一种适应多地形自平衡四足机器人

1.本发明涉及一种适应多地形自平衡四足机器人。

背景技术：

2.四足机器人是目前机器人研究领域的热点，与双足、轮式等其他移动式机器人相比,四足机器人具有运动灵活、复杂环境适应性强等优势。但目前四足机器人大多数采用刚性腰部结构，使得四足机器人姿态有限。

技术实现要素：

3.为解决上述技术问题，本发明提供一种适应多地形自平衡四足机器人。
4.本发明采用以下技术方案
5.一种适应多地形自平衡四足机器人，包括前机身和后机身，所述前机身和所述后机身均设有并联腿部，所述前机身和所述后机身均设有用于驱动所述并联腿部运动的驱动模块，所述前机身和后机身均设有用于使自身平衡的左右平衡模块和前后平衡模块，所述前机身和所述后机身之间通过并联柔性腰部连接，所述并联柔性腰部包括伸缩连接结构、前连接板和后连接板，所述前连接板和所述前机身连接，所述后连接板和所述后机身连接，所述伸缩连接结构设在所述前连接板和所述后连接板之间，所述伸缩连接结构一端和所述前连接板可转动的连接，所述伸缩连接结构另一端和所述后连接板可转动的连接，所述伸缩连接结构设有至少一个。
6.可选地，所述伸缩连接结构包括电缸驱动电机、腰部电缸体、腰部电缸前杠，所述腰部电缸前杠和所述腰部电缸体滑动的连接，所述电缸驱动电机安装于所述腰部电缸体，所述电缸驱动电机驱动所述腰部电缸前杠相对于所述腰部电缸体滑动，所述腰部电缸体和所述后连接板可转动的连接，所述腰部电缸前杠和所述前连接板通过第一连接件可转动的连接。
7.可选地，所述后连接板的尺寸大于所述前连接板的尺寸，使多个所述伸缩连接结构从后连接板向所述前连接板聚拢，所述伸缩连接结构设有六个，所述后连接板设有腰部控制器，所述腰部控制器和所述电缸驱动电机电连接。
8.可选地，所述前机身包括上挡板、下挡板、前挡板和后挡板，所述上挡板、所述下挡板、所述前挡板和所述后挡板之间围合成一个容置空间，所述左右平衡模块和所述前后平衡模块设于所述容置空间内。
9.可选地，所述左右平衡模块包括平衡轮、保护壳、旋转驱动电机，所述上挡板左右两侧均设有弯折部，所述弯折部垂直设置两固定板，所述固定板设有连接孔，所述保护壳两端均设有连接轴，所述连接轴设在所述连接孔内使保护壳和所述固定板可转动的连接，所述旋转驱动电机安装于所述保护壳，所述平衡轮设在所述保护壳内，所述旋转驱动电机的输出轴和所述平衡轮固定连接。
10.可选地，所述前后平衡模块包括动力电机、电缸体和电缸配重杆，所述电缸体通过
电缸支撑架安装于所述下挡板，所述电缸配重杆和所述电缸体滑动的连接，所述动力电机安装于所述电缸体/所述下挡板，所述动力电机驱动所述电缸配重杆相对于所述电缸体滑动的连接。
11.可选地，所述并联腿部包括腿部模块和爪部模块，所述腿部模块包括第一大腿杆、第二大腿杆、第一小腿杆和第二小腿杆，所述第一大腿杆的一端和所述驱动模块连接，所述第一大腿杆的另一端和所述第一小腿杆的一端可转动的连接，所述第一小腿杆的另一端和所述爪部模块可转动的连接，所述第二大腿杆的一端和所述驱动模块连接，所述第二大腿杆的另一端和所述第二小腿杆的一端可转动的连接，所述第二小腿杆的另一端和所述爪部模块可转动的连接。
12.可选地，所述前机身包括前挡板和后挡板，所述驱动模块包括外电机、内电机、内电机箱，所述外电机安装于所述后挡板，所述内电机箱设在前挡板和后挡板之间并且和前挡板通过连接杆可转动的连接，所述内电机箱和所述外电机的输出轴固定连接，所述内电机设在内电机箱内，内电机设有两个，所述第一大腿杆的一端通过电机法兰和其中一个所述内电机的输出轴固定连接，所述第二大腿杆的一端通过电机法兰和另一个所述内电机的输出轴固定连接。
