本發明涉及機器人技術領域，具體涉及一種趴臥式步行機器人。

背景技術：

目前，公知的機器人在地面上運動的方式有輪式運動、履帶式運動、仿生步行運動，它們都有各自的優點。對于仿生步行運動能夠在復雜的非結構環境中穩定的行走，可以代替人完成許多危險的作業，在軍事，月球表面探測，消防營救等行業有潛在的應用前景。長期以來，步行機器人技術一直是國內外機器人技術領域研究的熱點之一。仿生步行式機器人的良好地面適應性能要求步行機構具有較高的靈活性，即需要有較多的可控自由度，但每增加一個可控自由度就需要配備一個驅動系統或傳動機構，控制難度增加。步行機器人可控自由度應在滿足運動條件下，越少越好。

申請號為201610267954.8的中國專利公開了一種八足行走機器人，包括主機架、傳動機構及多個腿部連桿機構，主機架內設有控制中心，控制中心通過傳動機構控制各個腿部連桿機構的運行，傳動機構包括步進電機、傳動軸及八個鏡像設置于主機架兩端的履帶傳動裝置，多個腿部連桿機構均包括支腳與軌道桿，支腳側邊設有連接部、限位部，連接部與傳動履帶相對固定。控制中心控制主機架一端的內側兩條支腳立足于地面，外側的兩只支腳根據傳動履帶的運行軌跡做向前抬起落下的動作，而此時主機架另外一端呈內側兩條支腳抬起，外側的兩條支腳落下的狀態，如此反復。該八足行走機器人的各個支腳點始終構成三角形的穩定結構，提高了行走機器人的穩定性。然而，該八足行走機器人雖然實現了八足行走的基本功能，但是由于可控自由度的增加而導致該八足行走機器人的結構復雜，同時需要控制中心控制相互獨立的八條步行腿，控制難度大。

技術實現要素：

本發明的目的在于針對現有技術中的不足，而提供一種結構簡單、控制精確的趴臥式步行機器人。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種趴臥式步行機器人，包括多條步行腿、機架、設置于機架的第一曲軸、第二曲軸以及與第一曲軸和所述第二曲軸連接的多條步行腿；第一曲軸和第二曲軸分別包括多個曲拐，每一個曲拐包括相鄰的并錯開90度設置的第一曲軸軸頸和第二曲軸軸頸；每一條步行腿包括相互鉸接的上臂和下臂，其中上臂固定于機架并能在機架平面內轉動，上臂還設有伸出部，該伸出部通過連桿連接第一曲軸軸頸，下臂的靠近上臂和下臂的鉸接點的一端通過連桿連接第二曲軸軸頸；第一曲軸和所述第二曲軸均設置于所述機架內，連接于第一曲軸和第二曲軸的多條步行腿對稱的設置于機架的兩側。

其中，第一曲軸和所述第二曲軸分別包括四個曲拐，每個曲拐相對應連接一條所述步行腿。

其中，第一曲軸軸頸和所述第二曲軸軸頸均設有鉸接件，所述鉸接件分別固定于所述第一曲軸和所述第二曲軸，所述伸出部通過所述連桿連接所述鉸接件，所述下臂的靠近所述上臂和下臂的鉸接點的一端通過連桿連接所述鉸接件。

