本發(fā)明涉及機械加工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種四足行走機器人。

背景技術(shù)：

工業(yè)機器人包括在固定崗位工作的機器人以及可移動的行走式機器人。其中，可移動的行走機器人由于可以實現(xiàn)一臺機器人為幾臺機床服務(wù)或者進行遠距離作業(yè)而受到廣泛關(guān)注。

現(xiàn)有的可移動的行走機器人通常以輪式移動機構(gòu)或者履帶式移動機構(gòu)作為行走機構(gòu)。

在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在以下問題：現(xiàn)有的以輪式移動機構(gòu)或者履帶式移動機構(gòu)作為行走機構(gòu)的行走機器人適應(yīng)能力差，在不平整的地面行走時，機器人晃動較大；在松軟的地面行走時效率較低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種適應(yīng)能力強，在不平整的地面行走時晃動較小，在松軟的地面行走時效率較高的四足行走機器人。

具體而言，包括以下的技術(shù)方案：

本發(fā)明實施例提供了一種四足行走機器人，包括：

機身；與所述機身的下表面連接的四條大腿機構(gòu)，四條所述大腿機構(gòu)中的其中兩條靠近所述機身的一端，另外兩條靠近所述機身的另一端；與四條所述大腿機構(gòu)連接的四條小腿機構(gòu)；以及，設(shè)置在所述機身上的控制單元；每條所述大腿機構(gòu)均包括：與所述機身的下表面連接的電磁鐵機構(gòu)和與所述電磁鐵機構(gòu)連接的連桿，所述連桿可在所述電磁鐵機構(gòu)的驅(qū)動下沿與所述機身的下表面平行的方向進行伸縮運動；每條所述小腿機構(gòu)均包括：與所述連桿連接的電機和與電機連接的滾珠絲杠，所述滾珠絲杠的長度方向與所述機身的下表面垂直，所述滾珠絲杠可在所述電機的驅(qū)動下沿與所述機身的下表面垂直的方向進行伸縮運動；所述電磁鐵機構(gòu)和所述電機均與所述控制單元電連接。

具體地，所述電磁鐵機構(gòu)包括：與所述機身的下表面固定連接的框架；設(shè)置于所述框架內(nèi)、并且與所述控制單元電連接的螺線管，所述螺線管的軸線與所述機身的下表面平行；設(shè)置在所述螺線管內(nèi)的定鐵芯，所述定鐵芯上設(shè)置有軸線與所述螺線管的軸線平行的通孔；一端位于所述螺線管內(nèi)、另一端位于所述框架外、并且可在所述螺線管內(nèi)滑動的動鐵芯；設(shè)置于所述動鐵芯位于所述框架外的一端的擋圈；兩端分別與所述擋圈和所述框架連接的彈簧；以及，一端位于所述框架外、另一端穿過所述定鐵芯的通孔與所述動鐵芯位于所述框架內(nèi)的一端連接的推桿。

具體地，所述連桿與所述推桿通過卡箍連接。

具體地，所述滾珠絲杠通過聯(lián)軸器與所述電機的輸出軸連接。

具體地，所述四足行走機器人還包括固定在所述連桿與所述電機連接的一端的電機座，所述電機固定在所述電機座上。

具體地，所述連桿包括與所述推桿連接的連桿第一部分、與所述電機座連接的第二部分以及具有直角的、連接所述連桿第一部分和所述連桿第二部分的連桿第三部分。

具體地，所述四足行走機器人還包括：與所述滾珠絲杠遠離所述電機的一端連接的吸盤；以及，設(shè)置在所述機身上、通過連接管與所述吸盤連接并且與所述控制單元電連接的真空泵。

具體地，所述吸盤上還設(shè)置有與所述控制單元電連接、用于檢測所述吸盤是否接觸到所述四足行走機器人的行走平面的傳感器。

具體地，所述傳感器為光電傳感器。

具體地，所述控制單元包括可編程控制器。

本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案的有益效果：

本發(fā)明實施例提供提供了一種四足行走機器人，共設(shè)置有四條大腿機構(gòu)，其中兩條靠近機身的一端，另外兩條靠近機身的另一端，以此來模擬四足生物的前腿和后腿，每條大腿機構(gòu)上均連接有小腿機構(gòu)。通過控制大腿機構(gòu)的連桿在電磁鐵機構(gòu)的驅(qū)動下沿著機器人的行走方向的伸縮以及小腿機構(gòu)的滾珠絲杠在電機的驅(qū)動下沿著與機器人的行走平面垂直的方向的伸縮，來實現(xiàn)機器人的行走。本發(fā)明實施例提供的四足行走機器人能夠模仿四足生物在行走時的步態(tài)，與現(xiàn)有的輪式移動機構(gòu)或者履帶式移動機構(gòu)作為行走機構(gòu)的行走機器人相比，適應(yīng)能力更強，在不平整的地面行走時，機器人晃動較小；在松軟的地面行走時效率較高。并且本發(fā)明實施例提供的四足行走機器人結(jié)構(gòu)簡單，容易控制。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的四足行走機器人的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的四足行走機器人中電磁鐵機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3本發(fā)明實施例提供的四足行走機器人中連桿的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中的附圖標(biāo)記分別表示：

