一種四足機(jī)器人單驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)體的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種四足機(jī)器人單驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)體，屬于仿生機(jī)器人的【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明包括前機(jī)體、柔性機(jī)體和后機(jī)體。柔性機(jī)體由位于最前端的單電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、同步齒形帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、連桿轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和環(huán)形支撐機(jī)構(gòu)構(gòu)成。本發(fā)明所述機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)四足機(jī)器人的機(jī)體具有一定仿生性。所述的單驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)體可輔助腿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)四足機(jī)器人靈活原地轉(zhuǎn)向功能，提高機(jī)器人適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的機(jī)動(dòng)性，具有柔性高，仿生效果好等特點(diǎn)。
【專利說明】一種四足機(jī)器人單驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)體
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種四足機(jī)器人單驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)體，屬于機(jī)器人【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著機(jī)器人技術(shù)的迅猛發(fā)展，對能在復(fù)雜環(huán)境下行走的特種機(jī)器人的需求日益增力口。由于四足生物在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下機(jī)動(dòng)性，四足機(jī)器人代替人類在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下執(zhí)行排雷、深空探測等任務(wù)，成為各國機(jī)器人學(xué)界研究的熱點(diǎn)。
[0003]大多數(shù)四足機(jī)器人機(jī)體為剛性整體結(jié)構(gòu)，雖然能通過腿機(jī)構(gòu)的多自由度及復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃來實(shí)現(xiàn)靈活運(yùn)動(dòng)，但不能滿足非結(jié)構(gòu)環(huán)境下機(jī)動(dòng)性要求。四足機(jī)器人機(jī)體的柔順化是提高四足機(jī)器人非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下運(yùn)動(dòng)機(jī)動(dòng)性和平穩(wěn)性的必然要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對已有技術(shù)存在的缺陷，提供了一種四足機(jī)器人單驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)體，體現(xiàn)四足機(jī)器人更高的結(jié)構(gòu)仿生，克服了傳統(tǒng)四足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)柔性差，機(jī)體仿生欠缺的問題。即在四足機(jī)器人機(jī)體部分創(chuàng)新設(shè)計(jì)若干關(guān)節(jié)，以構(gòu)成柔性脊椎提高四足機(jī)器人機(jī)動(dòng)性。同時(shí)采用單驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)體，避免了多驅(qū)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)柔性控制協(xié)調(diào)性問題。