其中，上臂尾端設有螺孔，所述上臂通過螺栓和所述螺孔固定于所述機架。

其中，機架的兩端分別設有步進電機和減速齒輪組，減速齒輪組分別連接第一曲軸和第二曲軸。

其中，步行腿還包括推桿，所述下臂的靠近所述上臂和下臂的鉸接點的一端連接所述推桿，所述推桿通過連桿連接所述第二曲軸軸頸。

其中，推桿與所述連桿之間還設有彈性件。

其中，趴臥式步行機器人還包括控制臺，所述控制臺設置于所述機架中部，并將所述第一曲軸和所述第二曲軸分成兩段。

其中，控制臺內包括控制電路，所述控制電路能控制所述第一曲軸和所述第二曲軸的轉動方向。

其中，機架是由鋁合金方管材料制成的機架。。

本發明的有益效果：

本發明的一種趴臥式步行機器人的第一曲軸轉動時，第一曲軸的第一曲軸軸頸通過連桿推動步行腿的上臂的伸出部作往復運動；同時，由于步行腿的下臂的靠近所述上臂和下臂的鉸接點的一端的第一曲軸的第二曲軸軸頸通過連桿連接第一曲軸的第二曲軸軸頸，第一曲軸的轉動會通過該連桿帶動步行腿的下臂做伸縮運動，從而實現步行機器人的步行功能；一條曲軸可以包括多個曲拐，每一個曲拐對應設置一條所述的步行腿；機架兩側對稱的設置上述第一曲軸、第二曲軸和步行腿，即能實現趴臥式步行機器人的步行功能。相比現有步行機器人，由于本發明的第一曲軸和第二曲軸均連接多條步行腿，只要控制第一曲軸和第二曲軸即可實現對趴臥式步行機器人的同側的步行腿的控制，進而簡化了趴臥式步行機器人的結構，同時，減少了整機的可控自由度，降低了整機的控制難度。

附圖說明

利用附圖對本發明作進一步說明，但附圖中的實施例不構成對本發明的任何限制，對于本領域的普通技術人員，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據以下附圖獲得其它的附圖。

圖1為第1實施例的一種趴臥式步行機器人的整體的結構示意圖。

圖2為第2實施例的一種趴臥式步行機器人的整體的結構示意圖。

圖3為本發明的一種趴臥式步行機器人的步行腿的結構示意圖。

圖4為本發明的一種趴臥式步行機器人的傳動結構的原理圖。

圖5為本發明的一種趴臥式步行機器人的第一步態原理圖。

圖6為本發明的一種趴臥式步行機器人的第二步態原理圖。

圖7為本發明的一種趴臥式步行機器人的第三步態原理圖。

圖8為本發明的一種趴臥式步行機器人的第四步態原理圖。

圖1至圖8中的附圖標記：

第一曲軸1；

第二曲軸2；

曲拐3，第一曲軸軸頸31；第二曲軸軸頸32，鉸接件33；

步行腿4，上臂41，下臂42，連桿43；彈性件44，推桿45；

步進電機5；

減速齒輪組6；

控制臺7；

機架8。

具體實施方式

結合以下實施例對本發明作進一步描述。

實施例1

本發明的一種趴臥式步行機器人的具體實施方式之一，如圖1所示，其結構包括多條步行腿4、機架8、設置于機架8的第一曲軸1、第二曲軸2以及與第一曲軸1和所述第二曲軸2連接的八條步行腿4，第一曲軸1和第二曲軸2對稱的設置于機架8內；第一曲軸1和第二曲軸2分別包括四個曲拐3，每一個曲拐3包括相鄰的錯開90度設置的第一曲軸1軸頸和第二曲軸2軸頸，第一曲軸軸頸31和第二曲軸軸頸32設有鉸接件33，鉸接件33固定于第一曲軸1和第二曲軸2，每個曲拐3相對應設置一條所述步行腿4,每一條步行腿4包括相互鉸接的上臂41和下臂42，上臂41尾端設有螺孔，上臂41通過螺栓固定于機架8，伸出部通過連桿43連接鉸接件33，下臂42的靠近上臂41和下臂42的鉸接點的一端通過連桿43連接鉸接件33，其中上臂41固定于機架8并能在機架8平面內轉動；上臂41還設有伸出部，該伸出部通過連桿43連接第一曲軸1軸頸，下臂42的靠近所述上臂41和下臂42的鉸接點的一端通過連桿43連接所述第二曲軸2軸頸；，連接于所述第一曲軸1和所述第二曲軸2的多條步行腿4對稱的設置于機架8的兩側,步行腿4還包括推桿45，下臂42的靠近上臂41和下臂42的鉸接點的一端連接推桿45，推桿45通過連桿43連接第二曲軸2軸頸，推桿45與連桿43之間還設有彈性件44。第一曲軸1的第一曲軸1軸頸通過連桿43推動步行腿4的上臂41的伸出部作往復運動；同時，由于步行腿4的下臂42的靠近所述上臂41和下臂42的鉸接點的一端第一曲軸1的第二曲軸2軸頸通過連桿43連接第一曲軸1的第二曲軸2軸頸，第一曲軸1的轉動會通過該連桿43帶動步行腿4的下臂42做伸縮運動，從而實現步行機器人的步行功能；一條曲軸可以包括多個曲拐3，本實施例中，步行腿4的數量為八個，分別分為兩組對稱的設置于機架8兩側。每一個曲拐3對應設置一條步行腿4；機架8兩側對稱的設置上述曲軸和步行腿4，即可實現趴臥式步行機器人的步行功能。相比現有步行機器人，一條曲軸連接多條步行腿4，控制一條曲軸即可實現對趴臥式步行機器人的同側的步行腿4的控制，簡化了趴臥式步行機器人的結構，同時，減少了整機的可控自由度，降低了整機的控制難度。

