基于连杆共面的可原地转向四足机器人及控制系统

1.本发明涉及仿生机器人领域，尤其涉及基于连杆共面的可原地转向四足机器人及控制系统。

背景技术：

2.足式机器人相较于轮式机器人拥有更好的跨域障碍的能力，相较于履带式机器人又有较高的灵活性和机动能力，因此足式机器人兼具越障能力和机动性。
3.现有的四足机器人为了保证机身具有稳定的原地转向能力，通常会在腿部设置向外的偏移结构，使得腿部能够以向外产生偏移角度的方式进行转向，这种方式虽然能够进行稳定的转向，但是其动力结构更多，使得整体的结构更加复杂，在结构损坏时，需要花费更多的时间进行拆卸和维修，较为麻烦。

技术实现要素：

4.本发明针对现有技术存在的不足，提供了基于连杆共面的可原地转向四足机器人及控制系统，具体技术方案如下：
5.基于连杆共面的可原地转向四足机器人，包括：机身；第一舵机，所述第一舵机与机身固定；四个传动臂，四个所述传动臂的端部连线呈水平状态的矩形，四个所述传动臂分为两组，矩形对角线上的两个传动臂为一组，所述传动臂与第一舵机的旋转端固定；移动腿，所述移动腿的一端转动连接有连接件以及传动臂远离第一舵机的一端；所述第一舵机驱动两组所述传动臂做反向的往复运动以形成切向力驱动机身原地转向。
6.作为上述技术方案的改进，所述第一舵机的数量与四个传动臂一一对应，每个所述第一舵机的两端分别设置有第一连接件以及第二连接件。
7.作为上述技术方案的改进，所述连接件包括有第一连杆、第二连杆、第三连杆以及传动件，所述第一舵机的旋转端转动连接于传动件的中心位置，所述第一连杆的一端连接有第二舵机，所述第一连杆的另一端与第二连杆铰接，所述第二连杆的另一端与传动件铰接，所述第三连杆的一端与移动腿铰接，所述第三连杆的另一端与传动件铰接点设置于所述第一舵机旋转端的上方，所述第一连杆、第二连杆、第三连杆以及传动臂处于同一竖直平面上。
8.作为上述技术方案的改进，所述移动腿远离传动臂的一端连接有足部，所述足部的材质为橡胶材料。
9.基于连杆共面的可原地转向四足机器人控制系统，包括：控制模块，控制如上述技术方案中的基于连杆共面的可原地转向四足机器人；舵机驱动模块，用于控制第一舵机转动以使得两组所述传动臂做反向的往复运动以形成切向力驱动机身原地转向以及控制第二舵机转动以驱动移动腿抬放；无线通信模块，用于与移动控制器建立无线通信以进行无线控制；超声波模块，用于探测行进路径上的障碍；陀螺仪模块，用于检测机身的倾斜角度；摄像模块，用于拍摄行进路径上的环径情况。
10.作为上述技术方案的改进，所述控制模块包括有电路板以及集成于电路板上的控制芯片，所述舵机驱动模块、无线通信模块、超声波模块、陀螺仪模块以及摄像模块均与电路板电性连接。
11.本发明的有益效果：
12.1、通过将四组传动臂以对角线为分隔，形成两组传动结构，以第一舵机驱动两组传动结构进行反向的往复运动，这样两组传动臂同时作用，两组传动臂产生的力矩大小相同，方向相反，从而产生使机身转向的切向力矩，进而达到机身以及其自身的重心轴进行转向目的，这种结构无需额外的驱动结构既可以形成原地转向的功能，降低了结构的复杂程度，不仅方便了后期的维修，而且整体的造价更低。
13.2、通过设置的超声波模块以及摄像模块提供了机器人移动的路径检测功能，避免机器人移动过程中撞击障碍物，此外可以以无线通信模块进行无线控制，配合陀螺仪可以达到在楼梯上进行上下移动的目的。
附图说明
14.图1为本发明的基于连杆共面的可原地转向四足机器人的第一种视角的结构示意图；
15.图2为图1中a处的放大结构示意图；
16.图3为本发明的基于连杆共面的可原地转向四足机器人的第二种视角的结构示意图；
