本實(shí)用新型涉及一種機(jī)構(gòu)構(gòu)型可變的電動(dòng)四足機(jī)器人，屬于足式移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

輪式和履帶式移動(dòng)機(jī)器人在結(jié)構(gòu)化環(huán)境下移動(dòng)迅捷而平穩(wěn)，但是難以穿行在樹(shù)木林立、灌木叢生的復(fù)雜山林地貌環(huán)境；雙足機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中的平衡難以控制，且負(fù)重能力弱；六足、八足等多足機(jī)器人，體型較大不靈活且能耗高；四足機(jī)器人是最佳的多足機(jī)器人形式，具有適應(yīng)復(fù)雜地形、運(yùn)動(dòng)靈活和越障能力強(qiáng)等方面的巨大優(yōu)勢(shì)。仿爬行動(dòng)物四足機(jī)器人在行進(jìn)過(guò)程中具有較高的穩(wěn)定性，能夠較好地通過(guò)復(fù)雜崎嶇的環(huán)境；仿哺乳動(dòng)物四足機(jī)器人在平坦地形中，行動(dòng)速度快，效率高，能耗利用率高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有機(jī)器人技術(shù)中的不足，本實(shí)用新型提出一種機(jī)構(gòu)構(gòu)型可變的電動(dòng)四足機(jī)器人，該機(jī)器人可根據(jù)具體地形變換機(jī)構(gòu)構(gòu)型，具備四足爬行、四足步行及部分爬行-部分步行的多種運(yùn)動(dòng)模式。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的機(jī)構(gòu)構(gòu)型可變電動(dòng)四足機(jī)器人采用以下技術(shù)方案：

該機(jī)器人，包括軀干以及連接在軀干上的四條腿；每條腿均由三條傳動(dòng)鏈構(gòu)成，分別為第一傳動(dòng)鏈、第二傳動(dòng)鏈和第三傳動(dòng)鏈，第一傳動(dòng)鏈與軀干連接，第二傳動(dòng)鏈與第一傳動(dòng)鏈連接，第三傳動(dòng)鏈與第二傳動(dòng)鏈連接。

所述第一傳動(dòng)鏈包括髖關(guān)節(jié)平臺(tái)、第一電機(jī)、第一諧波減速器和髖關(guān)節(jié)軸，髖關(guān)節(jié)平臺(tái)連接在軀干上，第一諧波減速器連接在髖關(guān)節(jié)平臺(tái)上，第一電機(jī)連接在第一諧波減速器上，第一電機(jī)的輸出軸與第一諧波減速器的輸入端連接，髖關(guān)節(jié)軸連接在第一諧波減速器的輸出端。

所述第二傳動(dòng)鏈包括第二電機(jī)、第二諧波減速器和大腿桿件，第一諧波減速器連接在第一傳動(dòng)鏈中的髖關(guān)節(jié)軸上，第二電機(jī)連接在第二諧波減速器上，第二電機(jī)的輸出軸與第二諧波減速器的輸入端相連，大腿桿件連接在第一諧波減速器的輸出端。

所述第三傳動(dòng)鏈包括第三電機(jī)、第三諧波減速器、上搖臂、中間連桿、搖臂銷(xiāo)軸、小腿桿件和腳掌，第三諧波減速器連接在第二傳動(dòng)鏈中的大腿桿件上，第三電機(jī)連接在第三諧波減速器上，第三電機(jī)的輸出軸與第三諧波減速器的輸入端相連，第三諧波減速器的輸出端連接有上搖臂，中間連桿的兩端分別與上搖臂和搖臂銷(xiāo)軸連接，小腿桿件與搖臂銷(xiāo)軸連接，腳掌連接在小腿桿件上，小腿桿件通過(guò)膝關(guān)節(jié)軸與第二傳動(dòng)鏈中的大腿桿件鉸接在一起。