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種四足機(jī)器人單驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)體包括一個(gè)多關(guān)節(jié)機(jī)體，該多關(guān)節(jié)機(jī)體的前后端分別與前機(jī)體和后機(jī)體相連接。四條腿對稱布置于前機(jī)體和后機(jī)體的四個(gè)端部，其特征在于所述的多關(guān)節(jié)機(jī)體由若干關(guān)節(jié)組成，包括一個(gè)位于最前端的單電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、多個(gè)同步齒形帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、多個(gè)連桿機(jī)構(gòu)和多個(gè)環(huán)形支撐機(jī)構(gòu)構(gòu)成；所述單電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與同步齒形帶機(jī)構(gòu)通過連桿機(jī)構(gòu)聯(lián)接傳動(dòng)，并由環(huán)形支撐機(jī)構(gòu)柔性聯(lián)接。
[0005]所述的單電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括:電機(jī)、電機(jī)支座、螺栓1、螺栓2、支撐環(huán)1、支撐架1、聯(lián)軸器、軸1、軸2、連桿I和連桿2。電機(jī)本體通過螺栓I連接至電機(jī)支座上，電機(jī)支座和支撐環(huán)I通過螺栓2連接。支撐環(huán)I通過支撐架I與連桿I相連。聯(lián)軸器將電機(jī)軸和軸I相連。軸I通過螺紋與軸2相連。軸I和連桿I通過深溝球軸承I相連，使得軸I和連桿I可以相互轉(zhuǎn)動(dòng)。軸2通過螺栓3固連與連桿2。由于電機(jī)本體最終與連桿I是一個(gè)整體，電機(jī)的軸最終與連桿2是一個(gè)整體，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，連桿I就相對連桿2轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0006]所述的同步齒形帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括:軸3、同步齒形帶輪1、同步齒形帶輪2、同步齒形帶輪3、同步齒形帶1、同步齒形帶2、鍵1、鍵2、鍵3、連桿3。同步齒形帶輪I通過鍵I與軸I相連，同步齒形帶輪2通過鍵2與軸3相連，同步齒形帶輪3通過鍵3與軸3相連。同步齒形帶輪I和同步齒形帶輪2經(jīng)過同步齒形帶I傳遞。當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)軸I轉(zhuǎn)動(dòng)，同步齒形帶輪I跟隨軸I轉(zhuǎn)動(dòng)。通過同步齒形帶1，使同步齒形帶輪2 —起轉(zhuǎn)動(dòng),從而帶動(dòng)軸3轉(zhuǎn)動(dòng)。而軸3通過螺栓3與連桿3固連，這樣連桿2就相對與連桿3轉(zhuǎn)動(dòng)。同步齒形帶輪3和同步齒形帶2將運(yùn)動(dòng)往下一節(jié)傳遞。
[0007]所述的連桿機(jī)構(gòu)包括:連桿1、連桿2、連桿3、推力球軸承1、推力球軸承2。連桿I和連桿2通過推力球軸承I連接，連桿2和連桿3通過推力球軸承2連接。
[0008]所述的環(huán)形支撐機(jī)構(gòu)包括:支撐環(huán)2、支撐架2、深溝球軸承3、深溝球軸承4、軸3、軸4、軸端彈性擋圈。水平方向，支撐環(huán)2通過支撐架2與連桿2相連,豎直方向,底部軸4與支撐環(huán)2通過深溝球軸承3相連。頂部軸3與深溝球4相連，并用軸端彈性擋圈對深溝球軸承4進(jìn)行軸向限位。相鄰兩個(gè)支撐環(huán)之間由彈簧連接，支撐環(huán)外圍包裹一層仿生皮膚，當(dāng)機(jī)體運(yùn)動(dòng)時(shí)，外觀具有一定的仿生效果。
[0009]本發(fā)明所述機(jī)構(gòu)與現(xiàn)有機(jī)體機(jī)構(gòu)相比，具有如下顯而易見的創(chuàng)新性特點(diǎn):
一、本發(fā)明改變傳統(tǒng)四足機(jī)器人剛性機(jī)體的設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)出一款具有柔性的四足機(jī)器人機(jī)體?？蓴U(kuò)展用于其它仿生機(jī)器人設(shè)計(jì)中。
[0010]二、本發(fā)明改變仿生蛇、仿生魚多關(guān)節(jié)機(jī)體多驅(qū)動(dòng)，涉及一種單驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)體，避免多驅(qū)動(dòng)的控制協(xié)調(diào)性問題。
