一种四杆联动仿生机器人的制作方法

本实用新型涉及机器人相关技术领域，更准确的说涉及一种四杆联动仿生机器人。

背景技术：

随着科技的进步，机器人技术的不断发展，很多领域都在逐渐采用机器人来替代传统的人工劳作。其中，移动机器人在科学探索、山地运输、消防营救、地质勘探和军事行动等领域具有极为广阔的应用前景。目前移动机器人主要包括足式、轮式、履带式等几种类型，相比轮式、履带式机器人，足式机器人具有更大的工作空间、更强的地面适应能力、更大的灵活性等特点，逐渐成为机器人理论和技术的研究热点。足式机器人主要分为两足、四足、六足机器人，仿生四足机器人比两足机器人静态稳定性好、地面适应能力强，比六足机器人行动灵活、结构简单，因此仿生四足机器人的理论研究和原型开发是足式机器人行业的研究重点。

现有技术的仿生四足机器人大多以四足哺乳动物作为参考对象，模拟四足哺乳动物的关节和肌肉运动，实现机器人的运动。这种仿生四足机器人普遍结构较为复杂，为了控制协调多个关节的活动需要采用运算能力较强的处理器，且需运用较为复杂的控制程序，导致研发和制造成本均较高，不利于仿生四足机器人的推广应用。现有技术中也有以蜘蛛等节肢动物或爬行动物作为模拟对象的仿生机器人，但是在地形适应能力和结构稳定性方面均有待提高。综上，现有技术的仿生四足机器人在结构和功能上存在一定的缺陷，需要通过改进来优化性能，并降低制造和使用成本。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种四杆联动仿生机器人，包括一底板、一驱动组件、一机械腿组以及一控制组件，驱动组件与底板结合安装，机械腿组包括四个腿组件，四个腿组件分别安装在底板的四个角，且驱动组件与四个腿组件连接，驱动组件控制四个腿组件在水平面方向及垂直于水平面方向运动，控制组件与底板结合设置，且控制组件与驱动组件电连接，控制驱动组件的工作状态。

为了达到上述目的，本实用新型提供一种四杆联动仿生机器人，包括一底板、一驱动组件、一机械腿组以及一控制组件，所述驱动组件与所述底板结合安装，所述机械腿组包括两个第一腿组件和两个第二腿组件，两个所述第一腿组件、两个所述第二腿组件均与所述底板结合安装，两个所述第一腿组件及两个所述第二腿组件对称的设置在所述底板边缘，且两个所述第一腿组件及两个所述第二腿组件均与所述驱动组件连接，所述驱动组件驱动所述第一腿组件及所述第二腿组件在水平面方向及垂直于水平面方向运动，所述控制组件与所述底板结合设置，且所述控制组件与所述驱动组件电连接。

优选地，所述驱动组件包括两个电机、一电池以及两个传动组件，两个所述电机安装在所述底板上，所述电池安装在所述底板上，所述电池与两个所述电机电连接，且所述电机及所述电池均与所述控制组件电连接，两个所述传动组件分别与两个所述电机连接，且所述电机通过所述传动组件分别与所述第一腿组件和所述第二腿组件连接。

优选地，所述电机通过一第一电机连接件和一第二电机连接件与所述底板连接，所述第一电机连接件垂直于所述底板并与所述底板固定连接，所述第二电机连接件与所述第一电机连接件远离所述底板的端部连接，且所述第二电机连接件与所述底板平行，所述电机安装在所述第二电机连接件远离所述底板的一面，且所述电机穿过所述第二电机连接件与所述传动组件连接。

优选地，所述传动组件包括一输出轴、一弹性联轴器、一驱动带轮组以及一同步带组，所述驱动带轮组包括一顶驱动带轮和一底驱动带轮，所述同步带组包括一顶同步带和一底同步带，所述输出轴可转动的穿过所述底板，所述弹性联轴器连接所述电机和所述输出轴，所述顶驱动带轮环绕连接所述输出轴，且所述顶驱动带轮位于所述底板朝向所述电机的一面；所述底驱动带轮环绕连接所述输出轴，且所述底驱动带轮位于所述底板远离所述电机的一面；所述顶同步带环绕所述顶驱动带轮的同时与所述第一腿组件连接，所述底同步带环绕所述底驱动带轮的同时与所述第二腿组件连接。

