本發(fā)明屬于機(jī)器人機(jī)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種五足仿生機(jī)器人機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

近年來，伴隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)器人學(xué)已逐步成為了一門獨(dú)立的學(xué)科?？茖W(xué)家們對(duì)機(jī)器人的研究日益深入，并在機(jī)器人學(xué)理論上取得了極大地成就。在眾多類型的機(jī)器人中，足式移動(dòng)方式的機(jī)器人可以相對(duì)較易地跨過比較大的障礙(如溝、坎等)，而且機(jī)器人的腳所具備的多自由度可以使機(jī)器人的活動(dòng)倍加矯健，對(duì)于凹凸不平的地形的適應(yīng)能力也更強(qiáng)。正是由于足式機(jī)器人擁有不同于輪式、帶式等移動(dòng)機(jī)器人的特點(diǎn)，憑借極強(qiáng)的地形適應(yīng)能力和穩(wěn)定能力，它已得到越來越廣泛的應(yīng)用。

Rodney A.Brooks.A robot that walks；emergent behaviors from a carefully evolved network.IEEE International Conference on Robotics and Automation,1989,1(2):253-262.發(fā)表了一種用于行星表面探測(cè)的六足機(jī)器人Genghis，這個(gè)機(jī)器人的腿部有2個(gè)自由度，由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，它內(nèi)部包含了觸須傳感器、加速度計(jì)和力矩傳感器，能夠在復(fù)雜地形中行走，但是該機(jī)器人自由度過少，腿部運(yùn)動(dòng)不是特別靈活，并且距離地面過近，不能跨過較高的障礙物。席磊.四足仿生機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃及行走穩(wěn)定性研究.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué),2013.發(fā)表了一種名為MiniQuad的四足機(jī)器人，整個(gè)機(jī)器人具有模塊化的特征，容錯(cuò)性較好，但是該四足機(jī)器人穩(wěn)定性一般，在機(jī)器人進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)顯得很笨重。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種五足仿生機(jī)器人機(jī)構(gòu)，本發(fā)明的機(jī)器人機(jī)構(gòu)機(jī)身輕，穩(wěn)定性高，承載能力強(qiáng)，行走時(shí)轉(zhuǎn)向無需旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向便捷。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：

一種五足仿生機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括軀干、機(jī)械腿，控制裝置；所述軀干包括第一支撐板、第二支撐板、第一支撐桿；所述機(jī)械腿包括第一軸端擋板、第一連接盤、第一數(shù)字舵機(jī)、第一支撐架、第二軸端擋板、第二連接盤、第二數(shù)字舵機(jī)、第二支撐架、第一擺動(dòng)桿、第三軸端擋板、第三連接盤、第三數(shù)字舵機(jī)，第二擺動(dòng)桿、支撐盤、支撐套筒；

所述第一支撐板和第二支撐板分別位于機(jī)器人機(jī)構(gòu)中心的上下端；所述第一支撐板和第二支撐板之間通過第一支撐桿相連；所述第二支撐板上端安裝有控制裝置；

所述第一支撐板的五個(gè)頂點(diǎn)的上端均固接有第一連接盤，所述第一數(shù)字舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸為花鍵軸結(jié)構(gòu)安裝在第一連接盤的中心的花鍵鍵槽內(nèi)，第一連接盤花鍵鍵槽外部安裝有第一軸端擋板；第一數(shù)字舵機(jī)位于第一支撐板和第二支撐板的上下對(duì)應(yīng)的頂點(diǎn)之間；所述第一數(shù)字舵機(jī)安裝在第一支撐架內(nèi)，第一支撐架下端安裝有支撐套筒；第一支撐架的外端與第二支撐架固接；所述第二數(shù)字舵機(jī)安裝在第二支撐架內(nèi)，所述第二數(shù)字舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸安裝在第二連接盤的花鍵鍵槽內(nèi)；所述第二連接盤一端與第一擺動(dòng)桿固接，第一擺動(dòng)桿的另一端與第三連接盤固接，所述第三數(shù)字舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與第三連接盤的中心花鍵鍵槽內(nèi)；所述第一擺桿兩端均設(shè)有圓孔，分別與第二連接盤和第三連接盤的花鍵鍵槽中心同軸，第二數(shù)字舵機(jī)和第三數(shù)字舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸分別穿過第一擺桿兩端的圓孔；第一擺桿兩個(gè)圓孔外部分別安裝有第二軸端擋板和第三軸端擋板；所述第三數(shù)字舵機(jī)與第二擺動(dòng)桿固接，所述第二擺動(dòng)桿的底端與支撐盤鉸接；所述支撐盤作為整個(gè)機(jī)構(gòu)的支撐點(diǎn)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)的輪式、履帶式機(jī)器人具有在復(fù)雜地況中的更好的移動(dòng)性能，由于每個(gè)機(jī)械腿均具有4個(gè)自由度，即具有四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副關(guān)節(jié)，使得機(jī)器人能夠靈活運(yùn)動(dòng)，可行走的地形范圍也更大。

