一种气电混合驱动的新型四足机器人的制作方法

本实用新型属于机器人技术领域，具体涉及一种气电混合驱动的新型四足机器人。

背景技术：

作为一种适用于平坦地面与野外复杂地形的移动平台，四足机器人能被广泛的运用在军事和民用领域，在军事用途中，机器人可以代替人类从事危险任务，在民用领域，可以代替人类执行复杂环境下的搬运任务或安全巡逻，是未来机器人领域重要的发展方向。

目前四足机器人的腿部大多数模仿动物的腿部，也就是“肘”和“膝”，这种结构会导致在静止站立状态电机需要支出相应的扭矩来克服自身重力，不可避免的带来能量损耗，同时由于“肘”和“膝”关节，导致了控制实现的困难。

技术实现要素：

为了克服现有技术中仿生四足机器人在静止站立状态需要消耗能量、四足机器人控制难度大等不足与难题，本实用新型旨在提供一种气电混合驱动的新型四足机器人，该机器人通过高压气源与24v直流电作为能量输入，将“肘”和“膝”简化为两个直线机构，直接控制两直线机构便可实现迈腿行走，通过八个直线机构的配合控制就可以实现四足步态；通过腿部与足部的切换结构，实现四足机器人在复杂环境下的行走任务。

本实用新型通过以下技术方案予以实现：

一种气电混合驱动的新型四足机器人，包括依次相连的机器人躯干部、两组髋关节机构、四组腿部机构、以及足部机构；

其中，机器人躯干部为由铝制方管焊接而成框架体，其构成四足机器人骨架；

其中，髋关节机构沿着四足机器人前进方向对称分布在机器人躯干部两侧，髋关节机构用于带动腿部机构沿着四足机器人前进方向直线水平平移，每组髋关节机构包括驱动电机、两组电机同步带及其配套的同步带轮、两组上下平行的导轨及其匹配的两个滑块i，每组髋关节机构对应两组腿部机构，每组电机同步带对应一组腿部机构，导轨固定安装在机器人躯干部的框架上，滑块i沿着导轨直线往复运动，滑块i与腿部机构相接；电机同步带的外侧带固定安装夹板，夹板与腿部机构相连，电机同步带通过夹板向腿部机构输出动力；

其中，腿部机构末端与足部机构连接，腿部机构包括可垂直伸缩的腿部本体，腿部本体由并列分布的直线长气缸、铝方管以及u型材构成，直线长气缸的活塞杆末端通过连接件与足部机构固定相连，直线长气缸的缸筒末端通过固定支座与u型材末端固定相连，铝方管的底端通过连接件与足部机构固定相连；

其中，每组腿部机构上设置一组腿部切换机构，腿部切换结构包括连接板、切换板、弹簧气缸、固定块、切换固定块，其中连接板将切换板与弹簧气缸相连，切换板通过弹簧气缸的动作实现弹出收回功能，固定块置于u型材内侧，使用螺栓将弹簧气缸固定在u型材上，切换固定块固定在铝方管上端，其凸起处与切换板配合；

其中，每组足部机构包括两个足部特定机构i、直线短气缸、两组线性滑轨、足部特定机构ii，足部特定机构i为底部为弧形的坡地行走脚掌，足部特定机构ii为长条形的平地行走脚掌，足部特定机构i对称位于左右两侧、足部特定机构ii位于两足部特定机构i之间，直线短气缸的活塞杆末端与足部特定机构ii顶部中间固定相连，直线短气缸缸筒与铝方管末端固定相连内，线性滑轨竖立安装在足部特定机构ii顶部两侧，线性滑轨上安装与之对应的滑块ii，滑块ii侧端与足部特定机构i固定相连。

进一步地，每组电机同步带配套设有两组同步带轮，其中一组为主动轮，其与驱动电机系统相接，另外一组为从动轮，其上下端通过轴承座与机器人躯干部固定相连。

进一步地，腿部机构还包括上下与两组用于约束运动件铝方管的承导件，下端的承导件与固定支座和u型材三者通过螺钉紧固相连、上端承导件与u型材通过固定连接板及螺钉紧固相连，铝方管穿过两组承导件内。

