一种四段式全向爬行滚动四足机器人的制作方法

本发明设计一种大腿和小腿都是圆弧型结构的四足机器人，具体涉及一种既能滚动又能爬行的四足机器人，属于机器人技术领域。

背景技术：

发明专利cn102728066a中公开了一种可翻滚四足机器人，该机器人具有圆弧外形的多段躯干结构，在变形成圆型结构后通过控制伺服电机使各部件之间产生偏转运动，实现机器人沿着身体纵向滚动。但是该机器人实现圆形外观，在躯干上增加了爬行运动中不必须的部分。因为几何结构缺陷，机器人不能实现横向平动爬行，实用性较差。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种具有滚动前进功能和较好爬行能力的四足机器人。

为达上述目的，本发明一种四段式全向爬行滚动四足机器人，包括躯干、四条结构相同的腿和电控部分，其特征在于：

所述躯干为身体中心的矩形箱体，两侧装有固定孔，用于和腿部连接；

所述腿分为大腿和小腿；四条腿的材料选用尼龙材料，可用3d打印方式生成；

所述大腿为连接躯干的第一段圆弧的部分，大腿的两端装有舵机，作为关节连接躯干和小腿；

所述小腿为具有圆弧外缘的连接大腿的部分；小腿的厚度分为三段，足端即小腿厚度最薄的一段对应的圆弧角度为30度，最厚的一段为舵机安装所限制的最小厚度，对应的圆弧角度为20度，中间为斜面过渡段；这样的设计保证了机器人收成圆形结构时，大腿的开闭运动不会与同侧的腿发生干涉；

所述大腿和小腿外缘构成半圆形；舵机驱动大腿和小腿发生偏转运动，机器人可变形呈圆柱状态；

从机器人滚动状态结构侧视图看，大腿和小腿的外缘可构成一个二分之一圆弧，连接小腿末端点和连接躯干和大腿的舵机的旋转轴线在侧视图投影形成的点构成一条线段，恰好经过半圆的圆心，这条线段的垂直平分线也恰好经过连接大腿和和小腿的舵机的旋转轴线在侧视图的投影点；这也就实现了大腿和小腿的长度比值为1；

电控部分为：aduinomega2560单片机，zx361舵机及其配套驱动板，jy-61六轴传感器。

本发明一种四段式全向爬行滚动四足机器人每条腿装有3个舵机驱动关节旋转，靠近躯干的第一个和第二个舵机的旋转轴相交垂直，第二个和第三个舵机的旋转轴互相平行，同侧的两条腿可通过变形闭合成圆形；通过腿部的开闭运动，机器人发生滚动，移动速度得到较大的提高；

规定机器人站立时长边所在直线的方向为机器人前进/后退方向，具有圆弧形状的腿的开口方向为前进方向；机器人左侧前后腿和右侧前后腿可各自收成完整圆形；躯干上的传感器可检测躯干的俯仰状态，继而判断是大腿还是小腿与地面相触；当小腿着地时可以驱动小腿张开闭合完成滚动，当大腿着地时可以驱动大腿张开闭合完成滚动，最终实现机器人的滚动。

本发明相对于现有技术的优点：一种四段式全向爬行滚动四足机器人可完成全向爬行和，滚动运动适应性好，爬行的地形适应性好，结构简单。

附图说明

图1为本发明的爬行状态立体示意图。

图2为本发明的爬行状态结构主视图。

图3为本发明的爬行状态结构侧视图。

图4为本发明的滚动状态立体示意图。

图5为本发明的滚动状态结构主视图。

图6为本发明的滚动状态结构侧视图。

图中标号：1.躯干，2.大腿，3.小腿。

具体实施方式

参看图1、图2、图3，本发明一种四段式全向爬行滚动四足机器人，由躯干1、大腿2、小腿3组成；其中大腿2和小腿3相连接，四条腿的结构相同。大腿2和小腿3外缘呈圆弧形。连接大腿2、小腿3和躯干1处的舵机可以发生偏转运动。

在四足爬行的状态下，小腿3和大腿2中间的舵机的旋转运动可以让小腿产生抬脚或落脚运动，大腿2和躯干1处的舵机的旋转运动可以让小腿产生向前或向后的滑动，两者结合即可完成向前或向后的爬行运动。躯干1处的舵机旋转可以让大腿2和小腿3同时向身体左侧或右侧移动，与抬脚或落脚的运动配合即可实现机器人的横向爬行，继而实现机器人的全向爬行。

参看图4、图5、图6，本发明由四足爬行状态过渡到滚动状态时，可先将四条腿收至半圆形且与地面垂直的站立状态。再转动处于躯干1的舵机将左后腿和右后腿平行的收至包裹躯干的下半圆，同时转动左前腿和右前腿，将两条腿收至包裹躯干的另一半，完成变形成圆柱的运动。

处于圆柱状态的机器人利用陀螺仪对躯干姿态角度的检测，可以判断机器人哪一部分的腿着地，相应的驱动对应的舵机，完成圆弧的开闭运动来实现机器人的滚动运动。左右侧舵机的差速开闭可完成机器人的转向运动。

处于圆柱状态的机器人想要变回成爬行状态同样要利用陀螺仪对躯干姿态角度的检测，当判断出机器人左后腿和右后腿着地时，机器人会发出指令，让四条腿的舵机角度同时回归至爬行静止站立的姿态，机器人即可实现状态转换。

技术特征：

技术总结
一种四段式全向爬行滚动四足机器人，包括躯干、四条结构相同的腿和电控部分，躯干为身体中心的矩形箱体，两侧装有固定孔，用于和腿部连接；腿分为大腿和小腿；大腿为连接躯干的第一段圆弧的部分，大腿的两端装有舵机，作为关节连接躯干和小腿；小腿为具有圆弧外缘的连接大腿的部分；小腿的厚度分为三段，足端即小腿厚度最薄的一段对应的圆弧角度为30度，最厚的一段为舵机安装所限制的最小厚度，对应的圆弧角度为20度，中间为斜面过渡段；保证了机器人收成圆形结构时，大腿的开闭运动不会与同侧的腿发生干涉；舵机驱动大腿和小腿发生偏转运动，机器人能变形呈圆柱状态；电控部分为：单片机、舵机及其配套驱动板、六轴传感器。

技术研发人员：左宗玉;仲维政
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2018.09.30
技术公布日：2019.01.29