优选地，所述第一腿组件包括一受动轴、一第一受动带轮、一曲柄杆、一转动轴、一底杆、一顶杆、一支撑杆、两连杆以及一支撑轴，所述受动轴穿过所述底板，所述受动轴与所述底板可转动的连接，所述第一受动带轮位于所述底板朝向所述电机的一面，所述第一受动带轮环绕连接所述受动轴，且所述顶同步带环绕所述顶驱动带轮的同时环绕所述第一受动带轮；所述曲柄杆位于所述底板朝向所述电机的一面，且所述曲柄杆一端与所述受动轴连接，另一端与所述转动轴连接，所述转动轴与所述受动轴平行；所述转动轴穿过所述底杆及所述顶杆；所述转动轴与所述底杆可滑动的连接，且所述转动轴相对于所述底杆的滑动方向为平行于水平面方向；所述转动轴与所述顶杆可滑动的连接，且所述转动轴相对于所述顶杆的滑动方向为垂直于水平面方向；所述支撑杆与所述底杆远离所述转动轴的一端可转动的连接，所述支撑杆同时与所述顶杆远离所述转动轴的一端可转动的连接；两个所述连杆均与所述支撑杆平行，且所述连杆均一端与所述底杆可转动的连接，另一端与所述顶杆可转动的连接；所述支撑轴垂直于所述底板与所述底板固定连接，且所述支撑轴穿过所述底杆与所述底杆可转动的连接。

优选地，所述受动轴通过一轴承与所述底板可转动的连接，且所述受动轴与所述底板连接处设置一轴承压板，所述轴承压板固定所述轴承。

优选地，所述转动轴与所述顶杆连接处环绕所述转动轴设置一直线轴承，所述直线轴承与所述顶杆固定连接。

优选地，所述第一腿组件包括一轴承支座和一深沟球轴承，所述轴承支座与所述底板固定连接，深沟球轴承安装在所述底杆中部，所述支撑轴一端与所述轴承支座连接，另一端与所述深沟球轴承连接。

优选地，所述第一腿组件包括一受动轴、一第二受动带轮、一曲柄杆、一转动轴、一底杆、一顶杆、一支撑杆、两连杆以及一支撑轴，所述受动轴穿过所述底板，所述受动轴与所述底板可转动的连接，所述第二受动带轮位于所述底板远离所述电机的一面，所述第二受动带轮环绕连接所述受动轴，且所述底同步带环绕所述底驱动带轮的同时环绕所述第二受动带轮；所述曲柄杆位于所述底板朝向所述电机的一面，且所述曲柄杆一端与所述受动轴连接，另一端与所述转动轴连接，所述转动轴与所述受动轴平行；所述转动轴穿过所述底杆及所述顶杆；所述转动轴与所述底杆可滑动的连接，且所述转动轴相对于所述底杆的滑动方向为平行于水平面方向；所述转动轴与所述顶杆可滑动的连接，且所述转动轴相对于所述顶杆的滑动方向为垂直于水平面方向；所述支撑杆与所述底杆远离所述转动轴的一端可转动的连接，所述支撑杆同时与所述顶杆远离所述转动轴的一端可转动的连接；两个所述连杆均与所述支撑杆平行，且所述连杆均一端与所述底杆可转动的连接，另一端与所述顶杆可转动的连接；所述支撑轴垂直于所述底板与所述底板固定连接，且所述支撑轴穿过所述底杆与所述底杆可转动的连接。

优选地，所述控制组件包括一单片机、一编码器回路、一红外遥控回路、一电机驱动回路以及一辅助电路回路。

与现有技术相比，本实用新型公开的一种四杆联动仿生机器人的优点在于：所述四杆联动仿生机器人越障能力较强，能够适应多种不同的地形，适用范围较广；所述四杆联动仿生机器人结构稳定，不易出现故障，可靠性较高；所述四杆联动仿生机器人可以实现远程控制，便于在恶劣环境下作业；所述四杆联动仿生机器人制造成本较低，便于推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

