一种仿生机器狗的制作方法
【专利摘要】一种仿生机器狗，它涉及一种机器狗，以解决现有四足机器人结构复杂，制造成本高，性能不稳定不可靠，适用性差以及不利于行走的问题，它包括上平板、下平板、两个侧板、前连接臂、后连接臂、两个第一舵机和两个第二舵机；上平板和下平板之间布置有与二者连接的两个侧板，上平板的前端下表面并列安装有两个第一舵机，上平板的后端下表面并列安装有两个第二舵机；每个前腿包括第一槽形件、前支撑臂、两个第二槽形件和两个第三舵机；每个后腿包括第一槽形件、后支撑臂、两个第二槽形件和两个第三舵机，两个第二槽形件中的其中一个第二槽形件的底部安装在相对应的第一舵机的输出轴上。本实用新型属于机器人【技术领域】。
【专利说明】一种仿生机器狗
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种机器狗，属于机器人【技术领域】。
【背景技术】
[0002]机器人技术是近几十年来迅速发展起来的一门高新技术，它综合了机械与精密机械、微电子与计算机、自动控制与驱动、传感器与信息处理以及人工智能等多学科的最新研宄成果，是典型的机电一体化技术载体，是目前最活跃的研宄领域之一。
[0003]当前机器人的移动方式主要包括轮式、履带式、步行、爬行以及蠕动等。车轮自其问世以来就一直是在坚硬平地上运动的最有效工具。然而，在松软地面或崎岖不平的地形上车轮的作用将严重丧失。为了改善轮子对松软路面和不平地形的适应能力，履带式车辆应运而生，并且在工程和军事上得到了广泛的应用。轮式和履带式移动方式对周围环境的要求较高，因而其应用范围受到一定的限制。爬行和蠕动式机器人主要用于管道和其它狭窄空间内的工作，具有良好的稳定性，但是移动速度较慢。步行是人和大多数高等动物共同采用的移动方式，对环境具有很强的适应性，既可以进入相对狭窄的空间，也可以跨越障碍、上下台阶、上下斜坡甚至在不平整地面上运动，使得其与上述各种运动方式相比，具有更广阔应用前景。现有步行机器人的足数分别为单足、双足、三足、四足、六足、八足甚至更多，其中偶数占绝大多数，因为就直线运动来说，偶数足能产生有效的步态。四足步行机器人比两足步行机器人承载能力强、稳定性好，同时又比六足、八足步行机器人的结构简单，易于控制。此外，四足步行机既能以静态步行方式实现不平地面及复杂地形上的行走，又能以动态步行方式(步行过程任意时刻均少于三条腿同时处于支撑状态的步行方式)实现高速行走，因而更加受到各国研宄人员的重视。
[0004]尽管四足机器人技术有了很大的发展，国内外相继研宄开发了很多原理样机或实验模型，但制约四足机器人技术进一步发展并没有得到根本的解决。如结构复杂，制造成本高，性能不稳定不可靠，适用性差，因此，四足机器人研宄尚需进一步发展和完善。
实用新型内容
[0005]本实用新型是为解决现有四足机器人结构复杂，制造成本高，性能不稳定不可靠，适用性差以及不利于行走的问题，进而提供一种仿生机器狗。
[0006]本实用新型为解决上述问题采取的技术方案是:本实用的一种仿生机器狗包括上平板、下平板、两个侧板、两个第一舵机、两个第二舵机、两个前腿和两个后腿；两个侧板竖向布置，上平板和下平板之间布置有与二者连接的两个侧板，上平板的前端下表面并列安装有两个第一舵机，上平板的后端下表面并列安装有两个第二舵机，两个第一舵机的输出轴和两个第二舵机的输出轴均布置在上平板的外侧，两个第一舵机的输出轴的轴向水平设置并与水平板的长度方向垂直，两个第一舵机的输出轴的轴向与两个第二舵机的输出轴的轴向平行；