1-機身；

2-大腿機構(gòu)；

21-電磁鐵機構(gòu)；

211-框架；

212-螺線管；

213-定鐵芯；

214-動鐵芯；

215-彈簧；

216-推桿；

217-擋圈；

22-連桿；

221-連桿第一部分；

222-連桿第三部分；

223-連桿第二部分；

3-小腿機構(gòu)；

31-電機；

32-滾珠絲杠；

4-吸盤；

5-行走平面；

6-控制單元。

具體實施方式

為使本發(fā)明的技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。除非另有定義，本發(fā)明實施例所用的所有技術(shù)術(shù)語均具有與本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解的相同的含義。

本發(fā)明實施例提供一種四足行走機器人，參見圖1，該四足行走機器人包括：

機身1；

與機身1的下表面連接的四條大腿機構(gòu)2，四條大腿機構(gòu)2中的其中兩條靠近機身1的一端，另外兩條靠近機身1的另一端；

與四條大腿機構(gòu)2連接的四條小腿機構(gòu)3；

以及，

設(shè)置在機身1上的控制單元6；

其中，每條大腿機構(gòu)2均包括：與機身1的下表面連接的電磁鐵機構(gòu)21和與電磁鐵機構(gòu)21連接的連桿22，連桿22可在電磁鐵機構(gòu)21的驅(qū)動下沿與機身1的下表面平行的方向進行伸縮運動；

每條小腿機構(gòu)3均包括：與連桿22連接的電機31和與電機31連接的滾珠絲杠32，滾珠絲杠32的長度方向與機身1的下表面垂直，滾珠絲杠32可在電機31的驅(qū)動下沿與機身1的下表面垂直的方向進行伸縮運動；

電磁鐵機構(gòu)21和電機31均與控制單元6電連接。

本發(fā)明實施例提供提供了一種四足行走機器人，該四足行走機器人設(shè)置有四條大腿機構(gòu)2，其中兩條靠近機身1的一端，另外兩條靠近機身1的另一端，以此來模擬四足生物的前腿和后腿，每條大腿機構(gòu)2上均連接有小腿機構(gòu)3。四條大腿機構(gòu)2和四條小腿機構(gòu)3的結(jié)構(gòu)均相同。其中，大腿機構(gòu)2以電磁鐵機構(gòu)21作為驅(qū)動部件，以連桿22作為執(zhí)行部件，通過控制電磁鐵機構(gòu)21的通電與斷電，來控制連桿22沿著與機身1的下表面平行的方向進行伸縮運動。小腿機構(gòu)3以電機31作為驅(qū)動部件，以滾珠絲杠32作為執(zhí)行部件，并且滾珠絲杠32的長度方向與機身1的下表面垂直，滾珠絲杠32將電機31的回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，通過控制電機31的轉(zhuǎn)動方向來控制滾珠絲杠32沿著與機身1的下表面垂直的方向進行伸縮運動。

在初始狀態(tài)下，四條小腿機構(gòu)3的滾珠絲杠32的下端均與機器人的行走平面5(例如地面)接觸，并且滾珠絲杠32的長度方向與行走平面5垂直。在機器人的行走過程中，通過控制大腿機構(gòu)2的連桿22在電磁鐵機構(gòu)21的驅(qū)動下沿著機器人的行走方向的伸縮以及小腿機構(gòu)3的滾珠絲杠32在電機31的驅(qū)動下沿著與機器人的行走平面垂直的方向的伸縮，即可實現(xiàn)機器人的行走。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明實施例提供的四足行走機器人中，由于大腿機構(gòu)2的驅(qū)動部件為電磁鐵機構(gòu)21，因此大腿機構(gòu)2的單次行程是固定的；而小腿機構(gòu)3的單次行程則可以根據(jù)實際的行走環(huán)境確定，以沿水平地面行走為例，當(dāng)滾珠絲杠32的下端接觸到地面時，控制單元6則控制電機31停止轉(zhuǎn)動，結(jié)束滾珠絲杠32的單次行程。當(dāng)行走平面不平整或者較為松軟時，可以模仿四足生物行走時的步態(tài)，通過控制單元6分別控制每個滾珠絲杠32的單次行程，來提高機器人的適應(yīng)能力。

