多足机器人的制作方法

1.本实用新型属于机器人技术领域，尤其涉及一种多足机器人。


背景技术：

2.对于步行机器人的研究由来已久。有些机器人利用仿生原理，如模拟人的两足、动物的四足、昆虫的多足结构。也有一些按照机械物理平衡原理而设计。目前已经出现了各种各样的步行机器人，其中一些步行机器人的研究已经取得了很好的演示效果。
3.相关技术提供的步行机器人包括行足以及连接组件，行足的一端与连接组件连接，另一端用于抓紧地面以使机器人可以类似于人类在地面行走，行足与连接组件之间具有可转动自由度。
4.但是上述步行机器人在路面平整的情况下，例如人类生活的社区、楼宇等地面行走时速度低，机器人的工作效率低，使用范围小。


技术实现要素：

5.本实用新型实施例提供了一种多足机器人，能够解决步行机器人在路面平整的情况下，机器人的工作效率低，使用范围小的技术问题。
6.一种多足机器人，包括：肢体组件，包括呈一排排列的多个肢体，各肢体与排列方向相交的竖向上延伸，各肢体在自身延伸方向上可弯折且具有相对的连接端和自由端；连接组件，各肢体的连接端连接于连接组件；滚轮组件，肢体组件中至少部分的肢体的自由端设置有滚轮组件；多足机器人在行进状态下，肢体组件中多个肢体的自由端呈两行以上排列，其中两行的各肢体的自由端均着地，且着地的自由端沿竖直方向的正投影呈多边形图案。
7.根据本实用新型实施例的一个方面，肢体包括上肢和下肢，上肢通过第一转轴连接至连接组件，上肢和下肢通过第二转轴连接，第一转轴和第二转轴的延伸方向相同。
8.根据本实用新型实施例的一个方面，肢体还包括抬腿驱动组件，带动肢体在连接组件上摆动；
9.抬腿驱动组件设置于肢体与第一转轴连接；或者，
10.抬腿驱动组件连接连接组件及肢体设置。
11.根据本实用新型实施例的一个方面，肢体还包括弯腿驱动组件，第二转轴与弯腿驱动组件连接，弯腿驱动组件用于带动下肢相对于上肢弯折。
12.根据本实用新型实施例的一个方面，滚轮组件包括连接架与滚轮，连接架连接于边缘肢体的自由端，滚轮与连接架可转动连接。
13.根据本实用新型实施例的一个方面，滚轮组件还包括：制动机构，每个滚轮组件上均具有制动机构。
14.根据本实用新型实施例的一个方面，制动机构包括伺服电机与伺服控制器，伺服电机与滚轮连接，伺服控制器与伺服电机连接。
15.根据本实用新型实施例的一个方面，多足机器人具有行走预备状态，行走预备状态下，至少四个肢体的自由端着地，且其中四个着地的肢体的自由端沿竖直方向的正投影呈第一多边形图案，多足机器人的重心位于该第一多边形图案内。
16.根据本实用新型实施例的一个方面，多足机器人还具有行走状态，行走状态下，至少三个肢体的自由端着地，其余肢体自由端远离地面位于连接组件的一侧，且其中三个着地的肢体的自由端沿竖直方向的正投影呈第二多边形图案。
17.根据本实用新型实施例的一个方面，多足机器人还具有爬坡状态，爬坡状态下，至少三个肢体的自由端着地，其中，至少一个肢体自由端位于第一台阶上，至少两个肢体自由端位于第二台阶上。
18.本实用新型实施例提供的多足机器人在行进状态下，通过多个肢体的自由端呈两行以上排列，且两行肢体的自由端均着地，且着地的自由端沿竖直方向的正投影呈多边形图案，可以保证多足机器人的重心位于该多边形内，保证多足机器人行走稳定性，通过滚轮组件可以使机器人在诸如商场、楼宇等地面平缓的地形中滚动行进，提高了多足机器人的行进效率和适用范围。本实用新型实施例提供的多足机器人可以保证机器人在不同地形的路面行进或行走，提高了机器人的行进速度，扩大了机器人的使用范围。
附图说明
19.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是本实用新型实施例的多足机器人结构示意图；