[0011]三、本發(fā)明所述機(jī)器人機(jī)體上設(shè)計(jì)有若干被動(dòng)關(guān)節(jié)，構(gòu)成柔性脊椎，提高四足機(jī)器人機(jī)動(dòng)性，具有仿生性，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)體的擺動(dòng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明一種單驅(qū)動(dòng)仿生機(jī)器人的多關(guān)節(jié)機(jī)體的示意圖。
[0013]圖2是本發(fā)明一種單驅(qū)動(dòng)仿生機(jī)器人的多關(guān)節(jié)機(jī)體俯視圖(圖3)的階梯剖視圖。
[0014]圖3是本發(fā)明一種單驅(qū)動(dòng)仿生機(jī)器人的多關(guān)節(jié)機(jī)體俯視圖。
[0015]圖4是本發(fā)明一種單驅(qū)動(dòng)仿生機(jī)器人的多關(guān)節(jié)機(jī)體頭兩節(jié)的放大圖。
[0016]圖5是本發(fā)明一種單驅(qū)動(dòng)仿生機(jī)器人的多關(guān)節(jié)機(jī)體在圖2中的斷面圖(B-B)。
[0017]圖6是本發(fā)明一種單驅(qū)動(dòng)仿生機(jī)器人的多關(guān)節(jié)機(jī)體在圖2中的斷面圖(C-C)。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明:
實(shí)施例1:
如圖1所示，本發(fā)明四足機(jī)器人單驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)體，包括一個(gè)多關(guān)節(jié)機(jī)體(II)，該多關(guān)節(jié)機(jī)體(II)的前后端分別與前機(jī)體(I )和后機(jī)體(III)相連接。四條腿對稱布置于前機(jī)體(I )和后機(jī)體(III)的四個(gè)端部，其特征在于所述的多關(guān)節(jié)機(jī)體(II)由若干關(guān)節(jié)組成，包括一個(gè)位于最前端的單電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(A)、多個(gè)同步齒形帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(B)、多個(gè)連桿機(jī)構(gòu)(C)和多個(gè)環(huán)形支撐機(jī)構(gòu)(D)構(gòu)成；所述單電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(A)與同步齒形帶機(jī)構(gòu)(B)通過連桿機(jī)構(gòu)(C)聯(lián)接傳動(dòng)，并由環(huán)形支撐機(jī)構(gòu)(D )柔性聯(lián)接。
[0019]實(shí)施例2:
參見圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6，本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處是:
所述的單驅(qū)動(dòng)四足仿生機(jī)器人的多關(guān)節(jié)機(jī)體，其特征在于所述的單電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(A)包括:電機(jī)(I)、電機(jī)支座(21)、螺栓I (2)、螺栓2 (31)、支撐環(huán)I (22)、支撐架I (23)、聯(lián)軸器(3)、軸I (6)、軸2 (12)、連桿I (8)和連桿2 (10)。電機(jī)(I)本體通過螺栓I (2)連接至電機(jī)支座(21)上，電機(jī)支座(21)和支撐環(huán)I (22)通過螺栓2 (31)連接。支撐環(huán)I
(22)通過支撐架I (23)與連桿I (8)相連。聯(lián)軸器(3)將電機(jī)(I)軸和軸I (6)相連。軸I (6)通過螺紋與軸2 (12)相連。軸I (6)和連桿I (8)通過深溝球軸承I (7)相連，使得軸I (6)和連桿I (8)可以相互轉(zhuǎn)動(dòng)。軸2 (12)通過螺栓3 (11)固連于連桿2 (10)。由于電機(jī)(I)本體最終與連桿I (8)是一個(gè)整體，電機(jī)(I)的軸最終與連桿2 (10)是一個(gè)整體，當(dāng)電機(jī)(I)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，連桿I (8)就相對連桿2 (10)轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0020]所述的同步齒形帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(B)包括:軸3 (30)、同步齒形帶輪I (4)、同步齒形帶輪2 (15)、同步齒形帶輪3 (19)、同步齒形帶I (17)、同步齒形帶2 (18)、鍵I (5)、鍵2