綜上，本發(fā)明實施例提供的四足行走機器人能夠模仿四足生物在行走時的步態(tài)，與現(xiàn)有的輪式移動機構(gòu)或者履帶式移動機構(gòu)作為行走機構(gòu)的行走機器人相比，適應(yīng)能力更強，在不平整的地面行走時，機器人晃動較小；在松軟的地面行走時效率較高。并且本發(fā)明實施例提供的四足行走機器人結(jié)構(gòu)簡單，容易控制。

本發(fā)明實施例中，電磁鐵機構(gòu)21采用推拉式電磁鐵，參見圖2，一種具體實現(xiàn)方式為：電磁鐵機構(gòu)21包括：與機身1的下表面固定連接的框架211；設(shè)置于框架211內(nèi)、并且與控制單元6電連接的螺線管212，螺線管212的軸線與機身1的下表面平行；設(shè)置在螺線管212內(nèi)的定鐵芯213，定鐵芯213上設(shè)置有軸線與螺線管212的軸線平行的通孔；一端位于螺線管212內(nèi)、另一端位于框架211外、并且可在螺線管212內(nèi)滑動的動鐵芯214；設(shè)置于動鐵芯214位于框架211外的一端的擋圈217；兩端分別與擋圈217和框架211連接的彈簧215；以及，一端位于框架211外、另一端穿過定鐵芯213的通孔與動鐵芯214位于框架211內(nèi)的一端連接的推桿216。

上述電磁鐵機構(gòu)21中，當(dāng)控制單元6控制螺線管212通電時，動鐵芯214在螺線管212產(chǎn)生的磁場的吸引下，向著靠近定鐵芯213的方向運動，此時，與動鐵芯214位于框架211內(nèi)的一端連接的推桿216相對于框架211向外伸出，同時，設(shè)置于動鐵芯214位于框架211外的一端的彈簧215被壓縮。當(dāng)控制單元6控制螺線管212斷電時，吸引動鐵芯214的磁場消失，彈簧215發(fā)生恢復(fù)形變，動鐵芯214在彈簧215恢復(fù)力的作用下向著遠離定鐵芯213的方向運動，此時，推桿216相對于框架211向內(nèi)收縮。當(dāng)將大腿機構(gòu)2的連桿22與推桿216連接后，通過控制螺線管212的通電和斷電，實現(xiàn)連桿22的伸縮。

本發(fā)明實施例中，也可以采用其他形式的電磁鐵機構(gòu)，只要能夠?qū)崿F(xiàn)控制連桿22沿著與機身1的下表面平行的方向伸縮即可。

位于機身1同一端的兩條大腿機構(gòu)2的螺線管212可以串聯(lián)連接，從而使位于機身1同一端的兩條大腿機構(gòu)2同步運動。

連桿22與推桿216之間可以通過卡箍連接、螺紋連接或者焊接連接等本領(lǐng)域常規(guī)的連接方式連接，本發(fā)明實施例不作特殊限定。框架211與機身1的下表面的固定方式采用本領(lǐng)域的常規(guī)技術(shù)手段即可，本發(fā)明實施例同樣不作特殊限定。

在本發(fā)明實施例的一種可選實施方式中，電磁鐵機構(gòu)21的框架211以可轉(zhuǎn)動連接的方式固定在機身1的下表面，并且可通過控制單元6控制框架211的轉(zhuǎn)動方向，從而控制推桿216的伸出的方向。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，當(dāng)四足行走機器人做直線運動時，四個電磁鐵機構(gòu)21的推桿216的長度方向應(yīng)當(dāng)平行，并且四個電磁鐵機構(gòu)21的推桿216伸出的方向應(yīng)當(dāng)相同；當(dāng)四足行走機器人轉(zhuǎn)彎時，則需要通過控制框架211轉(zhuǎn)動，來調(diào)整推桿216伸出的方向。

本發(fā)明實施例中，滾珠絲杠32通過聯(lián)軸器與電機31的輸出軸連接。電機31采用伺服電機。

為了便于電機31與連桿22的固定，本發(fā)明實施例提供的四足行走機器人還包括固定在連桿22與電機31連接的一端的電機座(圖中未示出)，電機31則通過固定在電機座上，從而與連桿22固定。電機座的具體形式本發(fā)明實施例不作特殊限定，本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)手段均可。

本發(fā)明實施例中，為了實現(xiàn)小腿機構(gòu)3的滾珠絲杠32與機身1的下表面垂直，參見圖3，連桿22包括與推桿216連接的連桿第一部分221、與電機座連接的連桿第二部分223以及具有直角的、連接連桿第一部分和連桿第二部分的連桿第三部分222。連桿第一部分221、連桿第二部分223以及連桿第三部分222可以為一體結(jié)構(gòu)，也可以為相互獨立的三個部分，通過卡箍連接、螺紋連接或者焊接連接等連接方式連接。