21.图2是本实用新型实施例的多足机器人结构示意图；
22.图3是本实用新型实施例的抬腿驱动组件与弯腿驱动组件结构示意图；
23.图4是本实用新型实施例的抬腿驱动组件结构示意图；
24.图5是本实用新型实施例的滚轮组件结构示意图；
25.图6是本实用新型实施例的抬腿驱动组件结构示意图。
26.附图中：
[0027]1‑
肢体，101
‑
上肢，102
‑
下肢，2
‑
连接组件，20
‑
伸缩部，201
‑
导轨，202
‑
滑块，31
‑
连接架，32
‑
滚轮，3
‑
滚轮组件，4
‑
第一转轴，5
‑
第二转轴，6
‑
抬腿驱动组件，61
‑
第一驱动电机，62
‑
第一传动带，63
‑
第一转动轴，7
‑
弯腿驱动组件，71
‑
第二驱动电机，72
‑
第二传动带，73
‑
第二转动轴。
具体实施方式
[0028]
下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好的理解。
[0029]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对实施例进行详细描述。
[0030]
请参阅图1，图1是本实用新型实施例提供的多足机器人的结构示意图。如图1所示，本实用新型实施例提供的一种多足机器人包括肢体组件、连接组件2和滚轮组件3。肢体组件包括呈一排排列的多个肢体1，各肢体1与排列方向相交的竖向上延伸，各肢体1在自身延伸方向上可弯折且具有相对的连接端和自由端。各肢体1的连接端连接于连接组件2。肢体组件中至少部分的肢体1的自由端设置有滚轮组件3。多足机器人在行进状态下，肢体组件中多个肢体1的自由端呈两行以上排列，其中两行的各肢体1的自由端均着地，且着地的自由端沿竖直方向的正投影呈多边形图案。
[0031]
本实用新型实施例提供的多足机器人在行进状态下，通过多个肢体的自由端呈两行以上排列，且两行肢体的自由端均着地，且着地的自由端沿竖直方向的正投影呈多边形图案，可以保证多足机器人的重心位于该多边形内，保证多足机器人行走稳定性，通过滚轮组件可以使机器人在诸如商场、楼宇等地面平缓的地形中滚动行进，提高了多足机器人的行进效率和适用范围。本实用新型实施例提供的多足机器人可以保证机器人在不同地形的路面行进或行走，提高了机器人的行进速度，扩大了机器人的使用范围。
[0032]
可以理解的是，本实用新型实施例提供的多个肢体1呈一排排列，且各肢体1的连接端相互固定连接，保持稳定，不发生转向或偏转，以保证多足机器人的稳定行进。本实用新型实施例提供的肢体1的数量可以为多个，能达到对机器人支撑以及完成机器人行进的目的即可。作为一种示例，多足机器人的肢体1数量可以为五个，五个肢体1的自由端呈两行以上排列。当多足机器人行进时通过五个肢体1的交替移动、落地实现多足机器人的行进。
[0033]
请一并参阅图2，在一些可选地实施例中，肢体1包括上肢101和下肢102，上肢101通过第一转轴4连接至连接组件2，上肢101和下肢102通过第二转轴5连接，第一转轴4和第二转轴5的延伸方向相同。
[0034]
通过设置第一转轴4可以实现上肢101相对于连接组件2的相对转动，通过设置第二转轴5可以实现下肢102相对于上肢101的相对转动。第一转轴4与连接组件2之间为可转动连接，第一转轴4与上肢101之间为可转动连接，上肢101和下肢102与第二转轴5之间均为可转动连接，以实现下肢102与上肢101之间的相互转动。进一步地，通过设置第一转轴4和第二转轴5可以实现肢体1的抬腿和弯腿动作。示例的，当多足机器人需要抬腿时，下肢102可以通过第二转动轴相对于上肢101转动实现抬腿动作，进一步地，当下肢102抬起时需要上肢101与连接组件2之间相对转动，以配合完成下肢102的抬腿动作。通过设置第一转轴4与第二转轴5的延伸方向相同，可以保证肢体1的抬腿动作，即保证下肢102与上肢101的运动方向相同。