[0007]每个前腿包括第一槽形件、前支撑臂、两个第二槽形件和两个第三舵机；两个第二槽形件中的其中一个第二槽形件的底部安装在相对应的第一舵机的输出轴上，两个第三舵机中的其中一个第三舵机的输出轴转动安装在所述其中一个第二槽形件的两臂之间，所述其中一个第三舵机的壳体固装在第一槽形件的两臂之间，第一槽形件的底部与两个第二槽形件中的剩余一个第二槽形件的底部固接，两个第三舵机中的剩余一个第三舵机的输出轴转动安装在所述剩余一个第二槽形件的两臂之间；前支撑臂包括前连接槽和L形支撑托，前连接槽的两臂与L形支撑托的长臂平行且连接为一体，所述剩余一个第三舵机的壳体固装在前连接槽两臂之间；第一舵机的输出轴的轴向与所述其中一个第三舵机的轴向垂直，第一舵机的输出轴的轴向与所述剩余一个第三舵机的轴向平行；
[0008]每个前腿包括第一槽形件、后支撑臂、两个第二槽形件和两个第三舵机；两个第二槽形件中的其中一个第二槽形件的底部安装在相对应的第二舵机的输出轴上，两个第三舵机中的其中一个第三舵机的输出轴转动安装在所述其中一个第二槽形件的两臂之间，所述其中一个第三舵机的壳体固装在第一槽形件的两臂之间，第一槽形件的底部与两个第二槽形件中的剩余一个第二槽形件的底部固接，两个第三舵机中的剩余一个第三舵机的输出轴转动安装在所述剩余一个第二槽形件的两臂之间；后支撑臂包括后连接槽和L形支撑托，后连接槽的两臂与L形支撑托的长臂交叉布置并连接为一体，所述剩余一个第三舵机的壳体固装在后连接槽两臂之间；第二舵机的输出轴的轴向与所述其中一个第三舵机的轴向垂直，第二舵机的输出轴的轴向与所述剩余一个第三舵机的轴向平行。
[0009]本实用新型的有益效果是:一、本实用新型安装便捷，连接可靠，第一槽形件、两个第二槽形件以及第三舵机成前大腿或后大腿，剩余一个第三舵机和前支撑臂或后支撑臂构成前小腿或后小腿。分别为第二槽形件与第一舵机或第二舵机转动连接可实现前大腿或后大腿的转动，其中一个第三舵机与其中一个第二槽形件的转动连接实现前大腿或后大腿的翻转，剩余一个第三舵机与剩余一个第二槽形件的转动连接可实现前小腿或后小腿的转动，前腿和后腿具有三自由度，相当于每条腿的三个关节，可以模拟出的运动步态与现实四足动物的步态具有相同运动方式，相同的占空比，稳定裕度，运动周期等，这是每条腿只有两个自由度的四足机器人无法做到的。因此，本实用新型的机器狗步态上更自然更稳定，更接近现实体四足动物的运动方式，本实用新型的性能更稳定更好。
[0010]二、本实用新型的每个关节的运动范围严格依据现实中犬类动物关节的相关参数确定，通过设计跑动、慢走等各种步态，可以准确的模拟犬类动物的运动，有利于行走，可为模拟犬类动物制作使用；本实用新型通过简化结构设计，机械结构不至于太过复杂，同时，保证了其完成行走功能，专门适用于研宄四足动物的步态，或者开发更高效的新形式的步态，现有的仿生四足机器人单台造价至少十万元以上，而本款机器狗最低造价可以控制在一千元至几千元以内。利用本实用新型进行四足机器人常用步态和腿机构的基础研宄，也能够促进四足机器人关键技术的发展和扩展四足机器人的应用领域，如教学教具以及玩具等。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本实用新型的立体结构示意图，图2是图1的B向视图，图3是图1的俯视图，图4是图1的C向视图，图5是图1的A处局部放大图，图6是本实用新型的对角步态的步态图。
【具体实施方式】