(2)本發(fā)明的軀干部分由上下兩塊正五邊形的支撐板構(gòu)成，五條機(jī)械腿呈五角對(duì)稱分布支撐機(jī)器人整體，相比于現(xiàn)階段的四足機(jī)器人，機(jī)械腿數(shù)目更多，分布對(duì)稱性更高，具有更好的承重能力、穩(wěn)定性能和更強(qiáng)的適應(yīng)環(huán)境的能力。

(3)本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的六足機(jī)器人相比具有更加靈活的機(jī)動(dòng)性能，運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)向更加方便快捷，由于整體呈中心五角對(duì)稱分布，機(jī)器人機(jī)構(gòu)本身無需轉(zhuǎn)向，只需抬起對(duì)應(yīng)方向的機(jī)械腿即可完成轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，具有高效的行走能力和靈活的轉(zhuǎn)向能力，可以滿足更多的使用需求。

(4)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)身輕，結(jié)構(gòu)對(duì)稱，通用性強(qiáng)，加工和維護(hù)成本低。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

附圖說明

圖1是本發(fā)明五足仿生機(jī)器人機(jī)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明五足仿生機(jī)器人控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明五足仿生機(jī)器人的機(jī)械腿結(jié)構(gòu)軸測(cè)圖；

圖4是本發(fā)明五足仿生機(jī)器人的機(jī)械腿俯視圖；

圖5是本發(fā)明五足仿生機(jī)器人的腿部主視圖。

具體實(shí)施方式

結(jié)合圖1-圖5，本發(fā)明涉及一種五足仿生機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括軀干、機(jī)械腿，控制裝置；所述軀干包括第一支撐板1、第二支撐板2、第一支撐桿3；所述控制裝置包括第二支撐桿4、驅(qū)動(dòng)器5、控制電路板6、系統(tǒng)電源7；所述機(jī)械腿包括第一軸端擋板8、第一連接盤9、第一數(shù)字舵機(jī)10、第一支撐架11、第二軸端擋板12、第二連接盤13、第二數(shù)字舵機(jī)14、第二支撐架15、第一擺動(dòng)桿16、第三軸端擋板17、第三連接盤18、第三數(shù)字舵機(jī)19，第二擺動(dòng)桿20、支撐盤21、支撐套筒22；

所述第一支撐板1和第二支撐板2分別位于機(jī)器人機(jī)構(gòu)中心的上下端，上下對(duì)稱分布，且第一支撐板1和第二支撐板2的所在平面相互平行；所述第一支撐板1和第二支撐板2之間通過第一支撐桿3相連，第一支撐桿3用于固定第一支撐板1和第二支撐板2，且對(duì)第一支撐板1和第二支撐板2之間的距離進(jìn)行限定，使得五足仿生機(jī)器人具有機(jī)身輕、承載能力強(qiáng)的特點(diǎn)。所述第二支撐板2上端中心安裝有控制裝置，所述控制裝置用于控制各個(gè)數(shù)字舵機(jī)的運(yùn)動(dòng)。所述機(jī)械腿關(guān)于軀干中心呈五角對(duì)稱。