所述電機(jī)均采用盤(pán)式電機(jī)。

上述機(jī)構(gòu)構(gòu)型可變電動(dòng)四足機(jī)器人主要適用于復(fù)雜多樣的地形、地貌和地面作業(yè)環(huán)境，每條腿均具有三個(gè)主動(dòng)關(guān)節(jié)，采用盤(pán)式電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。第一傳動(dòng)鏈工作時(shí)，髖關(guān)節(jié)軸相對(duì)髖關(guān)節(jié)平臺(tái)旋轉(zhuǎn)；第二傳動(dòng)鏈工作時(shí)，大腿桿件相對(duì)于第一傳動(dòng)鏈中的髖關(guān)節(jié)軸旋轉(zhuǎn)；第三傳動(dòng)鏈工作時(shí)，小腿桿件相對(duì)于大腿桿件旋轉(zhuǎn)。當(dāng)行走在地形崎嶇起伏、地面軟硬變化的地形環(huán)境中時(shí)，機(jī)器人可變化為爬行機(jī)構(gòu)構(gòu)型，從而降低重心，使運(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn)；當(dāng)行走在平坦地形環(huán)境中時(shí)，機(jī)器人可變化為步行機(jī)構(gòu)構(gòu)型，從而加快行進(jìn)速度，提高能量的利用效率。

本實(shí)用新型可根據(jù)具體地形變換機(jī)構(gòu)構(gòu)型，具備四足爬行、四足步行及部分爬行-部分步行的多種運(yùn)動(dòng)模式，具有以下特點(diǎn)：

1.采用爬行機(jī)構(gòu)構(gòu)型時(shí)，穩(wěn)定性高，能夠較好地通過(guò)崎嶇復(fù)雜的地形。

2.采用步行機(jī)構(gòu)構(gòu)型時(shí)，行動(dòng)速度快，效率高，能耗利用率高。

3.采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以極大地減小噪聲，并使機(jī)械本體更加輕便靈活。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型機(jī)構(gòu)構(gòu)型可變電動(dòng)四足機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型中單腿的外部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實(shí)用新型中單腿的內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖視圖。

圖4是單腿中第二傳動(dòng)鏈和第三傳動(dòng)鏈的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是單腿的第三傳動(dòng)鏈中小腿桿件與第二傳動(dòng)鏈中大腿桿件左右側(cè)板的連接示意圖。

圖6是本實(shí)用新型機(jī)構(gòu)構(gòu)型可變電動(dòng)四足機(jī)器人的步行機(jī)構(gòu)構(gòu)型示意圖。

圖7是本實(shí)用新型機(jī)構(gòu)構(gòu)型可變電動(dòng)四足機(jī)器人的對(duì)角爬-步機(jī)構(gòu)構(gòu)型示意圖。

圖8是本實(shí)用新型機(jī)構(gòu)構(gòu)型可變電動(dòng)四足機(jī)器人的爬行機(jī)構(gòu)構(gòu)型示意圖。

圖9是本實(shí)用新型機(jī)構(gòu)構(gòu)型可變電動(dòng)四足機(jī)器人的前步-后爬機(jī)構(gòu)構(gòu)型示意圖。

圖10是本實(shí)用新型機(jī)構(gòu)構(gòu)型可變電動(dòng)四足機(jī)器人的前爬-后步機(jī)構(gòu)構(gòu)型示意圖。

圖11是本實(shí)用新型機(jī)構(gòu)構(gòu)型可變電動(dòng)四足機(jī)器人的同側(cè)爬-步機(jī)構(gòu)構(gòu)型示意圖。

