本發(fā)明涉及一種能夠手腳融合的電動(dòng)六足機(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)：

地面移動(dòng)機(jī)器人的行進(jìn)方式主要有輪式、足式、履帶式和蠕動(dòng)式等。與其他移動(dòng)方式相比，足式移動(dòng)具有地形適應(yīng)能力和越障能力強(qiáng)、通過性好、移動(dòng)方向可全方位調(diào)整、機(jī)動(dòng)性好等優(yōu)勢(shì)。六足與其它足式移動(dòng)機(jī)器人相比，具有更好的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性以及容錯(cuò)性，是復(fù)雜作業(yè)環(huán)境的最佳選擇。

但目前國內(nèi)外的多足機(jī)器人多作為一種移動(dòng)平臺(tái)，要配置特定的旋轉(zhuǎn)臂才能完成作業(yè)任務(wù)，很難實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的操作功能。

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，本發(fā)明提出一種手腳融合電動(dòng)六足機(jī)器人，該機(jī)器人將腿和臂的功能結(jié)合，中間兩條旋轉(zhuǎn)臂既可以在行走時(shí)執(zhí)行腿的功能，又可以在工作時(shí)成為工作臂，進(jìn)一步增強(qiáng)了機(jī)器人的性能。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的手腳融合電動(dòng)六足機(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，軀干上還連接有兩條旋轉(zhuǎn)臂，旋轉(zhuǎn)臂均包括三條傳動(dòng)鏈，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；兩條旋轉(zhuǎn)臂的第三傳動(dòng)鏈的末端連接有抓手。

所述四條腿中的兩條分布在軀干的前部，另兩條分布在軀干的后部，兩條旋轉(zhuǎn)臂分布在兩條前腿和兩條后退之間。

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，第二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，大腿桿件連接在第二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、搖臂銷軸和小腿桿件，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軸連接，小腿桿件與搖臂銷軸連接，小腿桿件通過膝關(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)均采用盤式電機(jī)。

所述抓手包括伺服電機(jī)、第四諧波減速器、手掌、推拉機(jī)構(gòu)和手指，伺服電機(jī)連接在旋轉(zhuǎn)臂的第三傳動(dòng)鏈的末端(旋轉(zhuǎn)臂小腿桿件)，伺服電機(jī)的輸出軸與第四諧波減速器的輸入端相連，第四諧波減速器的輸出端與手掌連接；手掌上鉸接有推拉機(jī)構(gòu)，手指一方面與手掌鉸接，另一方面與推拉機(jī)構(gòu)鉸接。所述推拉機(jī)構(gòu)可以采用氣缸、液壓缸或電缸等。

腿的結(jié)構(gòu)也可以與旋轉(zhuǎn)臂一樣，包括三條傳動(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，第三傳動(dòng)鏈的末端連接有腳掌。

腿的結(jié)構(gòu)也可以采用其它結(jié)構(gòu)形式。

上述機(jī)器人工作時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況，改變機(jī)器人的形態(tài)，當(dāng)機(jī)器人正常行走時(shí)，采用三角步態(tài)，形式簡(jiǎn)單，易于控制和規(guī)劃，并且在快速行進(jìn)的過程中不失穩(wěn)定性；當(dāng)機(jī)器人需要抓取物體時(shí)，用四條腿作為支撐，通過旋轉(zhuǎn)臂的旋轉(zhuǎn)和抓手手指的開合抓取物體。該機(jī)器人突破了步行機(jī)器人只能步行的單一性，通過手腳融合機(jī)構(gòu)，拓展了其空間操作的功能，提高了機(jī)器人的地面適應(yīng)能力。

本發(fā)明可根據(jù)具體工況變換機(jī)器人的形態(tài)，具備手腳融合的功能，其有以下特點(diǎn)：

1.采用六足機(jī)構(gòu)構(gòu)型，穩(wěn)定性高，能夠快速通過復(fù)雜地形；

2.采用“四足+雙臂”機(jī)構(gòu)構(gòu)型，可以實(shí)現(xiàn)在行進(jìn)的同時(shí)抓取物體。

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

附圖說明

圖1是本發(fā)明手腳融合電動(dòng)六足機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明手腳融合電動(dòng)六足機(jī)器人腿的外部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明中旋轉(zhuǎn)臂的外部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明中腿的內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖視圖。

圖5是本發(fā)明中第二傳動(dòng)鏈和第三傳動(dòng)鏈的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本發(fā)明中的第三傳動(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7是本發(fā)明中旋轉(zhuǎn)臂抓手內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：i.軀干，ii.腿，iii.旋轉(zhuǎn)臂；

1.第一盤式電機(jī)，2.髖關(guān)節(jié)平臺(tái)，3.第一輸入端接盤，4.第一諧波輸入接盤，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.第三盤式電機(jī)，15.第三輸入端接盤，16.第三諧波輸入接盤，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，22.第二輸入端接盤，23.第二盤式電機(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.搖臂銷軸，29.大腿桿件左側(cè)板；

30.旋轉(zhuǎn)臂小腿桿件，31、抓手，32.伺服電機(jī)，33.電機(jī)套，34.第四諧波輸入接盤，35.第四輸入端接盤36.第四諧波減速器，37.諧波輸出接盤，38.手掌，39.第一銷軸，40.氣缸，41.吊耳，42.第二銷軸，43.第三銷軸，44.手指。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明的手腳融合電動(dòng)六足機(jī)器人包括軀干i、四條腿ii和兩條旋轉(zhuǎn)臂iii，腿ii和旋轉(zhuǎn)臂iii連接在軀干i上。其中兩條腿設(shè)置在軀干的前部，另兩條腿設(shè)置在軀干的后部，兩條旋轉(zhuǎn)臂分布在兩條前腿和兩條后腿之間。