所述第一支撐板1的五個(gè)頂點(diǎn)的上端均固接有第一連接盤9，所述第一數(shù)字舵機(jī)10的轉(zhuǎn)動(dòng)軸安裝在第一連接盤9的中心的花鍵鍵槽內(nèi)；第一連接盤9花鍵鍵槽外部安裝有第一軸端擋板8，用于對(duì)第一數(shù)字舵機(jī)10轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的第一連接盤9進(jìn)行軸向定位；所述第一數(shù)字舵機(jī)10位于第一支撐板1和第二支撐板2的上下對(duì)應(yīng)的頂點(diǎn)之間，第一數(shù)字舵機(jī)10可以使機(jī)械腿繞第一數(shù)字舵機(jī)10的轉(zhuǎn)動(dòng)軸在支撐板的水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)；所述第一數(shù)字舵機(jī)10安裝在第一支撐架11內(nèi)，第一支撐架11下端安裝有支撐套筒22，用于將第一數(shù)字舵機(jī)10支撐在第一支撐板1上，第一支撐架11的外端與第二支撐架15固接；所述第二數(shù)字舵機(jī)14安裝在第二支撐架15內(nèi)，所述第二數(shù)字舵機(jī)14的轉(zhuǎn)動(dòng)軸安裝在第二連接盤13中心的花鍵鍵槽內(nèi)；所述第二連接盤13一端與第一擺動(dòng)桿16固接，第一擺動(dòng)桿16的另一端與第三連接盤18固接；所述第三數(shù)字舵機(jī)19的轉(zhuǎn)動(dòng)軸安裝愛第三連接盤18的中心的花鍵鍵槽內(nèi)；所述第一擺桿16兩端均設(shè)有圓孔，分別與第二連接盤13和第三連接盤18的花鍵鍵槽中心同軸，第二數(shù)字舵機(jī)14和第三數(shù)字舵機(jī)19的轉(zhuǎn)動(dòng)軸分別穿過第一擺桿兩端的圓孔；第一擺桿16兩個(gè)圓孔外部分別安裝有第二軸端擋板12和第三軸端擋板17，分別用于對(duì)第二數(shù)字舵機(jī)14轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的第二連接盤13和第三數(shù)字舵機(jī)19轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的第三連接盤18進(jìn)行軸向定位；所述第三數(shù)字舵機(jī)19與第二擺動(dòng)桿20固接，所述第二擺動(dòng)桿20的底端與支撐盤21鉸接；所述支撐盤21作為整個(gè)機(jī)構(gòu)的支撐點(diǎn)。

所述第一數(shù)字舵機(jī)10轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸線垂直于第一支撐板1的平面；所述第二數(shù)字舵機(jī)14轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸線與第一數(shù)字舵機(jī)10轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸線相互垂直，所述第三數(shù)字舵機(jī)19轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸線與第二數(shù)字舵機(jī)14轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸線相互平行；

進(jìn)一步的實(shí)施方式中，所述控制裝置包括第二支撐桿4、驅(qū)動(dòng)器5、控制電路板6、系統(tǒng)電源7；所述第二支撐桿4、驅(qū)動(dòng)器5、控制電路板6、系統(tǒng)電源7均位于第一支撐板1和第二支撐板2的上端；所述驅(qū)動(dòng)器5安裝在第二支撐板2的中心，驅(qū)動(dòng)器5用于驅(qū)動(dòng)各個(gè)數(shù)字舵機(jī)；所述第二支撐桿4的上端固接在第一支撐板1的下端，第二支撐桿4的下端固接有控制電路板6；所述控制電路板6位于驅(qū)動(dòng)器5的上端，控制電路板6用于控制驅(qū)動(dòng)器5的運(yùn)作；所述系統(tǒng)電源7安裝在驅(qū)動(dòng)器5的一端，系統(tǒng)電源7為驅(qū)動(dòng)器5、控制電路板6、各個(gè)數(shù)字舵機(jī)提供電源。

作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述第二數(shù)字舵機(jī)14和第三數(shù)字舵機(jī)19位于第一擺桿16的同一側(cè)；在一些實(shí)施方式中所述第二數(shù)字舵機(jī)14和第三數(shù)字舵機(jī)19位于第一擺桿16的兩側(cè)。

進(jìn)一步的實(shí)施方式中，所述第一連接盤9、第二連接盤13、第三連接盤18均為圓盤結(jié)構(gòu)，圓盤中心設(shè)有數(shù)字舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的花鍵鍵槽，花鍵鍵槽的外部對(duì)稱設(shè)有四個(gè)通孔，通孔用于連接盤的固定。在一些實(shí)施方式中，所述第一連接盤9、第二連接盤13、第三連接盤18均為方盤結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的實(shí)施方式中，所述第二支撐桿4為圓柱結(jié)構(gòu)，數(shù)量為3-6個(gè)；作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述第二支撐桿4的數(shù)量為4個(gè)，第二支撐桿4關(guān)于第一支撐板1的中心對(duì)稱安裝，第二支撐桿4固定控制電路板6的四端。

作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述第一支撐板1和第二支撐板2結(jié)構(gòu)相同，均為正五邊形結(jié)構(gòu)，五條邊采用向內(nèi)彎曲的圓弧邊結(jié)構(gòu)；

在另外一些實(shí)施方式中，所述第一支撐板1和第二支撐板2均為圓板結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的實(shí)施方式中，所述第一支撐桿3為圓柱結(jié)構(gòu)，數(shù)量為3-6個(gè)；作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述第一支撐桿3的數(shù)量為5個(gè)，第一支撐桿3關(guān)于第一支撐板1的中心對(duì)稱安裝。