(16)、鍵3(20)、連桿3(30)。同步齒形帶輪I (4)通過鍵I (5)與軸I (6)相連，同步齒形帶輪2 (15)通過鍵2 (16)與軸3 (32)相連，同步齒形帶輪3 (19)通過鍵3 (20)與軸
3(30)相連。同步齒形帶輪I (4)和同步齒形帶輪2 (15)經(jīng)過同步齒形帶I (17)傳遞。當(dāng)電機(jī)(I)帶動(dòng)軸I (6)轉(zhuǎn)動(dòng)，同步齒形帶輪I (4)跟隨軸I (6)轉(zhuǎn)動(dòng)。通過同步齒形帶I
(17)，使同步齒形帶輪2(15) —起轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)軸3 (32)轉(zhuǎn)動(dòng)。而軸3 (30)通過螺栓
3(14)與連桿3 (30)固連，這樣連桿2 (10)就相對與連桿3 (32)轉(zhuǎn)動(dòng)。同步齒形帶輪3
(19)和同步齒形帶2 (18)將運(yùn)動(dòng)往下一節(jié)傳遞。
[0021]所述的連桿機(jī)構(gòu)(C)包括:連桿I (8)、連桿2 (10)、連桿3 (30)、推力球軸承I
(9)、推力球軸承2(13)。連桿I (8)和連桿2 (10)通過推力球軸承I (9)連接，連桿2
(10)和連桿3(30)通過推力球軸承2 (13)連接。
[0022]所述的環(huán)形支撐機(jī)構(gòu)(D)包括:支撐環(huán)2 (27)、支撐架2 (24)、深溝球軸承3 (26)、深溝球軸承4 (28)、軸3 (30)、軸4 (25)、軸端彈性擋圈(29)。水平方向，支撐環(huán)2 (27)通過支撐架2 (24)與連桿2 (10)相連，豎直方向，底部軸4 (25)與支撐環(huán)2 (27)通過深溝球軸承3 (26)相連。頂部軸3 (30)與深溝球4 (28)相連，并用軸端彈性擋圈(29)對深溝球軸承4 (28)進(jìn)行軸向限位。相鄰兩支撐環(huán)2 (27)之間彈簧(34)連接，支撐環(huán)2 (27)外圍包裹一層仿生皮膚，當(dāng)機(jī)體運(yùn)動(dòng)時(shí)，外觀具有一定仿生效果。
[0023]本發(fā)明單驅(qū)動(dòng)四足仿生機(jī)器人的多關(guān)節(jié)機(jī)體工作原理，結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】如下:由于電機(jī)(I)本體最終與連桿I (8)是一個(gè)整體，電機(jī)(I)的軸最終與連桿2 (12)是一個(gè)整體，當(dāng)電機(jī)(I)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，連桿I (8)就相對連桿2 (10)轉(zhuǎn)動(dòng)。通過同步齒形帶I (17)，使同步齒形帶輪2 (15) —起轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)軸3 (32)轉(zhuǎn)動(dòng)。而軸3 (32)通過螺栓3 (14)與連桿3 (30)固連，這樣連桿2 (10)就相對與連桿3 (30)轉(zhuǎn)動(dòng)。同步齒形帶輪3 (19)和同步齒形帶2 (18)將運(yùn)動(dòng)往下一節(jié)傳遞。
【權(quán)利要求】
1.一種四足機(jī)器人單驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)體，包括一個(gè)多關(guān)節(jié)機(jī)體(II)，該多關(guān)節(jié)機(jī)體(II)的前后端分別與前機(jī)體(I )和后機(jī)體(III)相連接。四條腿對稱布置于前機(jī)體(I )和后機(jī)體(III)的四個(gè)端部，其特征在于所述的多關(guān)節(jié)機(jī)體(II)由若干關(guān)節(jié)組成，包括一個(gè)位于最前端的單電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(A)、多個(gè)同步齒形帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(B)、多個(gè)連桿機(jī)構(gòu)(C)和多個(gè)環(huán)形支撐機(jī)構(gòu)(D)構(gòu)成；所述單電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(A)與同步齒形帶機(jī)構(gòu)(B)通過連桿機(jī)構(gòu)(C)聯(lián)接傳動(dòng)，并由環(huán)形支撐機(jī)構(gòu)(D)柔性聯(lián)接。