[0035]
请一并参阅图3，在一些可选地实施例中，该多足机器人还包括抬腿驱动组件6，带动肢体1在连接组件2上摆动；
[0036]
抬腿驱动组件6设置于肢体1与第一转轴4连接；或者，
[0037]
抬腿驱动组件6连接该连接组件2及肢体1设置。
[0038]
需要说明的是，本实用新型实施例提供的抬腿驱动组件6可以设置在第一转轴4上，也可以设置在连接组件2上，只要能达到带动肢体1相对于连接组件2摆动的目的即可。作为一种示例，抬腿驱动组件6包括第一驱动电机61与第一驱动带62以及第一转动轴63，驱
动电机61可以设置在连接组件2上，驱动电机61的电机轴与第一转动轴63平行，第一转动轴63设置在肢体1上，第一驱动带62缠绕在驱动电机61的电机轴和第一转动轴63上，通过驱动电机61转动带动驱动带转动进而实现肢体1的抬腿和弯曲。进一步地，驱动电机61可以设置在连接组件2上，第一转动轴63设置在下肢102上，第一驱动带62缠绕在第一驱动电机61的电机轴与第一转动轴63上，通过第一驱动电机61转动带动第一驱动带62转动进而实现下肢102的抬腿和弯曲。
[0039]
请一并参阅图3和图4，在一些可选地实施例中，该多足机器人还包括弯腿驱动组件7，第二转轴5与弯腿驱动组件7连接，弯腿驱动组件7用于带动下肢102相对于上肢101弯折。
[0040]
弯腿驱动组件7用于带动下肢102相对于上肢101弯折。本实施例的弯腿驱动组件7设置在上肢101上，弯腿驱动组件7的输出轴与第二转轴5可选为相互平行设置，下肢102与第二转轴5固定连接，第二转轴5又与上肢101可转动连接，弯腿驱动组件7包括第二驱动电机71、第二驱动带72以及第二转动轴73，第二驱动电机71的输出轴通过第二驱动带72与第二转轴5连接，弯腿驱动组件7带动第二转轴5转动，从而带动下肢102相对上肢101转动，上肢101下肢102能够相对开合，从而实现弯腿动作，本实用新型实施例采用弯腿驱动组件7结构简单，控制方便。
[0041]
请一并参阅图5，在一些可选地实施例中，滚轮组件3包括连接架31与滚轮32，连接架31连接于边缘肢体1的自由端，滚轮32与连接架可转动连接。
[0042]
连接架31与肢体1之间可以为固定连接，需要说明的是，本实施例的固定连接即连接架31与肢体1之间不发生相互转动的连接方式，示例的，连接架31与肢体1之间可以为螺纹连接或螺栓连接。滚轮32与连接架31可转动连接，以保证滚轮32可以沿360
°
转动，进而适应不同的路面，保证多足机器人的在多种路面上进行转向行进。进一步地，本实用新型实施例提供的滚轮32可以包括活动脚轮及固定脚轮，连接架连接于边缘肢体1的自由端，活动脚轮与连接架可转动连接，固定脚轮与活动脚轮连接。
[0043]
需要说明的是，通过设置连接架31与肢体1的自由端固定连接，连接架31与活动脚轮可转动连接，可以使活动脚轮沿360
°
方向转动，固定脚轮做直线运动，实现多足机器人的前行。作为一种示例，可以在连接架31内开设滑槽，活动脚轮与连接架31可转动连接，或在连接架31内设置转动轴，活动脚轮通过转动轴与连接架31可转动连接。活动脚轮与固定脚轮可以通过螺栓连接。
[0044]
可以理解的是，滚轮32的数量可以与肢体1的数量相匹配。需要说明的是，本实用新型实施例中肢体1的自由端可以设置滚轮32，也可以在部分肢体1的自由端不设置滚轮32。即多足机器人在滑行状态下时，不设置滚轮32的肢体1自由端可以远离地面，不影响其他肢体1的滑行；多足机器人在行走状态下时，设置滚轮32的肢体1和不设置滚轮32的肢体1的自由端一并落地，不设置滚轮32的肢体1起到支撑作用。