17.图4为本发明的基于连杆共面的可原地转向四足机器人的第三种视角的结构示意图；
18.图5为本发明的基于连杆共面的可原地转向四足机器人控制系统的原理框图。
19.附图标记：10、机身；11、第一连接件；12、第二连接件；20、第一舵机；21、传动件；22、第一连杆；23、第二连杆；24、第三连杆；30、传动臂；40、移动腿；41、足部；50、第二舵机；60、控制模块；61、舵机驱动模块；62、控制芯片；63、无线通信模块；64、超声波模块；65、陀螺仪模块；66、摄像模块。
具体实施方式
20.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
21.现有的四足机器人为了保证机身具有稳定的原地转向能力，通常会在腿部设置向外的偏移结构，使得腿部能够以向外产生偏移角度的方式进行转向，这种方式虽然能够进行稳定的转向，但是其动力结构更多，使得整体的结构更加复杂，在结构损坏时，需要花费更多的时间进行拆卸和维修，较为麻烦。
22.实施例一
23.为了解决上述技术问题，请参阅图1-4，提供一种基于连杆共面的可原地转向四足机器人，包括：机身10，第一舵机20、四个传动臂30以及移动腿40。
24.具体的，第一舵机20与机身10固定，四个传动臂30的端部连线呈水平状态的矩形，
四个传动臂30分为两组，矩形对角线上的两个传动臂30为一组，传动臂30与第一舵机20的旋转端固定，移动腿40的一端转动连接有连接件以及传动臂30远离第一舵机20的一端，第一舵机20驱动两组传动臂30做反向的往复运动以形成切向力驱动机身10原地转向。
25.即将对角线上的两个传动臂30作为一组结构进行同步运动，当第一舵机20控制两组传动臂30进行交替的往复运动时，这样能够实现前进和后退的功能，而当两组传动臂30同步运动，并且以相反的方向进行运动时，这种情况下会导致两组传动臂产生的力矩大小相同，方向相反，从而形成使得机身10转向的切向力矩，而由于两组传动臂30为往复的运动状态，即两组传动臂30始终在运动，这就导致，机身10不断因为切向力矩而产生偏向，直至完成转向的角度，达到原地转向的目的。
26.而控制机身10前进或者后退时，将两组传动臂30交替前移或者交替后退即可，相对于转向的操作来说，前进和后退更加简单。
27.在一个实施例中，请参阅图2，连接件包括有第一连杆22、第二连杆23、第三连杆24以及传动件21，第一舵机20的旋转端转动连接于传动件21的中心位置，第一连杆22的一端连接有第二舵机50，第一连杆22的另一端与第二连杆23铰接，第二连杆23的另一端与传动件21铰接，第三连杆24的一端与移动腿40铰接，第三连杆24的另一端与传动件21铰接点设置于第一舵机20旋转端的上方，所述第一连杆22、第二连杆23、第三连杆24以及传动臂30处于同一竖直平面上。
28.即由于第一舵机20的旋转端连接传动臂30，因此结合说明书附图2可知，此处的传动臂30与传动件21在同一个轴心上，但是传动件21与第一舵机20的旋转端并未固定，即传动臂30跟随第一舵机20的旋转端转动，而传动件21则不会跟随转动，此处传动件21与第一舵机20之间可以采用轴贯穿的方式进行连接，也可以采用轴承在第一舵机20的旋转端端部进行连接，需要保证传动件21能够在第一舵机20的旋转端的外侧进行转动。
29.传动件21通常是以两块平面板体组合而成，这样可以将对应的第二连杆23与第三连杆24设置在两块平面板体之间，以板体限制第二连杆23与第三连杆24的位置，其铰接的方式可以采用贯穿两块平面板体表面的销轴，在保证结构连接稳定的情况下，方便后续的拆卸。
