一种基于混联连杆弹簧腿结构的四足机器人

1.本实用新型涉及机器人技术领域，具体涉及一种基于混联连杆弹簧腿结构的四足机器人。

背景技术：

2.机器人是一种高科技，集自动化，智能化的产物，其涉及方面非常广阔，不仅综合了机械、计算机、自动控制等方面，还结合当代热点的人工智能与其传感器进行信息处理，是集多学科交叉融合的机电一体化系统。
3.足式机器人常见的腿部机构有单足，双足，四足和六足。四足机器人拥有比双足机器人复杂的结构，其运动控制比双足机器人要求较高，承载能力比双足机器人要大，与六足机器人相比拥有结构简单、运动灵活等特点，更容易维护和实现等优点。
4.四足机器人拥有较强的机动性、稳定性、地形适应能力以及负载能力，其可成为移动承载平台，在侦察、军事装备运载及伤员搜救与运载等反恐、军事斗争及灾后搜救等复杂地形领域以及大负载应用领域具有广泛的应用前景。
5.通常四足机器人采用的是关节型刚性腿，能看出明显的关节结构，该四足承载能力较小，通常在关节处安装驱动元件(如电机)来驱动腿部运动，因而腿部关节越多，安装的驱动元件越多，腿部重量越大，惯量也越大，故机器人整体的机动性大大降低，接着，机器人在正常行走中足底受到地面的冲击力和机体受到的冲击加速度非常大，造成机器人腿部磨损较大，严重影响机器人的寿命，同时增加了系统的不稳定性，使机器人难以控制，严重时甚至可能损坏控制系统，并且，刚性腿落地的巨大的冲击也会造成腿部关节间隙增大，降低机器人的控制精度。