进一步地，承导件上设有若干个轴承，轴承与承导件合围成通道，铝方管上下移动时从通道内穿过。

进一步地，足部机构还包括前后侧两组固定夹板，固定夹板将直线短气缸缸筒、足部特定机构i进行夹紧固定。

与现有技术相比，本实用新型有益效果包括：

(1)本实用新型在四足机器人前进方向的躯干两侧分别设置一对腿部机构、以及带动腿部机构直线水平平移的髋关节机构，并在腿部机构内设一直线垂直平移机构，垂直平移机构通过带动腿部机构上下移动实现抬腿，水平平移机构交替运转与垂直平移机构配合运转，实现四足步态的行走，使得在行走的过程中不需要像四足动物一样有屈膝动作，因此更加节省能量，同时对控制难度要求大大降低，可靠性大大提高。

(2)本实用新型在降低控制算法难度的同时也可以实现多种四足机器人的步态动作；腿部机构使用气缸推动腿部机构做伸缩运动，通过切换机构切换腿长行程，让四足机器人适应不同的障碍物；足部机构与腿部相连，通过特殊形状的脚掌，让四足机器人能适应大角度斜坡。

(2)本实用新型在腿部机构设置腿部切换机构、在足部机构设置可切换的不同形状的脚掌，进而实现复杂环境下的行走。

(3)本实用新型在腿部机构内设承导件，使得腿部机构抗弯能力强，能承受大负载。

附图说明

图1为本实用新型四足机器人的立体结构示意图。

图2为本实用新型中髋关节机构的立体结构示意。

图3为本实用新型中腿部机构的爆炸视图。

图4为本实用新型中足部机构的爆炸视图。

图5为本实用新型中腿部机构与足部机构组装后的结构示意图。

图示说明：1-机器人躯干部；2-髋关节机构，201-驱动电机，202-电机同步带，203-导轨，204-滑块i，205-轴承座，206-同步带轮，207-夹板；3-腿部机构，301-连接件，302-固定支座，303-承导件，304-轴承，305-直线长气缸，306-铝方管，307-u型材，308-固定连接板；4-腿部切换机构，401-连接板，402-切换板，403-弹簧气缸，404-固定块，405-切换固定块；5-足部机构，501-足部特定机构i，502-直线短气缸，503-线性滑轨，504-固定夹板，505-滑块ii，506-足部特定机构ii。

在本实用新型的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“i”、“ii”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接、可拆卸连接、一体地连接；可以是机械连接、电连接；可以是直接相连、中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作进一步地说明。

如图1所示，一种气电混合驱动的新型四足机器人，包括机器人躯干部1、四组腿部机构3、两组髋关节机构2与足部机构5，其中髋关节机构2沿着四足机器人前进方向对称分布在机器人躯干部1两侧，髋关节机构2为腿部机构3水平平移机构；腿部机构3通过髋关节机构2与机器人躯干部1相连，腿部机构3末端与足部机构5连接；每组腿部机构3上设置一组腿部切换机构4，用于修改腿体的长度，动力源是直线气缸。

其中，机器人躯干部1为由铝制方管焊接而成框架体，其构成四足机器人骨架，机器人躯干部1负责安装机器人的控制系统、高压气源及动力系统(如图1所示的可乐瓶形状的瓶组为高压气源存储器)，在需要负重时也可以放置在机器人的躯干平台上，实现机器人的运输功能，同时机器人可以搭载摄像头与激光雷达等传感器，实现安防巡逻功能。