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的四足機(jī)器人單驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)體，其特征在于所述的單電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(A)包括:電機(jī)(I)、電機(jī)支座(21)、螺栓I (2)、螺栓2 (31)、支撐環(huán)I (22)、支撐架I (23)、聯(lián)軸器(3)、軸I (6)、軸2 (12)、連桿I (8)和連桿2 (10)，電機(jī)(I)本體通過螺栓1(2)連接至電機(jī)支座(21)上，電機(jī)支座(21)和支撐環(huán)I (22)通過螺栓2 (31)連接；支撐環(huán)I (22)通過支撐架I (23)與連桿I (8)相連；聯(lián)軸器(3)將電機(jī)(I)軸和軸I (6)相連；軸I (6)通過螺紋與軸2 (12)相連；軸I (6)和連桿I (8)通過深溝球軸承1(7)相連，使得軸I (6)和連桿I (8)可以相互轉(zhuǎn)動(dòng)；軸2 (12)通過螺栓3 (11)固連于連桿2(10);由于電機(jī)(I)本體最終與連桿I (8)是一個(gè)整體，電機(jī)(I)的軸最終與連桿2 (10)是一個(gè)整體，當(dāng)電機(jī)(I)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，連桿I (8)就相對連桿2 (10)轉(zhuǎn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求書2所述的四足機(jī)器人單驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)體，其特征在于所述的同步齒形帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(B)包括:軸3 (30)、同步齒形帶輪I (4)、同步齒形帶輪2 (15)、同步齒形帶輪3 (19)、同步齒形帶I (17)、同步齒形帶2 (18)、鍵I (5)、鍵2 (16)、鍵3(20)和連桿3 (32);同步齒形帶輪I (4)通過鍵I (5)與所述軸I (6)相連，同步齒形帶輪2 (15)通過鍵2 (16)與軸3 (30)相連，同步齒形帶輪3 (19)通過鍵3 (20)與軸3 (30)相連；同步齒形帶輪I (4)和同步齒形帶輪2 (15)經(jīng)過同步齒形帶I (17)傳動(dòng)。當(dāng)電機(jī)(I)帶動(dòng)軸I (6)轉(zhuǎn)動(dòng)，同步齒形帶輪I (4)跟隨軸I (6)轉(zhuǎn)動(dòng)。通過同步齒形帶I (17)，使同步齒形帶輪2 (15) —起轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)軸3 (30)轉(zhuǎn)動(dòng)；而軸3 (30)通過螺栓3 (14)與連桿3(32)固連，這樣連桿2 (10)就相對與連桿3 (32)轉(zhuǎn)動(dòng)；同步齒形帶輪3 (19)和同步齒形帶2 (18)將運(yùn)動(dòng)往下一節(jié)傳遞。
4.根據(jù)權(quán)利要求書3所述的四足機(jī)器人單驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)體，其特征在于所述的連桿機(jī)構(gòu)(C)包括:所述連桿I (8)、所述連桿2 (10)、所述連桿3 (30)以及推力球軸承I (9)和推力球軸承2 (13)，所述連桿I (8)和連桿2 (10)通過推力球軸承I (9)連接，所述連桿2 (10)和連桿3 (30)通過推力球軸承2 (13)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求書4所述的四足機(jī)器人單驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)體，其特征在于所述的環(huán)形支撐機(jī)構(gòu)(D)包括:支撐環(huán)2 (27)、深溝球軸承3 (26)、深溝球軸承4 (28)、軸4 (25)和軸端彈性擋圈(29)，在水平方向，支撐環(huán)2 (27)通過所述支撐架2 (24)與所述連桿2 (10)相連，在豎直方向，底部軸4 (25)與支撐環(huán)2 (27)通過深溝球軸承3 (26)相連；頂部所述軸3 (30)與深溝球4 (28)相連，并用軸端彈性擋圈(29)對深溝球軸承4 (28)進(jìn)行軸向限位；相鄰兩個(gè)支撐環(huán)2 (27)之間彈簧連接，支撐環(huán)2 (27)外包裹仿生皮膚，當(dāng)機(jī)體運(yùn)動(dòng)時(shí)，外觀一定的仿生效果。
【文檔編號(hào)】B62D57/032GK103569234SQ201310389576
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月2日
【發(fā)明者】俞煌穎, 雷靜桃, 邵為爽, 王峰 申請人:上海大學(xué)