技术实现要素：

6.本实用新型的目的是基于以上缘由，针对目前四足机器人对于重载、低能耗等需求，提供一种基于混联连杆弹簧腿结构的四足机器人，即在类似于大腿的部分采用具有刚度大、承载能力强、精度高惯性小等特点的并联连杆结构，接着，机器人足端串联加装弹簧缓冲装置和橡胶足底，以减小机器人足底和机体受到的冲击，间接提升了自身负载的能力；并且对机器人控制系统实现保护作用，保证了其控制精度，延长了机器人的寿命。且利用弹簧的压缩伸长可实现电机的低能耗，还能通过调节弹簧伸长压缩实现复杂环境下负重稳定行走。
7.为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案为：
8.一种基于混联连杆弹簧腿结构的四足机器人，包括控制系统和机械结构，所述机械结构包括机身和四条结构相同的混联腿，所述控制系统设于所述机身上，四条所述混联腿两两对称布置于所述机身的左右两侧，每一所述混联腿包括两个电机、第一圆筒连杆、第二圆筒连杆、第三圆筒连杆和弹簧腿，两个所述电机通过联轴器连接于所述机身上，且两个所述电机均与所述控制系统电连接；所述第一圆筒连杆和第二圆筒连杆的一端分别与所述
联轴器连接，所述第三圆筒连杆与第一圆筒连杆远离联轴器一端铰接，所述弹簧腿与第二圆筒连杆远离联轴器一端铰接，且所述第三圆筒连杆远离第一圆筒连杆一端还与所述弹簧腿铰接。
9.进一步的，所述弹簧腿包括第四圆筒连杆、伸缩杆、调整环和弹簧，所述第四圆筒连杆一端与第二圆筒连杆远离联轴器一端铰接，所述第四圆筒连杆另一端与第三圆筒连杆铰接，所述伸缩杆与第四圆筒连杆远离第二圆筒连杆一端同轴连接，所述伸缩杆远离第四圆筒连杆一端还连接有连接座，所述连接座的外表面上开设有外螺纹，所述调整环设于所述连接座上与连接座螺纹连接；所述弹簧套设于所述伸缩杆上，且所述弹簧的一端固定连接于所述第四圆筒连杆的端部，另一端固定连接于所述调整环上。
10.进一步的，所述连接座远离伸缩杆一端上还设有限位环。
11.进一步的，所述弹簧腿还包括橡胶足底，所述橡胶足底通过连接头与连接座螺纹连接。
12.进一步的，所述连接座为空心连接座，所述空心连接座的内表面开设有内螺纹，所述连接头的外表面开设有外螺纹，所述外螺纹与内螺纹相连接以使连接头与连接座螺纹连接。
13.进一步的，所述控制系统包括均安装于机身上的摄像头和控制箱，所述摄像头和电机均与所述控制箱电连接。
14.进一步的，所述第四圆筒连杆与第一圆筒连杆的长度相同，所述第三圆筒连杆与第二圆筒连杆的长度相同。
15.通过采用上述技术方案，本实用新型的有益效果为：
16.本实用新型通过在机身上设置控制系统和两两对称布置的混联腿，其中每一混联腿包括两个电机、第一圆筒连杆、第二圆筒连杆、第三圆筒连杆和弹簧腿，即通过在类似于大腿的部分采用具有刚度大、承载能力强、精度高惯性小等特点的并联连杆结构，接着，在机器人足端串联加装包括伸缩杆、调整环和弹簧的弹簧缓冲装置和橡胶足底，可使足底具有弹性，以减小机器人足底和机体受到的冲击，保护了腿部结构和机体，间接提升了机器人自身负载的能力；并且对机器人控制系统实现保护作用，保证了其控制的稳定精确，延长了机器人的寿命。且利用弹簧的压缩伸长可实现电机的低能耗，还能通过调节弹簧伸长压缩实现复杂环境下负重稳定行走。
17.经测试，本实用新型机器人在静态时最大能承受自身2倍重物，动态行走时最大能承受自身0.7倍的负载。
附图说明
18.图1为本实用新型实施例的结构示意图；
19.图2为本实用新型实施例中每一混联腿的结构示意图；
20.图3为本实用新型实施例中每一混联腿的主视图；
21.图4为本实用新型实施例中每一混联腿中的弹簧腿的结构示意图；
22.图5为本实用新型实施例中机身的结构示意图。
23.图中，1-机身，2-摄像头，3-控制箱，4-电机，5-第一圆筒连杆5，6-第二圆筒连杆，7-第三圆筒连杆，8-弹簧腿，9-联轴器，10-第四圆筒连杆，11-伸缩杆，12-调整环，13-弹簧，
14-连接座，15-限位环，16-橡胶足底，17-连接头。
具体实施方式
24.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.需要说明的是，当主体被称为“固定于”另一个主体，它可以直接在另一个主体上或者也可以存在居中的主体。当一个主体被认为是“连接”另一个主体，它可以是直接连接到另一个主体或者可能同时存在居中主体。当一个主体被认为是“设置于”另一个主体，它可以是直接设置在另一个主体上或者可能同时存在居中主体。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