[0045]
在一些可选地实施例中，滚轮组件3还包括：制动机构，每个滚轮32上均具有制动机构。
[0046]
需要说明的是，本实用新型实施例中多足机器人可以通过滚轮32步行前行也可以通过滚轮32的滚动前行。每个滚轮32上均设置有制动机构。当多足机器人在例如商场、社区街道、楼宇等较平稳的地面行进时，可以通过滚轮32滚动带动多足机器人前行，如此避免了
相关技术中即使在较为平稳光滑的地面也要通过肢体1步行前行的方式行进，导致多足机器人作业效率低的问题。可以理解的是，在较为平稳的商场、社区街道、楼宇等环境中也会有台阶或楼梯等地形，此时可以通过制动机构对滚轮32进行制动，阻止滚轮32滚动，使滚轮32采用行走的方式经过台阶或楼梯等地形，如此提高了机器人的使用范围。进一步地，制动机构可以设置在活动脚轮上。作为一种示例，本实用新型实施例提供的滚轮32可以为万向轮，行进时每个肢体1上的万向轮均着地，通过不同侧肢体1上万向轮之间的转向差可以也可以实现转向。
[0047]
在一些可选地实施例中，制动机构包括制动器和制动源，制动源与制动器连接，制动器用于对滚轮32进行制动。本实用新型实施例通过制动源为制动器提供动力，进而带动制动器对滚轮32进行制动。
[0048]
在一些可选地实施例中，制动器包括闸瓦和弹性部件，制动源包括磁性部件和电源；闸瓦一端与弹性部件连接，另一端用于与滚轮32进行抱合，磁性部件一端与闸瓦连接，另一端与电源连接。
[0049]
需要说明的是，本实用新型实施例提供的制动方式为抱闸制动，即通过电磁力对滚轮32进行控制。进一步地，当需要对滚轮32进行制动时通过电源给磁性部件通电，磁性部件通电后产生磁场，将电能转换为磁能，磁性部件产生的磁力将闸瓦磁化，闸瓦克服弹性部件的拉力将滚轮32抱合，实现制动，此时滚轮32不滚动，多足机器人可以通过滚轮32的走动完成作业。当不需要对滚轮32进行制动时，关闭电源，磁性部件失去磁力，闸瓦上的磁性消失，闸瓦在弹性部件的作用下远离滚轮32，滚轮32可以继续滚动行进。
[0050]
需要说明的是，由于本实用新型实施例中需要通过磁力对滚轮32进行制动，因此，滚轮32的材质需要满足与磁力相吸引的生铁或合金材质等。作为一种示例，弹性部件可以为弹簧，磁性部件可以为电磁铁等。本实用新型实施例对滚轮32的材质不限于此。
[0051]
作为一个可选实施例，制动机构包括制动主缸、滚轮32制动缸与制动踏板，制动踏板与制动主缸连接，制动主缸与滚轮32制动缸连接，每个滚轮32上均设置有滚轮32制动缸。
[0052]
本实用新型实施例对滚轮32的制动采用制动主缸和滚轮32制动缸结合的方式进行制动。进一步地，当需要制动时，对制动踏板施加机械力，制动主缸将制动踏板产生的机械力转化为液压力，并将该液压力传递给与每个进行轮连接的滚轮32主缸，对每个滚轮32实现制动。本实用新型实施例提供的制动主缸也可以为液压缸等。
[0053]
在一些可选地实施例中，制动机构包括伺服电机与伺服控制器，伺服电机与滚轮32连接，伺服控制器与伺服电机连接。
[0054]
伺服电机(servo motor)是指在伺服控制系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度，对位置精度的控制非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子、转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。本实用新型实施例采用伺服电机控制滚轮32的启停和运转，提高对多足机器人行进速度和行进位移控制的精确性。