[0012]【具体实施方式】一:结合图1-图4说明，本实施方式的一种仿生机器狗包括上平板1、下平板2、两个侧板3、两个第一舵机4、两个第二舵机5、两个前腿6和两个后腿7 ;两个侧板3竖向布置，上平板I和下平板2之间布置有与二者连接的两个侧板3，上平板I的前端下表面并列安装有两个第一舵机4，上平板I的后端下表面并列安装有两个第二舵机5，两个第一舵机4的输出轴和两个第二舵机5的输出轴均布置在上平板I的外侧，两个第一舵机4的输出轴的轴向水平设置并与水平板I的长度方向垂直，两个第一舵机4的输出轴的轴向与两个第二舵机5的输出轴的轴向平行；
[0013]每个前腿6包括第一槽形件6-1、前支撑臂6-2、两个第二槽形件6_3和两个第三舵机6-4 ;两个第二槽形件6-3中的其中一个第二槽形件6-3的底部安装在相对应的第一舵机4的输出轴上，两个第三舵机6-4中的其中一个第三舵机6-4的输出轴转动安装在所述其中一个第二槽形件6-3的两臂之间，所述其中一个第三舵机6-4的壳体固装在第一槽形件6-1的两臂之间，第一槽形件6-1的底部与两个第二槽形件6-3中的剩余一个第二槽形件6-3的底部固接，两个第三舵机6-4中的剩余一个第三舵机6-4的输出轴转动安装在所述剩余一个第二槽形件6-3的两臂之间；前支撑臂6-2包括前连接槽6-5和L形支撑托6-6，前连接槽6-5的两臂与L形支撑托6-6的长臂平行且连接为一体，所述剩余一个第三舵机6-4的壳体固装在前连接槽6-5两臂之间；第一舵机4的输出轴的轴向与所述其中一个第三舵机6-4的轴向垂直，第一舵机4的输出轴的轴向与所述剩余一个第三舵机6-4的轴向平行；
[0014]每个前腿7包括第一槽形件6-1、后支撑臂6-7、两个第二槽形件6_3和两个第三舵机6-4 ;两个第二槽形件6-3中的其中一个第二槽形件6-3的底部安装在相对应的第二舵机5的输出轴上，两个第三舵机6-4中的其中一个第三舵机6-4的输出轴转动安装在所述其中一个第二槽形件6-3的两臂之间，所述其中一个第三舵机6-4的壳体固装在第一槽形件6-1的两臂之间，第一槽形件6-1的底部与两个第二槽形件6-3中的剩余一个第二槽形件6-3的底部固接，两个第三舵机6-4中的剩余一个第三舵机6-4的输出轴转动安装在所述剩余一个第二槽形件6-3的两臂之间；后支撑臂6-7包括后连接槽6-8和L形支撑托6-6，后连接槽6-8的两臂与L形支撑托6-6的长臂交叉布置并连接为一体，所述剩余一个第三舵机6-4的壳体固装在后连接槽6-8两臂之间；第二舵机5的输出轴的轴向与所述其中一个第三舵机6-4的轴向垂直，第二舵机5的输出轴的轴向与所述剩余一个第三舵机6-4的轴向平行。
[0015]本实施方式的舵机为现有技术，它主要由外壳、无核心马达、减速齿轮与位置检测器构成，它的主要功能相当于伺服电机，可用伺服电机替代，为机器狗的大腿和小腿提供运动(转动或翻转等步态)的动力。本实施方式的控制系统可采用现有技术的控制系统。
[0016]【具体实施方式】二:结合图1说明，本实施方式的第一槽形件6-1和第二槽形件6-3均为U形件。如此设置，制造便捷，连接可靠。其它与【具体实施方式】一相同。
[0017]【具体实施方式】三:结合图1说明，本实施方式的上平板I为环氧树脂板，下平板2为环氧树脂板，两个侧板3均为环氧树脂板。如此设置，质轻，强度大，廉价易得。其它与【具体实施方式】一或二相同。
[0018]【具体实施方式】四:结合图1说明，本实施方式的第一槽形件6-1为金属槽形件，第二槽形件6-3为金属槽形件。本实施方式的金属件可采用铝或碳钢等金属制作。其它与【具体实施方式】三相同。