如图1所示为本实用新型一种四杆联动仿生机器人的顶部轴视图。

如图2所示为本实用新型一种四杆联动仿生机器人的底部轴视图。

如图3所示为本实用新型一种四杆联动仿生机器人的俯视图。

如图4所示为本实用新型一种四杆联动仿生机器人的曲柄杆的结构示意图。

如图5所示为本实用新型一种四杆联动仿生机器人的底杆的结构示意图。

如图6所示为本实用新型一种四杆联动仿生机器人的顶杆的结构示意图。

如图7所示为本实用新型一种四杆联动仿生机器人的的支撑杆的结构示意图。

如图8所示为本实用新型一种四杆联动仿生机器人的第一腿组件在水平面上的运动轨迹图。

如图9所示为本实用新型一种四杆联动仿生机器人的第一腿组件在垂直于水平面上的运动轨迹图。

如图10所示为本实用新型一种四杆联动仿生机器人的控制组件的电路图。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，本申请的一种四杆联动仿生机器人包括一底板10、一驱动组件20、一机械腿组30以及一控制组件40。所述底板10为长方形板。所述驱动组件20与所述底板10结合安装，所述机械腿组30包括两个第一腿组件31和两个第二腿组件32，两个所述第一腿组件31、两个所述第二腿组件32均与所述底板10结合安装。两个所述第一腿组件31及两个所述第二腿组件32分别设置在所述底板10的四个角，且两个所述第一腿组件31及两个所述第二腿组件32均与所述驱动组件20连接。所述驱动组件20驱动所述第一腿组件31及所述第二腿组件32在水平面方向及垂直于水平面方向运动，实现对腿部运动的模拟，以驱动所述四杆联动仿生机器人沿地面运动及越障。所述控制组件40与所述底板10结合设置，且所述控制组件40与所述驱动组件30电连接，所述控制组件40控制所述驱动组件30的工作状态。

所述底板10上设置一支撑板11，所述支撑板11上可安装传感器、摄像头、机械臂等装置，以实现更多功能。

所述驱动组件20包括两个电机21、一电池22以及两个传动组件，两个所述电机21安装在所述底板10的一面上，所述电池22安装在所述底板10上，且所述电池22与所述电机21位于所述底板10的同一面，所述电池22与两个所述电机21电连接，且所述电机21及所述电池22均与所述控制组件40电连接。两个所述传动组件分别与两个所述电机21连接，且所述电机21通过所述传动组件分别与所述第一腿组件31和所述第二腿组件32连接，两个所述电机21分别通过两个所述传动组件驱动两组所述第一腿组件31和所述第二腿组件32。

具体的，所述电机21通过一第一电机连接件211和一第二电机连接件212与所述底板10连接，所述第一电机连接件211垂直于所述底板10并与所述底板10固定连接，所述第二电机连接件212与所述第一电机连接件211远离所述底板10的端部连接，且所述第二电机连接件212与所述底板10平行。所述电机21安装在所述第二电机连接件212远离所述底板10的一面，且所述电机21的输出轴穿过所述第二电机连接件212与所述传动组件连接。

所述传动组件包括一输出轴23、一弹性联轴器24、一驱动带轮组25以及一同步带组26。所述驱动带轮组25包括一顶驱动带轮251和一底驱动带轮252，所述同步带组26包括一顶同步带261和一底同步带262。所述输出轴23可转动的穿过所述底板10，且所述输出轴23与所述电机21的输出轴同轴。所述弹性联轴器24设置在所述输出轴23和所述电机21之间，所述弹性联轴器24连接所述电机21和所述输出轴23，所述电机21通过所述联轴器24驱动所述输出轴23转动。所述顶驱动带轮251环绕连接所述输出轴23，且所述顶驱动带轮251位于所述底板10朝向所述电机21的一面；所述底驱动带轮252环绕连接所述输出轴23，且所述底驱动带轮252位于所述底板10远离所述电机21的一面。所述输出轴23转动时，所述顶驱动带轮251及所述底驱动带轮252与所述输出轴23同步转动。所述顶同步带261环绕所述顶驱动带轮251的同时与所述第一腿组件31连接，所述底同步带262环绕所述底驱动带轮252的同时与所述第二腿组件32连接。