[0055]
伺服控制系统是一种能对试验装置的机械运动按预定要求进行自动控制的操作系统。在很多情况下，伺服控制系统专指被控制量系统的输出量是机械位移或位移速度、加
速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移或转角准确地跟踪输入的位移或转角。
[0056]
伺服驱动器(servo drives)又称为“伺服控制器”或“伺服放大器”，是用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服控制系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统。
[0057]
本实用新型实施例通过伺服电机与滚轮32连接，通过伺服控制器控制伺服电机的启停和运转，进而控制滚轮32的启停和运转。进一步地，当多足机器人需要步行上台阶或者爬楼梯时，可以通过伺服控制器控制伺服电机停止转动，进而使滚轮32锁定位置，停止转动，采用步行的方式行进。如此可以精确的控制滚轮32行驶的位移和行进速度，且提高机器人的适用范围。
[0058]
在一些可选地实施例中，连接组件2包括固定梁，多个肢体1的连接端通过连接组件2与固定梁连接，示例的，固定梁可以为沿肢体1一排排列方向延伸的矩形固定梁，本实用新型实施例对固定梁的形状不限于此，只要能到将肢体1按照一排排列连接的目的即可。固定梁与连接组件2之间可以为固定连接，示例的，可以为螺栓连接或螺纹连接等。
[0059]
请参阅图6，在一些可选地实施例中，连接组件2还包括伸缩部20；上肢101的一端通过第一转轴4与连接组件2连接；下肢102通过伸缩部20连接至上肢101的另一端，下肢102能够沿上肢101的延伸方向伸缩。
[0060]
下肢102通过伸缩部与上肢101连接，下肢102能够相对于上肢101伸缩；肢体1具备两个空间转动自由度和一个伸缩自由度，能够覆盖空间内的任意位置，使得多足机器人整机结构简单，能够适应多种地形行走、转向及站立。
[0061]
请参阅图6，在一些可选地实施例中，伸缩部包括相互匹配的导轨201及滑块202；导轨201沿上肢101的延伸方向设置于上肢101，滑块202设置于下肢102，或，导轨201沿下肢102的延伸方向设置于下肢102，滑块202设置于上肢101；滑块202与导轨201能够相互滑动以使得下肢102相对于上肢101伸缩。
[0062]
本实用新型实施例的伸缩部包括相互匹配的导轨201及滑块202；导轨201沿上肢101的延伸方向设置于上肢101，滑块202设置于下肢102，或导轨201沿下肢102的延伸方向设置于下肢102，滑块202设置于上肢101；滑块201与导轨202能够相互滑动以使得下肢102相对于上肢101伸缩。本实用新型实施例的导轨201与滑块202相互配合，能够相对滑动，从而使下肢102与上肢101发生相对滑动；除了采用滑块202与导轨202配合的结构形式，还可采用液压缸结构实现伸缩，可选地，上肢101与下肢102构成液压缸的结构形式，如上肢101采用缸体结构、下肢102采用推杆结构，传动稳定，控制方便，利于多足机器人整机保持平衡及稳定地进行行走、转向动作。
[0063]
本实用新型实施例提供的多足机器人可以具有多种状态，示例的，可以具有滚动前行状态、行走预备状态、行走状态以及爬行状态等。需要说明的是，本实用新型实施例提供的连接组件2上还具有控制装置和感应装置。以下将针对具有五足的多足机器热对本实用新型实施例提供的多足机器人具有的状态进行详细描述。