13.可选地，所述爪部模块包括小腿上板和小腿下板，所述小腿上板和所述小腿下板之间设有支撑件，所述小腿上板和所述小腿下板之间设有气动肌肉，所述小腿上板设有用于控制所述气动肌肉收缩的气动元件，所述小腿下板设有爪末端，所述爪末端和所述小腿下板通过第二连接件连接，所述第二连接件一端和所述小腿下板可转动的连接，所述第二连接件另一端和所述爪末端可转动的连接，所述爪末端设有带槽轮，所述气动肌肉通过肌肉绳和所述带槽轮连接。
14.可选地，所述肌肉绳和所述带槽轮啮合，所述肌肉绳一端和一个所述气动肌肉连接，所述肌肉绳另一端和另一个所述气动肌肉连接，所述爪末端设有缓冲吸盘，所述小腿下板设有用于控制缓冲吸盘收缩的真空吸附系统元件，所述爪末端和所述小腿下板之间设有弹簧。
15.采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
16.采用上述技术方案，并联柔性腰部由伸缩连接结构组成，并且伸缩连接结构和前机身和后机身可转动的连接，使前机身和后机身可相对偏移，能够实现四足机器人的多种姿态。
附图说明
17.图1为本发明四足机器人的整体示意图；
18.图2为本发明前机身的内部示意图；
19.图3为本发明上挡板的示意图；
20.图4为本发明左右平衡模块的示意图；
21.图5为本发明前后平衡模块的示意图；
22.图6为本发明并联柔性腰部的示意图；
23.图7为并联腿部的示意图；
24.图8为爪部模块的示意图之一；
25.图9为爪部模块的示意图之二。
26.示意图中的标号说明：
27.1、前机身；11、上挡板；111、弯折部；112、固定板；113、连接孔；114、第一角位移传感器；12、下挡板；121、第二角位移传感器；122、电缸支撑架；13、前挡板；131、电源模块；14、后挡板；141、外电机；142、内电机；143、内电机箱；1431、连接杆；144、电机法兰；2、后机身；3、并联柔性腰部；31、前连接板；32、后连接板；321、腰部控制器；4、伸缩连接结构；41、电缸驱动电机；42、腰部电缸体；43、腰部电缸前杠；44、第一连接件；5、并联腿部；51、第一大腿杆；52、第二大腿杆；53、第一小腿杆；54、第二小腿杆；55、小腿上板；551、气动元件；56、小腿下板；561、真空吸附系统元件；57、支撑件；58、气动肌肉；59、爪末端；591、带槽轮；592、肌肉绳；593、弹簧；594、缓冲吸盘；595、第二连接件；5951、螺栓；61、平衡轮；62、保护壳；621、连接轴；63、旋转驱动电机；64、动力电机；65、电缸体；66、电缸配重杆。
具体实施方式
28.为进一步了解本发明的内容，结合附图1-9及实施例对本发明作详细描述。
29.结合附图1-9，本实施例的一种适应多地形自平衡四足机器人，包括前机身1和后机身2，前机身1和后机身2均设有并联腿部5，前机身1和后机身2均设有用于驱动并联腿部5运动的驱动模块。前机身1和后机身2均设有用于使自身平衡的左右平衡模块和前后平衡模块。前机身1和后机身2之间通过并联柔性腰部3连接，并联柔性腰部3包括伸缩连接结构4、前连接板31和后连接板32，前连接板31和前机身1连接，后连接板32和后机身2连接，伸缩连接结构4设在前连接板31和后连接板32之间，伸缩连接结构4一端和前连接板31可转动的连接，伸缩连接结构4另一端和后连接板32可转动的连接，伸缩连接结构4设有至少一个。具体应用时，伸缩连接结构4设有六个。
30.结合附图6，伸缩连接结构4包括电缸驱动电机41、腰部电缸体42、腰部电缸前杠43，腰部电缸前杠43和腰部电缸体42滑动的连接，电缸驱动电机41安装于腰部电缸体42，电缸驱动电机41驱动腰部电缸前杠43相对于腰部电缸体42滑动，腰部电缸体42和后连接板32可转动的连接，腰部电缸前杠43和前连接板31通过第一连接件44可转动的连接。