其中，如图2所示，每组髋关节机构2包括驱动电机201、两组电机同步带202及其配套的同步带轮206、两组上下平行的导轨203及其匹配的两个滑块i204，每组髋关节机构2对应两组腿部机构3，每组电机同步带202对应一组腿部机构3；驱动电机201为髋关节机构2的动力源，电机同步带202用于传递驱动电机201的动力；导轨203固定安装在机器人躯干部1的框架上，滑块i204沿着导轨203直线往复运动，滑块i204与腿部机构3相接；电机同步带202的外侧带固定安装夹板207，夹板207与腿部机构3相连，电机同步带202通过夹板207向腿部机构3输出动力；每组电机同步带202配套设有两组同步带轮206，其中一组为主动轮，其与驱动电机201系统相接，另外一组为从动轮，其上下端通过轴承座205与机器人躯干部1固定相连。

其中，如图3与图5所示，腿部机构3包括可垂直伸缩的腿部本体与腿部切换结构4，腿部本体由固定支座302、直线长气缸305、铝方管306、u型材307、上下与两组承导件303构成，其中直线长气缸305的活塞杆末端通过连接件301与足部机构5固定相连，直线长气缸305的缸筒末端与固定支座302固定相连；下端的承导件303与固定支座302和u型材307三者通过螺钉紧固相连、上端承导件303与u型材307通过固定连接板308及螺钉紧固相连，铝方管306的底端通过连接件301与足部机构5固定相连，铝方管306穿过两组承导件303内。随着直线长气缸305的活塞杆动作，带动足部机构5上下垂直移动，同时由于铝方管306与足部机构5固定，带动铝方管306上下移动，上述动作可将铝方管306从u型材307内拉伸或合并，实现腿部机构3腿部本体长度的调节，承导件303的作用是用以约束运动件铝方管306，限制铝方管306的运动，使得铝方管306只能上下移动，同时可大大提高腿部本体的刚度，为了降低铝方管306上下移动时的摩擦系数提高其滑性，承导件303上设有若干个轴承304，轴承304与承导件303合围成通道，具体实施中，铝方管306上下移动时从通道内穿过。

如图3所示，腿部切换结构4包括连接板401、切换板402、弹簧气缸403、固定块404、切换固定块405，其中连接板401将切换板402与弹簧气缸403相连，切换板402通过弹簧气缸403气缸43的动作实现弹出收回功能，固定块404置于u型材307内侧，使用螺栓将弹簧气缸403固定在u型材307上，切换固定块405固定在铝方管306上端，其凸起处与切换板402配合，当切换板402弹出时与上凸出面配合时有最短行程，当切换板402收回是最长行程，这样就可以切换两个腿部长度。

其中，如图4与图5所示，每组足部机构5包括两个足部特定机构i501、直线短气缸502、两组线性滑轨503、前后侧两组固定夹板504、足部特定机构ii506，足部特定机构i501为底部为弧形的坡地行走脚掌，足部特定机构ii506为长条形的平地行走脚掌；足部特定机构i501对称位于左右两侧、足部特定机构ii506位于两足部特定机构i501之间，直线短气缸502的活塞杆末端与足部特定机构ii506顶部中间固定相连，直线短气缸502缸筒与铝方管306末端固定相连内，通过直线短气缸502切换足部特定机构i501与足部特定机构ii506；线性滑轨503竖立安装在足部特定机构ii506顶部两侧，线性滑轨503上安装与之对应的滑块ii505，滑块ii505侧端与足部特定机构i501固定相连，直线短气缸502活动时带动线性滑轨503上下移动且滑块ii505保持不动；固定夹板504将直线短气缸502缸筒、足部特定机构i501进行夹紧固定，使得直线短气缸502足部特定机构i501整体结构更加稳定。具体实施中，直线短气缸502活塞杆向上动作时，带动足部特定机构ii506上移，线性滑轨503相对滑块ii505向上移动，使得足部特定机构i501与地面接触、足部特定机构ii506悬空，此时由足部特定机构i501工作进行坡地爬行；直线短气缸502活塞杆向下动作时，带动线性滑轨503相对滑块ii505向下移动，使得足部特定机构ii506与地面接触、足部特定机构i501悬空，此时由足部特定机构ii506工作进行平地行走。

以上所述仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。