30.在此基础上，可以知晓第一舵机20仅控制传动臂30的转动，而第二舵机50能够控制第一连杆22转动，转动的第一连杆22会拉扯传动件21，即使得传动件21在第一舵机20的旋转端外侧旋转，当传动件21产生逆时针旋转时，旋转的传动件21会对第三连杆24进行挤压，这会使得第三连杆24与移动腿40之间的夹角缩小，由于传动件21与第三连杆24不接触地面，且移动腿40与传动臂30之间的距离为固定的状态，因此反馈到结构上，就会形成移动腿40抬起的情况，而当传动件21产生顺时针旋转时，旋转的传动件21则会对第三连杆24拉扯，此时第三连杆24与移动腿40之间的夹角扩大，同样因为传动件21与第三连杆24不接触地面，且移动腿40与传动臂30之间的距离为固定的状态，反馈到结构上会形成移动腿40放下的情况，两个动作配合，形成抬腿、放腿的功能。
31.在一个实施例中，请参阅图4，第一舵机20的数量与四个传动臂30一一对应，每个第一舵机20的两端分别设置有第一连接件11以及第二连接件12。
32.第一连接件11与第二连接件12用于对第一舵机20进行位置限制，即限制机身10两侧的对应的两个第一舵机20的轴心在一个水平轴线上，并且能够作为配重物稳定机身10。
33.在一个实施例中，请参阅图1、3、4，为了保证移动腿40与地面接触的稳定性，移动腿40远离传动臂30的一端连接有足部41，足部41的材质为橡胶材料，橡胶材料的设置能够加大移动腿40与地面接触的摩擦力，从而使得移动腿40与地面的接触更加稳定。
34.实施例二
35.为了与实施例一中的基于连杆共面的可原地转向四足机器人配合，请参阅图5，提供一种基于连杆共面的可原地转向四足机器人控制系统，包括：控制模块60、舵机驱动模块61、无线通信模块63、超声波模块64、陀螺仪模块65以及摄像模块66。
36.控制模块60控制如实施例一的基于连杆共面的可原地转向四足机器人，舵机驱动模块61用于控制第一舵机20转动以使得两组所述传动臂30做反向的往复运动以形成切向力驱动机身10原地转向以及控制第二舵机50转动以驱动移动腿40抬放，无线通信模块63用于与移动控制器建立无线通信以进行无线控制，超声波模块64用于探测行进路径上的障碍，陀螺仪模块65用于检测机身10的倾斜角度，摄像模块66用于拍摄行进路径上的环径情况。
37.通过控制模块60进行信号的识别，根据信号控制第一舵机20、第二舵机50转动，从而达到控制传动臂30与移动腿40配合形成抬腿、方腿、前进、后退的功能，当需要进行转向时，可以通过控制模块60控制对角线上的两组传动臂30同步运动，并且运动的方向相反，这种情况下会导致两组传动臂30产生的力矩大小相同，方向相反，从而形成使得机身10转向的切向力矩，而由于两组传动臂30为往复的运动状态，即两组传动臂30始终在运动，这就导致，机身10不断因为切向力矩而产生偏向，直至完成转向的角度，达到转向的目的。
38.上述操作通常以无线的方式进行信号传递，即无线通信模块63接受无线信号，再将无线信号输入至控制模块60，控制模块60识别信号后，控制第一舵机20以及第二舵机50进行相应的动作，行进过程中，通过摄像模块66拍摄周围情况，并通过超声波模块64辅助检测路面障碍，将数据传递给控制模块60后，分析可行路径，并控制第一舵机20、第二舵机50进行相应的动作。
39.在一个实施例中，控制模块60包括有电路板以及集成于电路板上的控制芯片62，舵机驱动模块61、无线通信模块63、超声波模块64、陀螺仪模块65以及摄像模块66均与电路板电性连接，即舵机驱动模块61、无线通信模块63、超声波模块64、陀螺仪模块65以及摄像模块66与控制芯片62之间的信号是通过电路板内部刻蚀的电路进行传递的。