圖中：I、軀干，II、腿，1、第一盤(pán)式電機(jī)，2、髖關(guān)節(jié)平臺(tái)，3、第一輸入端接盤(pán)，4、第一諧波輸入接盤(pán)，5、第一諧波減速器，6、髖關(guān)節(jié)軸，7、上搖臂，8、大腿桿件右側(cè)板，9、上蓋板，10、小腿桿件，11、腳掌，12、下蓋板，13、中間連桿，14、第三盤(pán)式電機(jī)，15、第三輸入端接盤(pán)，16、第三諧波輸入接盤(pán)，17、滾針軸承套，18、滾針軸承，19、第三諧波減速器，20、第二諧波減速器，21、第二諧波輸入接盤(pán)，22、第二輸入端接盤(pán)，23、第二盤(pán)式電機(jī)，24、膝關(guān)節(jié)軸，25、膝部尼龍墊，26、套筒，27、桿端球面聯(lián)結(jié)器，28、搖臂銷(xiāo)軸，29、大腿桿件左側(cè)板。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本實(shí)用新型的機(jī)構(gòu)構(gòu)型可變電動(dòng)四足機(jī)器人包括軀干I和四條腿I I，四條腿II連接在軀干I上。每條腿II均由三條傳動(dòng)鏈構(gòu)成，分別為第一傳動(dòng)鏈、第二傳動(dòng)鏈和第三傳動(dòng)鏈，第一傳動(dòng)鏈、第二傳動(dòng)鏈和第三傳動(dòng)鏈依次連接在一起，使每條腿具有三個(gè)自由度。第一傳動(dòng)鏈與軀干I連接。

如圖2和圖3所示，第一傳動(dòng)鏈為髖關(guān)節(jié)傳動(dòng)鏈，包括髖關(guān)節(jié)平臺(tái)2、第一盤(pán)式電機(jī)1、第一輸入端接盤(pán)3、第一諧波輸入接盤(pán)4、第一諧波減速器5和髖關(guān)節(jié)軸6。髖關(guān)節(jié)平臺(tái)2通過(guò)螺釘固定在軀干I的底部。第一諧波減速器5通過(guò)螺釘固定在髖關(guān)節(jié)平臺(tái)上。第一盤(pán)式電機(jī)1通過(guò)第一諧波輸入接盤(pán)4固定連接在第一諧波減速器5的外殼上，第一盤(pán)式電機(jī)1的輸出軸通過(guò)第一輸入端接盤(pán)3與第一諧波減速器5的輸入端相連。髖關(guān)節(jié)軸6通過(guò)螺釘固定連接在第一諧波減速器5的輸出端。第一傳動(dòng)鏈工作時(shí)，第一盤(pán)式電機(jī)1通過(guò)第一諧波減速器5輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn)速和扭矩驅(qū)動(dòng)髖關(guān)節(jié)軸6旋轉(zhuǎn)。

如圖2、圖3、圖4和圖5所示，第二傳動(dòng)鏈為大腿桿件傳動(dòng)鏈，包括第二盤(pán)式電機(jī)23、第二輸入端接盤(pán)22、第二諧波輸入接盤(pán)21、第二諧波減速器20和大腿桿件。大腿桿件由大腿桿件左側(cè)板29、大腿桿件右側(cè)板8、上蓋板9和下蓋板12依次通過(guò)螺釘固定連接圍合而成(參見(jiàn)圖2和圖3)。第一諧波減速器20的外殼用螺釘固定在第一傳動(dòng)鏈中的髖關(guān)節(jié)軸6上，第二盤(pán)式電機(jī)23通過(guò)第二諧波輸入接盤(pán)21固定在第二諧波減速器20的外殼上，第二盤(pán)式電機(jī)23的輸出軸通過(guò)第二輸入端接盤(pán)22與第二諧波減速器20的輸入端相連，大腿桿件左側(cè)板29和大腿桿件右側(cè)板8(參見(jiàn)圖5)通過(guò)螺釘固定在第一諧波減速器20的輸出端。為了減小大腿桿件右側(cè)板8旋轉(zhuǎn)時(shí)的阻力和零件的磨損，在第一傳動(dòng)鏈中的髖關(guān)節(jié)軸6上設(shè)置滾針軸承套17(參見(jiàn)圖4)，滾針軸承套17與第三諧波減速器19之間設(shè)置有滾針軸承18。滾針軸承18在大腿桿件運(yùn)動(dòng)時(shí)支撐第三諧波減速器19，從而減小大腿桿件旋轉(zhuǎn)時(shí)的阻力和零件的磨損。