作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述第一數(shù)字舵機(jī)10、第二數(shù)字舵機(jī)14、第三數(shù)字舵機(jī)19型號(hào)均相同，數(shù)字舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸均為花鍵軸結(jié)構(gòu)；第一連接盤9、第二連接盤13、第三連接盤18結(jié)構(gòu)均相同；第一軸端擋板8、第二軸端擋板12、第三軸端擋板17結(jié)構(gòu)均相同；第一支撐架11和第二支撐架15結(jié)構(gòu)相同；采用相同的型號(hào)或結(jié)構(gòu)以降低制造成本。

作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述第一支撐架11為U型結(jié)構(gòu)，第一支撐架11的一個(gè)外側(cè)邊框的兩端各設(shè)有2個(gè)通孔，用于安裝第一數(shù)字舵機(jī)10；所述第一支撐架11與第二支撐架15的開口方向相反且安裝方向相互垂直。

進(jìn)一步的實(shí)施方式中，所述第一擺動(dòng)桿16為兩端半圓形的平板結(jié)構(gòu)；所述第二擺動(dòng)桿20為月牙形的平板結(jié)構(gòu)，第二擺動(dòng)桿20內(nèi)圓弧中部設(shè)有四個(gè)通孔，用于安裝第三數(shù)字舵機(jī)19。

作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述支撐盤21為圓盤結(jié)構(gòu)；在另外一些實(shí)施方式中，所述支撐盤21為矩形板結(jié)構(gòu)、平行四邊形板結(jié)構(gòu)。

第一連接盤9與第一支撐架11通過第一數(shù)字舵機(jī)10的轉(zhuǎn)動(dòng)軸形成第一轉(zhuǎn)動(dòng)副關(guān)節(jié)；第二連接盤13和第二支撐架15通過第二數(shù)字舵機(jī)14的轉(zhuǎn)動(dòng)軸形成第二轉(zhuǎn)動(dòng)副關(guān)節(jié)；第三連接盤18和第二擺動(dòng)桿20通過第三數(shù)字舵機(jī)19的轉(zhuǎn)動(dòng)軸形成第三轉(zhuǎn)動(dòng)副關(guān)節(jié)；第二擺動(dòng)桿20的底端與支撐盤21鉸接，形成第四轉(zhuǎn)動(dòng)副關(guān)節(jié)；利用支撐盤21作為整個(gè)機(jī)構(gòu)的支撐點(diǎn)，增大了機(jī)械腿與地面的接觸面積，使五足仿生機(jī)器人具有穩(wěn)定性高的特點(diǎn)。每條機(jī)械腿都是一個(gè)串聯(lián)機(jī)構(gòu)，每個(gè)機(jī)械腿具有四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副關(guān)節(jié)，多條機(jī)械腿之間并聯(lián)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。

在開始運(yùn)動(dòng)前首先確定好運(yùn)動(dòng)的方向，然后抬起對(duì)應(yīng)方向上的機(jī)械腿；在控制裝置的控制下，第三數(shù)字舵機(jī)19的轉(zhuǎn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，使第二擺動(dòng)桿20和支撐盤21抬起，在重力的作用下，支撐盤21的下端平面始終與水平面平行；隨后第二數(shù)字舵機(jī)14的轉(zhuǎn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，使第一擺動(dòng)桿16抬起，進(jìn)而增加第二擺動(dòng)桿20和支撐盤21的抬起高度，使得五足仿生機(jī)器人能跨過更高的障礙物；利用第一數(shù)字舵機(jī)10轉(zhuǎn)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)，機(jī)械腿能夠在第一支撐板1的平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，使得剩余的四條機(jī)械腿能夠采用四足對(duì)角運(yùn)動(dòng)的方式進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。當(dāng)五足仿生機(jī)器人需要轉(zhuǎn)彎時(shí)，只需落下之前抬起的機(jī)械腿；在控制裝置的控制下，第二數(shù)字舵機(jī)14的轉(zhuǎn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，使第一擺動(dòng)桿16下落到，隨后第三數(shù)字舵機(jī)19的轉(zhuǎn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，第二擺動(dòng)桿20和支撐盤21下落，最終使支撐盤21與地面接觸，五條機(jī)械腿共同支撐五足仿生機(jī)器人機(jī)構(gòu)；將所需轉(zhuǎn)向方向上的機(jī)械腿抬起，再按照上述方式進(jìn)行運(yùn)動(dòng)即可，該機(jī)構(gòu)具有轉(zhuǎn)向快捷的特點(diǎn)，提高了機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性。