26.实施例
27.如图1至图5所示，一种基于混联连杆弹簧腿结构的四足机器人，包括控制系统和机械结构，所述机械结构包括机身1和四条结构相同的混联腿，所述控制系统设于所述机身1上，四条所述混联腿两两对称布置于所述机身1的左右两侧。其中，所述控制系统包括均安装于机身1上的摄像头2和控制箱3，所述摄像头2与所述控制箱3电连接。
28.每一所述混联腿包括两个电机4、第一圆筒连杆5、第二圆筒连杆6、第三圆筒连杆7和弹簧腿8，两个所述电机4通过联轴器9连接于所述机身1上，且两个所述电机4均与所述控制箱3电连接。所述第一圆筒连杆5和第二圆筒连杆6的一端分别与所述联轴器9连接，以保证第一圆筒连杆5和第二圆筒连杆6绕同一轴转动，避免连杆运动相互耦合。所述第三圆筒连杆7与第一圆筒连杆5远离联轴器9一端铰接，所述弹簧腿8与第二圆筒连杆6远离联轴器9一端铰接，且所述第三圆筒连杆7远离第一圆筒连杆5一端还与所述弹簧腿8铰接。其中第二圆筒连杆6和弹簧腿8组成后膝前肘式的腿型，使得本实用新型有着较强负重能力及其稳定性的特点，还具有双向运动的特性。
29.作为进一步具体的技术方案，所述弹簧腿8包括第四圆筒连杆10、伸缩杆11、调整环12和弹簧13，所述第四圆筒连杆10一端与第二圆筒连杆6远离联轴器9一端铰接，所述第四圆筒连杆10另一端与第三圆筒连杆7铰接，所述伸缩杆11与第四圆筒连杆10远离第二圆筒连杆6一端同轴连接，所述伸缩杆11远离第四圆筒连杆10一端还连接有连接座14，所述连接座14的外表面上开设有外螺纹，所述调整环12设于所述连接座14上与连接座14螺纹连接。所述弹簧13套设于所述伸缩杆11上，且所述弹簧13的一端固定连接于所述第四圆筒连杆10的端部，另一端固定连接于所述调整环12上。具体的，所述第四圆筒连杆10与第一圆筒连杆5的长度相同，所述第三圆筒连杆7与第二圆筒连杆6的长度相同。第一圆筒连杆5、第二圆筒连杆6、第三圆筒连杆7和第四圆筒连杆10组成并联连杆结构，具有刚度大、承载能力强、精度高惯性小等特点。应用时，通过螺纹旋转调整环12使调整环12移动可调整弹簧13的伸缩量，使得本实用新型可适应不同的地形等情况。
30.本实施例中，所述连接座14远离伸缩杆11一端上还设有限位环15，以防止调整环12在调整过程中从连接座14上掉下。
31.进一步的，本实施例中所述弹簧腿8还包括橡胶足底16，所述橡胶足底16通过连接
头17与连接座14螺纹连接。橡胶足底16可进一步地减缓机器人的足底冲击。
32.作为进一步具体的技术方案，所述连接座14为空心连接座，所述空心连接座的内表面开设有内螺纹，所述连接头17的外表面开设有外螺纹，所述外螺纹与内螺纹相连接以使连接头17与连接座14螺纹连接，以使橡胶足底16与连接座14为可拆卸连接，便于后续根据橡胶足底16的使用寿命更换橡胶足底16等。
33.此外，所述电机4的输出轴上还安装有减速器(图未示)，以实现根据不同情况降低(或调节)电机4的转速。
34.根据上述结构，本实用新型中的弹簧腿8能根据不同的负载或者不同的地形，调节弹簧13的拉伸和压缩，能够在复杂地形载重稳定前行，还可以通过特定实验，不断选取优化弹簧阻尼系数，进行弹簧13更换，以满足特定情况。且弹簧腿8还能明显减小机器人足底和机体受到的冲击，间接提升自身负载的能力，利用弹簧13的压缩伸长积蓄能量实现电机4的低能耗，并且对机器人控制系统实现保护作用，保证其控制精度，延长机器人寿命。
35.在实际作业中，通过负重不同重量的物品数据和根据不同情况调节弹簧13的伸长压缩量，这一伸长压缩量反馈到控制系统中，控制系统根据弹簧13的伸长压缩量控制电机4的转矩输出，电机4带动圆筒连杆以及弹簧腿8进行运动，运动过程中摄像头2进行路径和障碍物的识别，时刻反馈控制系统进行调整，保证稳定的负重前行。
36.因此，本实用新型通过在机身1上设置控制系统和两两对称布置的混联腿，即通过在类似于大腿的部分采用具有刚度大、承载能力强、精度高惯性小等特点的并联连杆结构，接着，在机器人足端串联加装包括伸缩杆11、调整环12和弹簧13的弹簧缓冲装置和橡胶足底16，可使足底具有弹性，以减小机器人足底和机体受到的冲击，保护了腿部结构和机体，间接提升了机器人自身负载的能力；并且对机器人控制系统实现保护作用，保证了其控制的稳定精确，延长了机器人的寿命。且利用弹簧13的压缩伸长可实现电机4的低能耗，还能通过调节弹簧4伸长压缩实现复杂环境下负重稳定行走。
37.经测试，本实用新型机器人在静态时最大能承受自身2倍重物，动态行走时最大能承受自身0.7倍的负载。