[0019]【具体实施方式】五:结合图1-图2及图5说明，本实施方式所述机器狗还包括六个[形板8，每个侧板3的上端加工有两个T形凸起3-1，每个侧板3的下端加工有一个T形凸起3-1，每个侧板3的上端的两个T形凸起3-1穿出上平板1，每个侧板3的下端的T形凸起3-1穿出下平板2，每个侧板3通过嵌装在T形凸起3-1上的[形板8与上平板I连接，每个侧板3通过嵌装在T形凸起3-1上的[形板8与下平板2连接。本实施方式的[形板与T形凸起构成牙嵌式结构，连接方便可靠，拆装便捷，成本低。其它与【具体实施方式】一、二或四相同。
[0020]工作原理
[0021]结合图1-图6说明，不同的四足动物由于身体条件的限制和神经控制能力的差异，其步态呈现不同的形式，即使是同一种动物在不同的运动状态下步态差异也是相当大的，例如马的慢走和奔跑就属于两种完全不同的步态。动物的运动形式由相位差和占空系数两个参数表征。
[0022]四足哺乳类动物具有四种典型步态:
[0023]I)爬行步态，各足依次起落，占空系数大于0.75、小于1，相位差为1/4 ;
[0024]2)对角步态，对角腿成对起落，占空系数0.5，两对之间相位差为1/2 ;
[0025]3)蹄溜步态，同侧的腿成对起落，占空系数为0.5，两对之间相位差为1/2 ;
[0026]4)疾驰步态，前后腿成对起落，存在四腿同时腾空时刻，占空系数小于0.5，后腿相对前腿之间的相位差为小于1/2。
[0027]本实用新型主要模仿了其中的对角步态。对角步态，又称为对角小跑步态，由于其占空系数较小，相对来说，行进速度要快。与属于静态稳定的爬行步态不同，对角步态属于动态稳定步态。对角小跑步态一个步态周期的腿机构的运动规律为(如图6所示，其中黑色实心圆圈表示支撑腿，空心圆圈表示摆动腿，黑色实心椭圆形圈表示机器狗重心):4条腿分成2组，位于对角线上的2条腿为一组，这2条腿同时抬起、摆动、落地、支撑。腿在空中的抬起、摆动、落地3个过程，称为摆动相，腿在地面上称为支撑相。
[0028]当占空比的占空系数为0.5时，机器人对角步态各腿及机体重心的移动顺序如下图所示(空心箭头表示腿及机器狗的重心移动顺序):初始状态时四足着地，重心在对角腿足端连线的交叉点；行进起始时腿I和腿3抬起向前摆动，腿2和腿4支撑的同时驱动各个关节使机体向前平移至腿I和腿3足端连线中点；机体重心到达规定位置时，腿I和腿3同时着地，腿2和腿4同时抬起并以相同的运动形式交替抬起落下。行进过程中为避免干扰，只有当摆动的对角腿同时抬起足端完全离开地面时，支撑腿的各个关节才开始运动使机身向前平移。
【权利要求】
1.一种仿生机器狗，其特征在于:它包括上平板(I)、下平板(2)、两个侧板(3)、两个第一舵机⑷、两个第二舵机(5)、两个前腿(6)和两个后腿(7);两个侧板(3)竖向布置，上平板(I)和下平板(2)之间布置有与二者连接的两个侧板(3)，上平板(I)的前端下表面并列安装有两个第一舵机(4)，上平板(I)的后端下表面并列安装有两个第二舵机(5)，两个第一舵机(4)的输出轴和两个第二舵机(5)的输出轴均布置在上平板(I)的外侧，两个第一舵机(4)的输出轴的轴向水平设置并与水平板(I)的长度方向垂直，两个第一舵机(4)的输出轴的轴向与两个第二舵机(5)的输出轴的轴向平行； 