节装置的具体实施方式之二，如图2所示，本实施例与实施例1相同的技术方案，采用实施例1进行解释，在此不做赘述，本实施例与实施例1的不同之处在于，控制台7设置于由铝合金方管材料制成的机架8的中部，并将第一曲轴1和第二曲轴2分成两段，这样的结构不仅节省了机架8内部的空间，而且两段式曲轴也更加便于第一曲轴1轴和第二曲轴2的安装。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。