31.后连接板32的尺寸大于前连接板31的尺寸，使多个伸缩连接结构4从后连接板32向前连接板31聚拢。伸缩连接结构4设有六个，后连接板32设有腰部控制器321，腰部控制器321和电缸驱动电机41电连接。机器人设有总控制器，总控制器和腰部控制器321电连接，当前机身1和后机身2发生相对偏转时，总控制器会发出指令给腰部控制器321，腰部控制器321控制伸缩连接结构4做不同程度的伸缩运动，以适应前机身1和后机身2的相对偏转角度。
32.前机身1包括上挡板11、下挡板12、前挡板13和后挡板14，上挡板11、下挡板12、前挡板13和后挡板14之间围合成一个容置空间，左右平衡模块和前后平衡模块设于容置空间内。
33.结合附图3和4，左右平衡模块包括平衡轮61、保护壳62、旋转驱动电机63。上挡板11左右两侧均设有弯折部111，两侧的弯折部111均垂直设置有两固定板112，两固定板112均设有连接孔113，保护壳62两端均设有连接轴621，连接轴621设在两固定板112的连接孔113内使保护壳62和固定板112可转动的连接。旋转驱动电机63安装于保护壳62，平衡轮61
设在保护壳62内，旋转驱动电机63的输出轴和平衡轮61固定连接。保护壳62和平衡轮61之间具有空间，以方便平衡轮61转动。固定板112设有第一角位移传感器114，前挡板13上设有和第一角位移传感器114电连接的电源模块131、控制与通讯模块。当机器人的两侧不在同一水平线上时，保护壳62会产生角位移。第一角位移传感器114收集机器人的竖直角度偏移量，并将竖直角度偏移量传递给控制与通讯模块，控制与通讯模块通过旋转驱动电机63控制平衡轮61及保护壳62的转动方向，促使机器人两侧趋于一致高度。平衡轮61转动会引起保护壳62转动。总控制器包括电源模块131、控制与通讯模块。
34.结合附图5，前后平衡模块包括动力电机64、电缸体65和电缸配重杆66，电缸体65通过电缸支撑架122安装于下挡板12，电缸配重杆66和电缸体65滑动的连接，动力电机64安装于电缸体65/下挡板12，动力电机64驱动电缸配重杆66相对于电缸体65滑动的连接。下挡板12设有第二角位移传感器121，第二角位移传感器121和总控制器电连接。当机器人前后方向的角度发生偏移时，第二角位移传感器121收集机器人的偏移量并向总控制器发送信号，总控制器接收到第二角位移传感器121的信号，进而控制电缸配重杆66的伸缩程度，调整机器人重心，实现机器人前后方向的平衡。
35.结合附图7，并联腿部5包括腿部模块和爪部模块，腿部模块包括第一大腿杆51、第二大腿杆52、第一小腿杆53和第二小腿杆54，第一大腿杆51的一端和驱动模块连接，第一大腿杆51的另一端和第一小腿杆53的一端可转动的连接，第一小腿杆53的另一端和爪部模块可转动的连接，第二大腿杆52的一端和驱动模块连接，第二大腿杆52的另一端和第二小腿杆54的一端可转动的连接，第二小腿杆54的另一端和爪部模块可转动的连接。
36.结合附图2，驱动模块包括外电机141、内电机142、内电机箱143，外电机141安装于后挡板14，内电机箱143设在前挡板13和后挡板14之间并且和前挡板13通过连接杆1431可转动的连接，内电机箱143和外电机141的输出轴固定连接。内电机142设在内电机箱143内，内电机142设有两个，第一大腿杆51的一端通过电机法兰144和其中一个内电机142的输出轴固定连接，第二大腿杆52的一端通过电机法兰144和另一个内电机142的输出轴固定连接。驱动模块和总控制器电连接。