[0064]
在一些可选地实施例中，多足机器人具有行走预备状态，行走预备状态下，四个肢体1的自由端一并着地，且其中四个着地的肢体1的自由端沿竖直方向的正投影呈第一多边形图案，多足机器人的重心位于该第一多边形图案内。
[0065]
多足机器人在行走预备状态下时，至少有四个肢体1的自由端一并着地，作为一种
示例，可以是位于中间一个肢体1自由端抬起，其余肢体1的自由端着地，落地的肢体1的在地面的投影呈第一多边形图案，多足机器人的重心位于该第一多边形图案中，以保证多足机器人的站立稳定性。作为另一种示例，也可以是四个肢体1落地，还可以是所有的肢体1自由端均落地。落地肢体1的自由端在地面的投影呈第一多边形图案，多足机器人的重心位于该第一多边形图案中。
[0066]
在一些可选地实施例中，多足机器人还具有行走状态，行走状态下，至少三个肢体1的自由端一并着地，其余肢体1自由端远离地面向连接组件2一侧，且其中三个着地的肢体1的自由端沿竖直方向的正投影呈第二多边形图案。
[0067]
需要说明的是，多足机器人行走时可以包括迈腿、支撑、前行等状态。作为一种示例，多足机器人行走时，在迈腿状态下，控制装置控制行走预备状态下自由端远离地面的肢体1向连接组件2的第一侧移动，在支撑状态下，感应装置感应连接组件2第一侧的地形并将地形信号传输至控制装置，控制装置控制抬起的肢体1着地，向连接组件2第一侧移动的所有肢体1的自由端与形成第一多边形图案的肢体1中的至少两个肢体1的自由端沿竖直方向的正投影呈第二多边形图案，在前行状态下，控制装置控制多足机器人的重心移动到至第二多边形图案内，实现多足机器人向连接部件的第一侧移动。三个以上的肢体1重复迈腿状态、支撑状态、前行状态，着地的肢体1的自由端连续形成多边形图案，实现多足机器人向连接组件2的第一侧连续空间移动。
[0068]
在一些可选地实施例中，多足机器人还具有爬坡状态，爬坡状态下，至少三个肢体1的自由端一并着地，其中，至少一个肢体1自由端位于第一台阶上，至少两个肢体1自由端位于第二台阶上。
[0069]
作为一种示例，当多足机器人爬坡时，至少一个肢体1可以位于第一台阶上，剩余四个肢体1中的两个肢体1作为支撑位于地面，完成第一台阶的爬坡；位于第一台阶上的肢体1作为支撑，位于地面的两个肢体1继续爬上第二台阶，在地面作为支撑的两个肢体1收起，完成第二台阶的爬坡；收起的两个肢体1爬向第三台阶，位于中间的肢体1收回至第三台阶，当所有肢体1均位于最后一个台阶时，多足机器人完成爬坡。
[0070]
依次类推，着地的肢体1的自由端连续形成多边形图案，多足机器人可实现空间连续移动，能够在凹凸不平的地面行走，包括爬升台阶。需要说明的是，爬升台阶时，在控制多足机器人重心移动的同时，还应根据相邻台阶的高度差而注意调整多足机器人重心的高度，多足机器人重心的高度不宜过高，从而保证爬升过程稳定；能够根据地形而适应性地选择行走步幅，包括小步挪动，使得连续前进更加稳定，尤其适用于在复杂多变的地形行走。
[0071]
在一些可选地实施例中，多足机器人在滚动前行状态下时，多足机器人至少三个肢体1自由端着地，并且着地的自由端呈第三多边形图案，多足机器人的重心位于该第三多边形图案中，以保证多足机器人的稳定性。
[0072]
作为一种示例，多足机器人滚动前行状态下，可以是位于中间的肢体1自由端远离地面，轻微抬起，其余肢体1的自由端落地，多足机器人通过落地的肢体1的滚轮组件3滚动前行。如此，提高了机器人的行进效率，也扩大了机器人的适用范围。
[0073]
以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的
保护范围应以权利要求的保护范围为准。