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。腿ii的外部結(jié)構(gòu)如圖2所示，腿ii在其第三傳動(dòng)鏈的末端(小腿桿件10)上連接有腳掌11。

旋轉(zhuǎn)臂iii也包括與腿ii相同結(jié)構(gòu)的三條傳動(dòng)鏈，不同的是，如圖3所示，旋轉(zhuǎn)臂iii在其第三傳動(dòng)鏈的末端(旋轉(zhuǎn)臂小腿桿件30)連接有抓手31，旋轉(zhuǎn)臂iii共有四個(gè)自由度。

如圖4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、第一盤式電機(jī)1、第一輸入端接盤3、第一諧波輸入接盤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通過螺釘固定在軀干i的底部。第一諧波減速器5通過螺釘固定在髖關(guān)節(jié)平臺(tái)上。第一盤式電機(jī)1通過第一諧波輸入接盤4固定連接在第一諧波減速器5的外殼上，第一盤式電機(jī)1的輸出軸通過第一輸入端接盤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)，第一盤式電機(jī)1通過第一諧波減速器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4、圖5和圖6所示，第二傳動(dòng)鏈為大腿桿件傳動(dòng)鏈，包括第二盤式電機(jī)23、第二輸入端接盤22、第二諧波輸入接盤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依次通過螺釘固定連接圍合而成(參見圖2和圖4)。第二諧波減速器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，第二盤式電機(jī)23通過第二諧波輸入接盤21固定在第二諧波減速器20的外殼上，第二盤式電機(jī)23的輸出軸通過第二輸入端接盤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(參見圖6)通過螺釘固定在第二諧波減速器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(參見圖5)，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)，第二盤式電機(jī)23通過第二諧波減速器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4和圖5所示，第三傳動(dòng)鏈為小腿桿件傳動(dòng)鏈，包括第三盤式電機(jī)14、第三輸入端接盤15、第三諧波輸入接盤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、搖臂銷軸28、膝關(guān)節(jié)軸24和小腿桿件10。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。第三盤式電機(jī)14通過第三諧波輸入接盤16固定在第三諧波減速器19的外殼上。第三盤式電機(jī)14的輸出軸通過第三輸入端接盤15與第三諧波減速器19的輸入端相連，第三諧波減速器19的輸出端通過螺釘固定連接有上搖臂7(參見圖4)。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，另一端與搖臂銷軸28連接，搖臂銷軸28上套裝有套筒26，起軸向定位的作用。搖臂銷軸28通過螺紋與小腿桿件10連接。小腿桿件10通過膝關(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)，第三盤式電機(jī)14通過第三諧波減速器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)。

小腿桿件10上通過螺釘固定連接有腳掌11。

旋轉(zhuǎn)臂iii除了具有上述三條傳動(dòng)鏈以外，在其第三傳動(dòng)鏈的末端，也就是旋轉(zhuǎn)臂小腿桿件30上連接有一個(gè)抓手31，使得旋轉(zhuǎn)臂iii共有四個(gè)自由度。抓手31的結(jié)構(gòu)如圖7所示，包括伺服電機(jī)32、第四諧波輸入接盤34、第四輸入端接盤35、第四諧波減速器36、諧波輸出接盤37、手掌38、氣缸40和手指44。第四諧波輸入接盤34通過電機(jī)套33與旋轉(zhuǎn)臂小腿桿件30固連。第四諧波減速器36和伺服電機(jī)32通過螺釘固定在第四諧波輸入接盤34上。伺服電機(jī)32的輸出軸通過第四輸入端接盤35與第四諧波減速器36的輸入端相連。手掌38通過諧波輸出接盤37與第四諧波減速器38的輸出端相連。手掌38上通過第一銷軸39鉸接有三個(gè)氣缸40，手掌38上通過第三銷軸43鉸接有手指44，一個(gè)氣缸40對(duì)應(yīng)一個(gè)手指44，氣缸40的缸桿上連接有吊耳41。吊耳41通過第二銷軸42與手指44鉸接。氣缸40也可用電缸代替。

抓手31工作時(shí)，伺服電機(jī)32通過第四諧波減速器36輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn)速和扭矩驅(qū)動(dòng)手掌38旋轉(zhuǎn)。氣缸40通過驅(qū)動(dòng)由氣缸40、吊耳41、手指44和手掌38組成的連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)手指44的開合。

上述手腳融合電動(dòng)六足機(jī)器人四條腿均具有三個(gè)主動(dòng)關(guān)節(jié)，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)。中間兩條旋轉(zhuǎn)臂均具有四個(gè)主動(dòng)關(guān)節(jié)，前三個(gè)關(guān)節(jié)與前后四條腿相同，工作方式也完全相同，第四個(gè)關(guān)節(jié)主要用于驅(qū)動(dòng)抓手旋轉(zhuǎn)；抓手工作時(shí)，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)其相對(duì)于小腿桿件旋轉(zhuǎn)，三個(gè)氣缸通過連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)手指夾持物體。當(dāng)機(jī)器人正常行走時(shí)，采用三角步態(tài)，六條腿分為兩組，每組腿的落足點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)三角形，可以高速穩(wěn)定前進(jìn)；當(dāng)機(jī)器人抓取物體時(shí)，利用前后四條腿支撐身體，中間兩條旋轉(zhuǎn)臂作為抓取物體的機(jī)械手。