参考图1、图2，所述第一腿组件31包括一受动轴311、一第一受动带轮312、一曲柄杆313、一转动轴314、一底杆315、一顶杆316、一支撑杆317、两连杆318以及一支撑轴319。所述受动轴311穿过所述底板10，且所述受动轴311通过一轴承与所述底板10可转动的连接。具体的，所述受动轴311与所述底板10连接处设置一轴承压板3111，固定所述受动轴311与所述底板10连接处的轴承。所述第一受动带轮312位于所述底板10朝向所述电机21的一面，所述第一受动带轮312环绕连接所述受动轴311，且所述顶同步带261环绕所述顶驱动带轮251的同时环绕所述第一受动带轮312，所述顶驱动带轮251转动时通过所述顶同步带261带动所述第一受动带轮312转动，进而带动所述受动轴311转动。所述曲柄杆313位于所述底板10朝向所述电机21的一面，且所述曲柄杆313一端与所述受动轴311连接，另一端与所述转动轴314连接，所述转动轴314与所述受动轴311平行。所述底杆315位于所述曲柄杆313顶部，所述顶杆316位于所述底杆315顶部。所述转动轴314穿过所述底杆315及所述顶杆316。所述转动轴314与所述底杆315可滑动的连接，且所述转动轴314相对于所述底杆315的滑动方向为平行于水平面方向；所述转动轴314与所述顶杆316可滑动的连接，且所述转动轴314相对于所述顶杆316的滑动方向为垂直于水平面方向。具体的，所述转动轴314与所述顶杆316连接处环绕所述转动轴314设置一直线轴承3141，所述直线轴承3141与所述顶杆316固定连接，所述转动轴314可相对于所述直线轴承3141作直线往复运动。所述支撑杆317与所述底杆315远离所述转动轴314的一端可转动的连接，所述支撑杆317同时与所述顶杆316远离所述转动轴314的一端可转动的连接。两个所述连杆318均与所述支撑杆317平行，且所述连杆318均一端与所述底杆315可转动的连接，另一端与所述顶杆316可转动的连接。所述支撑轴319垂直于所述底板10与所述底板10固定连接，且所述支撑轴319穿过所述底杆315与所述底杆315可转动的连接，即所述底杆315以所述支撑轴319为圆心转动。所述支撑轴319进一步包括一轴承支座3191和一深沟球轴承3192，所述轴承支座3191与所述底板10固定连接，深沟球轴承3192安装在所述底杆315中部，所述支撑轴319一端与所述轴承支座3191连接，另一端与所述深沟球轴承3192连接。

所述第二腿组件32包括一受动轴321、一第二受动带轮322、一曲柄杆323、一转动轴324、一底杆325、一顶杆326、一支撑杆327、两连杆328以及一支撑轴329。所述受动轴321穿过所述底板10，且所述受动轴321通过一轴承与所述底板10可转动的连接。具体的，所述受动轴321与所述底板10连接处设置一轴承压板3211，固定所述受动轴321与所述底板10连接处的轴承。所述第二受动带轮322位于所述底板10远离所述电机21的一面，所述第二受动带轮322环绕连接所述受动轴321，且所述底同步带262环绕所述底驱动带轮252的同时环绕所述第二受动带轮322，所述底驱动带轮252转动时通过所述底同步带262带动所述第二受动带轮322转动，进而带动所述受动轴321转动。所述曲柄杆323位于所述底板10朝向所述电机21的一面，且所述曲柄杆323一端与所述受动轴321连接，另一端与所述转动轴324连接，所述转动轴324与所述受动轴321平行。所述底杆325位于所述曲柄杆323顶部，所述顶杆326位于所述底杆325顶部。所述转动轴324穿过所述底杆325及所述顶杆326。所述转动轴324与所述底杆325可滑动的连接，且所述转动轴324相对于所述底杆325的滑动方向为平行于水平面方向；所述转动轴324与所述顶杆326可滑动的连接，且所述转动轴324相对于所述顶杆326的滑动方向为垂直于水平面方向。具体的，所述转动轴324与所述顶杆326连接处环绕所述转动轴324设置一直线轴承3241，所述直线轴承3241与所述顶杆326固定连接，所述转动轴324可相对于所述直线轴承3241作直线往复运动。所述支撑杆327与所述底杆325远离所述转动轴324的一端可转动的连接，所述支撑杆327同时与所述顶杆326远离所述转动轴324的一端可转动的连接。两个所述连杆328均与所述支撑杆327平行，且所述连杆328均一端与所述底杆325可转动的连接，另一端与所述顶杆326可转动的连接。所述支撑轴329垂直于所述底板10与所述底板10固定连接，且所述支撑轴329穿过所述底杆325与所述底杆325可转动的连接，即所述底杆325以所述支撑轴329为圆心转动。所述支撑轴329进一步包括一轴承支座3291和一深沟球轴承3292，所述轴承支座3291与所述底板10固定连接，深沟球轴承3292安装在所述底杆325中部，所述支撑轴329一端与所述轴承支座3291连接，另一端与所述深沟球轴承3292连接。