為了提高本發(fā)明實施例的四足行走機器人的穩(wěn)定性，同時使四足行走機器人具有爬壁的功能，本發(fā)明實施例提供的四足行走機器人還包括：與滾珠絲杠32遠離電機31的一端連接的吸盤4；以及，設(shè)置在機身1上、通過連接管(圖中未示出)與吸盤4連接并且與控制單元6電連接的真空泵(圖中未示出)。

當(dāng)滾珠絲杠32伸出，吸盤4接觸到行走平面5時，真空泵啟動，對吸盤4抽真空產(chǎn)生負壓，使吸盤4吸附在行走平面5上。當(dāng)滾珠絲杠32需要收縮時，關(guān)閉真空泵，使吸盤4與行走平面5脫離，然后控制電機31反轉(zhuǎn)，使?jié)L珠絲杠32收縮。吸盤4采用常規(guī)的工業(yè)吸盤即可，本發(fā)明實施例不作特殊限定。

四足行走機器人中的4個吸盤可以共用一個真空泵，也可以每個吸盤分別使用一個真空泵。

為了準(zhǔn)確的控制真空泵啟動的時機，吸盤4上還設(shè)置有與控制單元6電連接、用于檢測吸盤4是否接觸到四足行走機器人的行走平面5的傳感器(圖中未示出)。當(dāng)傳感器檢測到吸盤4接觸到四足行走機器人的行走平面5時，向控制單元6發(fā)出信號，控制單元6接收到傳感器發(fā)出的信號后，向電機31發(fā)出停止信號，使電機31停止轉(zhuǎn)動使?jié)L珠絲杠32停止伸出，同時，向真空泵發(fā)出啟動信號，使真空泵對吸盤4抽真空，使吸盤4吸附在行走平面5上。傳感器可以采用光電傳感器。

本發(fā)明實施例中，控制單元6可以以可編程控制器(PLC)作為核心部件。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，控制單元6還應(yīng)當(dāng)包括必要的控制電路、電源線、數(shù)據(jù)線等。

本發(fā)明實施例中，機身1可以為長方形殼體，控制單元6、真空泵等部件均位于殼體內(nèi)部；機身1也可以為框架、平板等形式。

下面以模仿四足生物在水平地面奔跑時的步態(tài)為例，對本發(fā)明實施例提供的四足行走機器人的運動過程做進一步詳細說明。

為了便于描述，將機身1設(shè)置有足部機構(gòu)的兩端分別定義為前端和后端。

初始狀態(tài)下，本發(fā)明實施例提供的四足行走機器人的4個吸盤均吸附在地面上。在行走過程中，首先控制單元6控制位于前端的兩個吸盤4脫離地面，同時控制前端的兩條小腿機構(gòu)3的滾珠絲杠32收縮；然后使前端的兩條大腿機構(gòu)2的電磁鐵機構(gòu)21的螺線管212通電，使連桿22在推桿216的推動下向前伸出，然后控制單元6控制前端的兩條小腿機構(gòu)3的滾珠絲杠32伸出，當(dāng)吸盤4接觸到地面時，滾珠絲杠32停止伸出，同時真空泵啟動對吸盤4抽真空，使位于前端的兩個吸盤4重新吸附在地面上。然后，位于后端的兩個吸盤4脫離地面，同時控制后端的兩條小腿機構(gòu)3的滾珠絲杠32收縮；然后后端的兩條大腿機構(gòu)2的電磁鐵機構(gòu)21的螺線管212通電，使連桿22在推桿216的推動下向前伸出，然后控制單元6控制后端的兩條小腿機構(gòu)3的滾珠絲杠32伸出，當(dāng)吸盤4接觸到地面時，滾珠絲杠32停止伸出，同時真空泵啟動對吸盤4抽真空，使位于后端的兩個吸盤4重新吸附在地面上。在后端的兩條腿運動的過程中，前端的兩條大腿機構(gòu)2的電磁鐵機構(gòu)21斷電，推桿216回縮，帶動機身1向前移動。重復(fù)上述步驟，實現(xiàn)四足行走機器人向前移動。

沿墻壁運動的過程與在水平地面上的運動過程相同，在此不再贅述。

綜上，本發(fā)明實施例提供了一種能夠模仿四足生物行走步態(tài)的四足行走機器人，以提高行走機器人的適應(yīng)能力，使得在不平整的地面行走時，機器人晃動較小；在松軟的地面行走時效率較高。同時，本發(fā)明實施例提供的四足行走機器人結(jié)構(gòu)簡單，容易控制。

以上所述僅是為了便于本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本發(fā)明的技術(shù)方案，并不用以限制本發(fā)明。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。