第二傳動(dòng)鏈工作時(shí)，第二盤(pán)式電機(jī)23通過(guò)第二諧波減速器20輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn)速和扭矩驅(qū)動(dòng)大腿桿件旋轉(zhuǎn)。

如圖2、圖3和圖4所示，第三傳動(dòng)鏈為小腿桿件傳動(dòng)鏈，包括第三盤(pán)式電機(jī)14、第三輸入端接盤(pán)15、第三諧波輸入接盤(pán)16、第三諧波減速器19、上搖臂7、桿端球面聯(lián)結(jié)器27、中間連桿13、搖臂銷(xiāo)軸28、膝關(guān)節(jié)軸24、小腿桿件10和腳掌11。第三諧波減速器19的外殼用螺釘固定在第二傳動(dòng)鏈中的大腿桿件右側(cè)板8上。第三盤(pán)式電機(jī)14通過(guò)第三諧波輸入接盤(pán)16固定在第三諧波減速器19的外殼上。第三盤(pán)式電機(jī)14的輸出軸通過(guò)第三輸入端接盤(pán)15與第三諧波減速器19的輸入端相連，第三諧波減速器19的輸出端通過(guò)螺釘固定連接有上搖臂7(參見(jiàn)圖3)。中間連桿13的兩端各連接一個(gè)桿端球面聯(lián)結(jié)器27，然后一端與上搖臂7連接，另一端與搖臂銷(xiāo)軸28連接，搖臂銷(xiāo)軸28上套裝有套筒26，起軸向定位的作用。搖臂銷(xiāo)軸28通過(guò)螺紋與小腿桿件10連接，小腿桿件10上通過(guò)螺釘固定連接有腳掌11。小腿桿件10通過(guò)膝關(guān)節(jié)軸24與第二傳動(dòng)鏈中的大腿桿件左側(cè)板29和大腿桿件右側(cè)板8鉸接在一起。小腿桿件10與大腿桿件左側(cè)板29和大腿桿件右側(cè)板8之間設(shè)置有膝部尼龍墊25，主要起減小磨損的作用。第三傳動(dòng)鏈工作時(shí)，第三盤(pán)式電機(jī)14通過(guò)第三諧波減速器19輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn)速和扭矩驅(qū)動(dòng)上搖臂7旋轉(zhuǎn)，然后通過(guò)中間連桿傳遞給小腿桿件10，從而驅(qū)動(dòng)小腿桿件10運(yùn)動(dòng)。

上述機(jī)器人工作時(shí)，可根據(jù)實(shí)際的地形地貌，通過(guò)三條傳動(dòng)鏈的配合，改變機(jī)構(gòu)構(gòu)型，從而提高環(huán)境適應(yīng)性。圖6、圖7、圖8、圖9、圖10和圖11分別給出了本實(shí)用新型機(jī)構(gòu)構(gòu)型可變電動(dòng)四足機(jī)器人的步行機(jī)構(gòu)構(gòu)型、對(duì)角爬-步機(jī)構(gòu)構(gòu)型、爬行機(jī)構(gòu)構(gòu)型、前步-后爬機(jī)構(gòu)構(gòu)型、前爬-后步機(jī)構(gòu)構(gòu)型和同側(cè)爬-步機(jī)構(gòu)構(gòu)型。當(dāng)行走在地形崎嶇起伏、地面軟硬變化的地形環(huán)境中時(shí)，機(jī)器人可變化為爬行機(jī)構(gòu)構(gòu)型，從而降低重心，使運(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn)；當(dāng)行走在平坦地形環(huán)境中時(shí)，機(jī)器人可變化為步行機(jī)構(gòu)構(gòu)型，從而加快行進(jìn)速度，提高能量的利用效率。