每个前腿(6)包括第一槽形件(6-1)、前支撑臂(6-2)、两个第二槽形件(6-3)和两个第三舵机(6-4);两个第二槽形件(6-3)中的其中一个第二槽形件(6-3)的底部安装在相对应的第一舵机(4)的输出轴上，两个第三舵机(6-4)中的其中一个第三舵机(6-4)的输出轴转动安装在所述其中一个第二槽形件(6-3)的两臂之间，所述其中一个第三舵机(6-4)的壳体固装在第一槽形件(6-1)的两臂之间，第一槽形件(6-1)的底部与两个第二槽形件(6-3)中的剩余一个第二槽形件(6-3)的底部固接，两个第三舵机(6-4)中的剩余一个第三舵机(6-4)的输出轴转动安装在所述剩余一个第二槽形件(6-3)的两臂之间；前支撑臂(6-2)包括前连接槽(6-5)和L形支撑托￠-6)，前连接槽(6-5)的两臂与L形支撑托(6-6)的长臂平行且连接为一体，所述另一个第三舵机(6-4)的壳体固装在前连接槽(6-5)两臂之间；第一舵机⑷的输出轴的轴向与所述其中一个第三舵机(6-4)的轴向垂直，第一舵机(4)的输出轴的轴向与所述剩余一个第三舵机￠-4)的轴向平行； 每个前腿(7)包括第一槽形件(6-1)、后支撑臂(6-7)、两个第二槽形件(6-3)和两个第三舵机(6-4);两个第二槽形件(6-3)中的其中一个第二槽形件(6-3)的底部安装在相对应的第二舵机(5)的输出轴上，两个第三舵机(6-4)中的其中一个第三舵机(6-4)的输出轴转动安装在所述其中一个第二槽形件(6-3)的两臂之间，所述其中一个第三舵机(6-4)的壳体固装在第一槽形件(6-1)的两臂之间，第一槽形件(6-1)的底部与两个第二槽形件(6-3)中的剩余一个第二槽形件(6-3)的底部固接，两个第三舵机(6-4)中的剩余一个第三舵机(6-4)的输出轴转动安装在所述剩余一个第二槽形件(6-3)的两臂之间；后支撑臂(6-7)包括后连接槽(6-8)和L形支撑托(6-6)，后连接槽(6_8)的两臂与L形支撑托(6-6)的长臂交叉布置并连接为一体，所述剩余一个第三舵机(6-4)的壳体固装在后连接槽(6-8)两臂之间；第二舵机(5)的输出轴的轴向与所述其中一个第三舵机(6-4)的轴向垂直，第二舵机(5)的输出轴的轴向与所述剩余一个第三舵机￠-4)的轴向平行。
2.根据权利要求1所述的一种仿生机器狗，其特征在于:第一槽形件(6-1)和第二槽形件(6-3)均为U形件。
3.根据权利要求1或2所述的一种仿生机器狗，其特征在于:上平板(I)为环氧树脂板，下平板(2)为环氧树脂板，两个侧板(3)均为环氧树脂板。
4.根据权利要求3所述的一种仿生机器狗，其特征在于:第一槽形件(6-1)为金属槽形件，第二槽形件(6-3)为金属槽形件。
5.根据权利要求1、2或4所述的一种仿生机器狗，其特征在于:所述机器狗还包括六个[形板(8)，每个侧板(3)的上端加工有两个T形凸起(3-1)，每个侧板(3)的下端加工有一个T形凸起(3-1)，每个侧板(3)的上端的两个T形凸起(3-1)穿出上平板(1)，每个侧板(3)的下端的T形凸起(3-1)穿出下平板(2)，每个侧板(3)通过嵌装在T形凸起(3-1)上的[形板(8)与上平板(I)连接，每个侧板(3)通过嵌装在T形凸起(3-1)上的[形板(8)与下平板⑵连接。
【文档编号】B62D57/032GK204264314SQ201420812631
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年12月18日 优先权日:2014年12月18日
【发明者】常琳, 冷晓琨, 李国 , 刘芳, 陈鑫, 裴昭义, 何治成, 朴松昊 申请人:哈尔滨工大天才智能科技有限公司