技术特征：

1.一种基于混联连杆弹簧腿结构的四足机器人，其特征在于：包括控制系统和机械结构，所述机械结构包括机身和四条结构相同的混联腿，所述控制系统设于所述机身上，四条所述混联腿两两对称布置于所述机身的左右两侧，每一所述混联腿包括两个电机、第一圆筒连杆、第二圆筒连杆、第三圆筒连杆和弹簧腿，两个所述电机通过联轴器连接于所述机身上，且两个所述电机均与所述控制系统电连接；所述第一圆筒连杆和第二圆筒连杆的一端分别与所述联轴器连接，所述第三圆筒连杆与第一圆筒连杆远离联轴器一端铰接，所述弹簧腿与第二圆筒连杆远离联轴器一端铰接，且所述第三圆筒连杆远离第一圆筒连杆一端还与所述弹簧腿铰接。2.根据权利要求1所述的一种基于混联连杆弹簧腿结构的四足机器人，其特征在于：所述弹簧腿包括第四圆筒连杆、伸缩杆、调整环和弹簧，所述第四圆筒连杆一端与第二圆筒连杆远离联轴器一端铰接，所述第四圆筒连杆另一端与第三圆筒连杆铰接，所述伸缩杆与第四圆筒连杆远离第二圆筒连杆一端同轴连接，所述伸缩杆远离第四圆筒连杆一端还连接有连接座，所述连接座的外表面上开设有外螺纹，所述调整环设于所述连接座上与连接座螺纹连接；所述弹簧套设于所述伸缩杆上，且所述弹簧的一端固定连接于所述第四圆筒连杆的端部，另一端固定连接于所述调整环上。3.根据权利要求2所述的一种基于混联连杆弹簧腿结构的四足机器人，其特征在于：所述连接座远离伸缩杆一端上还设有限位环。4.根据权利要求2所述的一种基于混联连杆弹簧腿结构的四足机器人，其特征在于：所述弹簧腿还包括橡胶足底，所述橡胶足底通过连接头与连接座螺纹连接。5.根据权利要求4所述的一种基于混联连杆弹簧腿结构的四足机器人，其特征在于：所述连接座为空心连接座，所述空心连接座的内表面开设有内螺纹，所述连接头的外表面开设有外螺纹，所述外螺纹与内螺纹相连接以使连接头与连接座螺纹连接。6.根据权利要求1所述的一种基于混联连杆弹簧腿结构的四足机器人，其特征在于：所述控制系统包括均安装于机身上的摄像头和控制箱，所述摄像头和电机均与所述控制箱电连接。7.根据权利要求2所述的一种基于混联连杆弹簧腿结构的四足机器人，其特征在于：所述第四圆筒连杆与第一圆筒连杆的长度相同，所述第三圆筒连杆与第二圆筒连杆的长度相同。

技术总结

本实用新型涉及机器人技术领域，具体为一种基于混联连杆弹簧腿结构的四足机器人，包括控制系统、机身和四条结构相同的混联腿，控制系统设于机身上，四条混联腿两两对称布置于机身的左右两侧，每一混联腿包括两个电机、第一圆筒连杆、第二圆筒连杆、第三圆筒连杆和弹簧腿，两个电机通过联轴器连接且均与控制系统电连接；第一圆筒连杆和第二圆筒连杆均与联轴器连接，第三圆筒连杆与第一圆筒连杆远离联轴器一端铰接，弹簧腿与第二圆筒连杆远离联轴器一端铰接，且第三圆筒连杆远离第一圆筒连杆一端还与弹簧腿铰接。本实用新型提升了机器人自身负载的能力，对机器人控制系统实现了保护作用，且实现了电机的低能耗及在复杂环境下的负重稳定行走。重稳定行走。重稳定行走。