37.爪部模块包括小腿上板55和小腿下板56，小腿上板55和小腿下板56之间设有支撑件57，用于支撑小腿上板55和小腿下板56。第一小腿杆53的另一端和小腿上板55铰接，第二小腿杆54的另一端和小腿上板55铰接。小腿上板55和小腿下板56之间设有气动肌肉58，小腿上板55设有用于控制气动肌肉58收缩的气动元件551。小腿下板56设有爪末端59，爪末端59和小腿下板56通过第二连接件595连接，第二连接件595一端和小腿下板56可转动的连接，第二连接件595另一端和爪末端59可转动的连接。第二连接件595和小腿下板56通过螺栓5951或螺钉连接，第二连接件595另一端和爪末端59通过螺栓5951或螺钉连接。爪末端59设有带槽轮591，气动肌肉58通过肌肉绳592和带槽轮591连接。肌肉绳592和带槽轮591啮合，肌肉绳592一端和一个气动肌肉58连接，肌肉绳592另一端和另一个气动肌肉58连接。两个气动肌肉58通过收缩拉扯肌肉绳592可使爪末端59相对于小腿下板56转动固定角度。爪末端59设有多个，多个爪末端59周向排列在小腿下板56下。相应的，小腿上板55和小腿下板56之间设有多个气动肌肉58。
38.爪末端59设有多个缓冲吸盘594，缓冲吸盘594成阵列分布在爪末端59上，小腿下板56设有用于控制缓冲吸盘594收缩的真空吸附系统元件561。气动元件551和真空吸附系
统元件561均与总控制器电连接。爪末端59和小腿下板56之间设有弹簧593。
39.结合附图8，当机器人在平坦路面行进时，控制成对气动肌肉58收缩带动带槽轮591的运动，使多个爪末端59同时旋转处于收紧状态，此时弹簧593处于压缩状态，弹簧593在爪末端59和小腿下板56之间起到支撑作用。结合附图9，当机器人在光滑且有坡度路面行进时，气动肌肉58伸长带动带槽轮591运动，使多个爪末端59同时旋转处于伸张状态，此时弹簧593处于拉伸状态，弹簧593在爪末端59和小腿下板56之间起到拉扯作用，使得爪末端59与地面接触面之间增大压力，使爪末端59和地面贴合。此时，真空吸附系统元件561启动控制缓冲吸盘594变形，使得机器人在光滑地面稳固。缓冲吸盘594为可变形元件，在接触不平坦地面时能发生变形，可以贴合地面。
40.以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种适应多地形自平衡四足机器人，包括前机身和后机身，所述前机身和所述后机身均设有并联腿部，所述前机身和所述后机身均设有用于驱动所述并联腿部运动的驱动模块，其特征在于，所述前机身和后机身均设有用于使自身平衡的左右平衡模块和前后平衡模块，所述前机身和所述后机身之间通过并联柔性腰部连接，所述并联柔性腰部包括伸缩连接结构、前连接板和后连接板，所述前连接板和所述前机身连接，所述后连接板和所述后机身连接，所述伸缩连接结构设在所述前连接板和所述后连接板之间，所述伸缩连接结构一端和所述前连接板可转动的连接，所述伸缩连接结构另一端和所述后连接板可转动的连接，所述伸缩连接结构设有至少一个。2.根据权利要求1所述的一种适应多地形自平衡四足机器人，其特征在于，所述伸缩连接结构包括电缸驱动电机、腰部电缸体、腰部电缸前杠，所述腰部电缸前杠和所述腰部电缸体滑动的连接，所述电缸驱动电机安装于所述腰部电缸体，所述电缸驱动电机驱动所述腰部电缸前杠相对于所述腰部电缸体滑动，所述腰部电缸体和所述后连接板可转动的连接，所述腰部电缸前杠和所述前连接板通过第一连接件可转动的连接。3.根据权利要求2所述的一种适应多地形自平衡四足机器人，其特征在于，所述后连接板的尺寸大于所述前连接板的尺寸，使多个所述伸缩连接结构从后连接板向所述前连接板聚拢，所述伸缩连接结构设有六个，所述后连接板设有腰部控制器，所述腰部控制器和所述电缸驱动电机电连接。4.