值得注意的是，所述第一腿组件31和所述第二腿组件32中的部件结构尺寸均相同，仅受动带轮的位置不同，以实现四杆联动。

具体的，如图4所示，所述曲柄杆313具有一圆孔3131和一限位孔3132，所述受动轴311插入所述圆孔3131与所述曲柄杆313固定连接，所述转动轴插入所述限位孔3132与所述曲柄杆313连接。

如图5所示，所述底杆315中部具有一中孔3151，所述底杆315一端具有一腰孔3152，另一端具有一底杆槽3153，所述腰孔3152侧部具有两个连杆孔3154，所述底杆槽3153两侧具有两个支撑孔3155。所述中孔3151中安装所述深沟球轴承3192，所述腰孔3152中插入所述转动轴314，所述连杆孔3154通过螺栓连接所述连杆318，所述支撑孔3155通过螺栓连接所述支撑杆317。

如图6所示，所述顶杆316一端具有一顶孔3161，另一端具有一顶杆槽3162，所述顶孔3161侧部具有两个连杆孔3164，所述顶杆槽3162两侧具有两个支撑孔3163。所述顶孔3161中安装所述直线轴承3141，所述连杆孔3164通过螺栓连接所述连杆318，所述支撑孔3163通过螺栓连接所述支撑杆317。

如图7所示，所述支撑杆317一端为接触端3173，另一端具有两个同轴的第一孔3171，中部具有两个同轴的第二孔3172。所述接触端3173与地面接触，所述第一孔3171通过圆柱销与所述支撑孔3163连接，所述第二孔3172通过圆柱销与所述支撑孔3155连接。

所述底杆315、所述顶杆316、所述支撑杆317以及两个所述连杆318共同构成四边形结构，且在所述转动轴314的带动下改变位置关系，从而控制驱动所述支撑杆317在平行于水平面和垂直于水平面的方向上运动。

具体的，如图8和图9所示，按照运动顺序来看，以g为圆心的圆形轨迹是所述曲柄杆313的运动轨迹，a、b、c、d是所述曲柄杆313运动轨迹圆上的四个等分点。在h点当所述曲柄杆313绕g点运动时，所述底杆315以k点为中心进行圆弧轨迹的转动，带动所述支撑杆317在水平面方向运动。当所述曲柄杆313从a点开始绕g点顺时针运动时，所述底杆315在垂直方向不产生位移，而所述顶杆316会带动所述支撑杆317沿fnh弧线运动，使得所述支撑杆317产生垂直于水平面方向的运动。

如图10所示，所述控制组件40包括一单片机41、一编码器回路42、一红外遥控回路43、一电机驱动回路44以及一辅助电路回路45，所述编码器回路42通过编码器的码盘实时监测所述四杆联动仿生机器人的运动状态。所述红外遥控回路43主要作用为实现所述四杆联动仿生机器人的远程无线遥控。所述电机驱动回路44不仅是整个四杆联动仿生机器人的动力源，同时也会根据所述编码器回路42的反馈信号调节所述四杆联动仿生机器人腿部的运动。所述辅助回路45主要功能是为了显示所述四杆联动仿生机器人的运动状态信息。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。