40.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.基于连杆共面的可原地转向四足机器人，其特征在于，包括：机身(10)；第一舵机(20)，所述第一舵机(20)与机身(10)固定；四个传动臂(30)，四个所述传动臂(30)的端部连线呈水平状态的矩形，四个所述传动臂(30)分为两组，矩形对角线上的两个传动臂(30)为一组，所述传动臂(30)与第一舵机(20)的旋转端固定；移动腿(40)，所述移动腿(40)的一端转动连接有连接件以及传动臂(30)远离第一舵机(20)的一端；所述第一舵机(20)驱动两组所述传动臂(30)做反向的往复运动以形成切向力驱动机身(10)原地转向。2.根据权利要求1所述的基于连杆共面的可原地转向四足机器人，其特征在于：所述第一舵机(20)的数量与四个传动臂(30)一一对应，每个所述第一舵机(20)的两端分别设置有第一连接件(11)以及第二连接件(12)。3.根据权利要求1所述的基于连杆共面的可原地转向四足机器人，其特征在于：所述连接件包括有第一连杆(22)、第二连杆(23)、第三连杆(24)以及传动件(21)，所述第一舵机(20)的旋转端转动连接于传动件(21)的中心位置，所述第一连杆(22)的一端连接有第二舵机(50)，所述第一连杆(22)的另一端与第二连杆(23)铰接，所述第二连杆(23)的另一端与传动件(21)铰接，所述第三连杆(24)的一端与移动腿(40)铰接，所述第三连杆(24)的另一端与传动件(21)铰接点设置于所述第一舵机(20)旋转端的上方，所述第一连杆(22)、第二连杆(23)、第三连杆(24)以及传动臂(30)处于同一竖直平面上。4.根据权利要求3所述的基于连杆共面的可原地转向四足机器人，其特征在于：所述移动腿(40)远离传动臂(30)的一端连接有足部(41)，所述足部(41)的材质为橡胶材料。5.基于连杆共面的可原地转向四足机器人控制系统，其特征在于，包括：控制模块(60)，控制如权利要求4所述的基于连杆共面的可原地转向四足机器人；舵机驱动模块(61)，用于控制第一舵机(20)转动以使得两组所述传动臂(30)做反向的往复运动以形成切向力驱动机身(10)原地转向以及控制第二舵机(50)转动以驱动移动腿(40)抬放；无线通信模块(63)，用于与移动控制器建立无线通信以进行无线信号传输；超声波模块(64)，用于探测行进路径上的障碍；陀螺仪模块(65)，用于检测机身(10)的倾斜角度；摄像模块(66)，用于拍摄行进路径上的环径情况。6.根据权利要求5所述的基于连杆共面的可原地转向四足机器人控制系统，其特征在于：所述控制模块(60)包括有电路板以及集成于电路板上的控制芯片(62)，所述舵机驱动模块(61)、无线通信模块(63)、超声波模块(64)、陀螺仪模块(65)以及摄像模块(66)均与电路板电性连接。

技术总结

本发明涉及仿生机器人领域，尤其涉及基于连杆共面的可原地转向四足机器人及转向控制系统，具体的，基于连杆共面的可原地转向四足机器人中包括：机身，第一舵机、四个传动臂以及移动腿。本发明通过将四组传动臂以对角线为分隔，形成两组传动结构，以第一舵机驱动两组传动结构进行反向的往复运动，这样两组传动臂同时作用，两组传动臂产生的力矩大小相同，方向相反，从而产生使机身转向的切向力矩，进而达到机身以及其自身的重心轴进行转向目的，这种结构无需额外的驱动结构既可以形成原地转向的功能，降低了结构的复杂程度，不仅方便了后期的维修，而且整体的造价更低。而且整体的造价更低。而且整体的造价更低。