根据权利要求1所述的一种适应多地形自平衡四足机器人，其特征在于，所述前机身包括上挡板、下挡板、前挡板和后挡板，所述上挡板、所述下挡板、所述前挡板和所述后挡板之间围合成一个容置空间，所述左右平衡模块和所述前后平衡模块设于所述容置空间内。5.根据权利要求4所述的一种适应多地形自平衡四足机器人，其特征在于，所述左右平衡模块包括平衡轮、保护壳、旋转驱动电机，所述上挡板左右两侧均设有弯折部，所述弯折部垂直设置两固定板，所述固定板设有连接孔，所述保护壳两端均设有连接轴，所述连接轴设在所述连接孔内使保护壳和所述固定板可转动的连接，所述旋转驱动电机安装于所述保护壳，所述平衡轮设在所述保护壳内，所述旋转驱动电机的输出轴和所述平衡轮固定连接。6.根据权利要求4所述的一种适应多地形自平衡四足机器人，其特征在于，所述前后平衡模块包括动力电机、电缸体和电缸配重杆，所述电缸体通过电缸支撑架安装于所述下挡板，所述电缸配重杆和所述电缸体滑动的连接，所述动力电机安装于所述电缸体/所述下挡板，所述动力电机驱动所述电缸配重杆相对于所述电缸体滑动的连接。7.根据权利要求1-6任一所述的一种适应多地形自平衡四足机器人，其特征在于，所述并联腿部包括腿部模块和爪部模块，所述腿部模块包括第一大腿杆、第二大腿杆、第一小腿杆和第二小腿杆，所述第一大腿杆的一端和所述驱动模块连接，所述第一大腿杆的另一端和所述第一小腿杆的一端可转动的连接，所述第一小腿杆的另一端和所述爪部模块可转动的连接，所述第二大腿杆的一端和所述驱动模块连接，所述第二大腿杆的另一端和所述第二小腿杆的一端可转动的连接，所述第二小腿杆的另一端和所述爪部模块可转动的连接。8.根据权利要求7所述的一种适应多地形自平衡四足机器人，其特征在于，所述前机身包括前挡板和后挡板，所述驱动模块包括外电机、内电机、内电机箱，所述外电机安装于所述后挡板，所述内电机箱设在前挡板和后挡板之间并且和前挡板通过连接杆可转动的连接，所述内电机箱和所述外电机的输出轴固定连接，所述内电机设在内电机箱内，内电机设
有两个，所述第一大腿杆的一端通过电机法兰和其中一个所述内电机的输出轴固定连接，所述第二大腿杆的一端通过电机法兰和另一个所述内电机的输出轴固定连接。9.根据权利要求7所述的一种适应多地形自平衡四足机器人，其特征在于，所述爪部模块包括小腿上板和小腿下板，所述小腿上板和所述小腿下板之间设有支撑件，所述小腿上板和所述小腿下板之间设有气动肌肉，所述小腿上板设有用于控制所述气动肌肉收缩的气动元件，所述小腿下板设有爪末端，所述爪末端和所述小腿下板通过第二连接件连接，所述第二连接件一端和所述小腿下板可转动的连接，所述第二连接件另一端和所述爪末端可转动的连接，所述爪末端设有带槽轮，所述气动肌肉通过肌肉绳和所述带槽轮连接。10.根据权利要求9所述的一种适应多地形自平衡四足机器人，其特征在于，所述肌肉绳和所述带槽轮啮合，所述肌肉绳一端和一个所述气动肌肉连接，所述肌肉绳另一端和另一个所述气动肌肉连接，所述爪末端设有缓冲吸盘，所述小腿下板设有用于控制缓冲吸盘收缩的真空吸附系统元件，所述爪末端和所述小腿下板之间设有弹簧。

技术总结

本发明提供了一种适应多地形自平衡四足机器人，包括前机身和后机身，所述前机身和所述后机身均设有并联腿部，所述前机身和所述后机身均设有用于驱动所述并联腿部运动的驱动模块，所述前机身和后机身均设有用于使自身平衡的左右平衡模块和前后平衡模块，所述前机身和所述后机身之间通过并联柔性腰部连接，所述并联柔性腰部包括伸缩连接结构、前连接板和后连接板，所述前连接板和所述前机身连接，所述后连接板和所述后机身连接，所述伸缩连接结构设在所述前连接板和所述后连接板之间，所述伸缩连接结构一端和所述前连接板可转动的连接，所述伸缩连接结构另一端和所述后连接板可转动的连接，所述伸缩连接结构设有至少一个。所述伸缩连接结构设有至少一个。所述伸缩连接结构设有至少一个。