其中，步行腿4的步態原理如圖5至8所示，八條步行腿4組成對稱安置于機體兩側，同側四條步行腿4統一由一條曲軸帶動，每條曲軸上有八個曲柄，相鄰兩個曲柄為一組，并與一條步行腿4對應鉸接，且相鄰兩個曲柄方向相差90°，可使每條對應步行腿4通過曲柄連桿43機構實現前后擺動與上下伸展擺動的協調配合運動；其中一條曲柄通過連桿43帶動步行腿4進行前后擺動，另一曲柄通過連桿43帶動步行腿4進行上下伸縮的俯仰擺動機體同側四條腿中相間隔的兩條腿組成同側一組，且步伐相同；同側兩組步行腿4步伐相反，即同側一組前擺，同側另一組后擺，同側兩組步行腿4交替擺動，與機體另一側兩組步行腿4構成整機四邊形步態的運動方式。八足機器人的拐彎可通過控制機體兩側步行腿4的擺動方向來實現。如要進行左轉或右轉向，則可以通過停止左側或右側的步進電機5來停止左側或右側的步行腿4運動，則另外一側的步行腿4繼續運動，并以停止的步行腿4為支撐點完成向左或向右轉向。也可以通過兩步進電機5的正反轉控制使機體兩側的步行腿4擺動方向相反，以實現原地掉頭轉彎。

如圖1所示，整個機器人只需要兩個分別安裝于機架8內的步進電機5分別帶動控制兩條曲軸即可實現控制整機八條步行腿4的協調運動，通過控制兩步進電機5正反接及斷電可實現前進、后退、左轉向、右轉向、原地轉向、停止等動作。

如圖3所示，八足機器人各步行腿4均采用類關節式結構，均由上臂41和下臂42組成。每條步行腿4結構相同，且有兩個自由度，整機具有十六個自由度。上臂41與下臂42，上臂41與曲軸的鉸接點通過連桿43鉸接，并通過曲軸運動控制步行腿4前后擺動和上下伸縮、俯臥擺動動作。

如圖4所示，傳動機構是用10mm*10mm的鋁合金方管材料制成一個400mm*153mm*62mm的長方體為機架8，由兩個步進電機5通過齒輪傳動分別獨立驅動兩條曲軸，再由曲柄連桿43機構帶動步行腿4運動。傳動機構由機架8、一個電源、兩個步進電機5、兩條曲軸(內含十六個曲柄)、四個齒輪、十六條連桿43組成，其傳動原理如下：步進電機5驅動力通過齒輪系、曲柄連桿43機構系統傳動給步行腿4，從而驅動步行腿4進行前后、上下擺動，其中與上臂41鉸接的曲柄帶動上臂41前后擺動；與下臂42鉸接的曲柄帶動下臂42進行上下俯仰擺動。

其中，機架8兩端分別設有步進電機5和減速齒輪組6，減速齒輪組6分別連接第一曲軸1和第二曲軸2，減速齒輪組6用于將步進電機5的告訴轉動轉化為該趴臥式步行機器人需要的低速轉動。

其中，還包括控制臺7，控制臺7內包括控制電路，控制電路能控制第一曲軸1和第二曲軸2的轉動方向，控制臺7設置于機架8內。

實施例2

本發明的一種立柱調節裝置的具體實施方式之二，如圖2所示，本實施例與實施例1相同的技術方案，采用實施例1進行解釋，在此不做贅述，本實施例與實施例1的不同之處在于，控制臺7設置于由鋁合金方管材料制成的機架8的中部，并將第一曲軸1和第二曲軸2分成兩段，這樣的結構不僅節省了機架8內部的空間，而且兩段式曲軸也更加便于第一曲軸1軸和第二曲軸2的安裝。

最后應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對本發明保護范圍的限制，盡管參照較佳實施例對本發明作了詳細地說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的實質和范圍。