[发明专利]四足机器人及运动方法

说明书

一种四足机器人及运动方法，属于机器人技术领域。该机器人包括机架、驱动系统和机械腿系统，所述机架包括左机架和右机架，驱动系统包括电源、电机、齿轮、驱动轴，机械腿系统由四个子机械腿系统组成。该四足机器人，由单个电机驱动，实现机器人以对角步态的快速行走，机器人的子机械腿系统，模仿昆虫爬行，通过特殊尺寸限制，实现足部末端与地面接触轨迹为近似直线，且直线轨迹持续时间为电机周转周期的二分之一，因此机器人爬行时不会上下起伏，可以高效稳定的在地面爬行；采用轻量化设计和增材制造技术，降低了机器人尺寸和重量，便于携带，应用于狭窄空间和和环境侦测任务。

技术领域

本发明涉及机器人设计领域，特别是一种高效驱动、快速稳定行走的微型四足机器人。

背景技术

随着机器人技术水平的不断提高，仿生机器人机构的应用渐为广泛，其中可以稳定、快速、驱动简单的微型仿生机器人在狭窄空间执行特殊任务时具有独特的优势，目前大多数机器人腿部均由多个电机驱动，驱动及控制复杂，且运行较慢，少数机器人腿部直接由曲柄摇杆机构驱动，虽然驱动简单且速度快，但是运行不稳定，重心上下起伏较大，现有机器人尚无法同时满足稳定性、快速性及轻量微型化等设计要求。

中国专利CN20191016372公开了一种仿生四足机器人，该机器人自由度数目较多可以适应复杂的路面及具有多种动作，但驱动复杂且质量和尺寸较大，无法应用于狭窄空间执行特殊任务，中国专利ZL201610176243.X公布了一种连杆机构仿生机械腿及其四足机器人，该机器人驱动简单末端输出柔性，因此稳定性较好，但是除杆件数目较多以外，机器人重心偏高、整体尺寸较大。中国专利CN201810149665公开了一种环保型建筑用四足机器人，该专利所提机器人驱动简单、可以快速行走，但是重心会出现上下起伏，稳定性较差，目前，未见有驱动简单、质量轻、体积小、便于携带、速度快且爬行稳定、重心不会上下起伏的四足仿生机器人。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效驱动、快速稳定行走的微型四足机器人，它能克服现有机器人的不足，驱动简单，单个电机即可驱动机器人实现快速行走；腿部输出轨迹柔性，行走时重心不会出现上下起伏现象，运行稳定；重心低、质量和体积小，便于携带，可以在狭窄空间执行特殊任务。

本发明通过以下技术方案达到上述目的：一种四足机器人，其特征在于:

包括机架、驱动系统、辅助轮系统和机械腿系统；

上述机架包括左机架、右机架、前固定杆和后固定杆；其中左机架和右机架的前端分别与前固定杆的左右两端连接，左机架和右机架后端分别与后固定杆的左右两端连接；上述左机架的前段从后向前设置有一个环形凸台和安装孔；后段从前向后也设置有一个环形凸台和安装孔；上述右机架的前段和后段也分别设置有与左机架对应的环形凸台和安装孔；

上述驱动系统包括电源、电机、小齿轮、第一大齿轮、第二大齿轮、第一驱动轴和第二驱动轴；

所述电源为电机供电，电机输出轴与小齿轮固连，并驱动小齿轮沿轴向旋转；第一驱动轴通过左支架、右支架前段的环形凸台安装；第二驱动轴通过左支架、右支架后段的环形凸台安装；所述第一大齿轮固定在第一驱动轴上，第二大齿轮固定在第二驱动轴上，第一大齿轮和第二大齿轮分别啮合于小齿轮前后两侧，三个齿轮轴线平行且位于同一平面内；

辅助轮系统包括左辅助轮和右辅助轮，它们分别安装在左机架和右机架下方；

上述机械腿系统由四个子机械腿系统组成；每个子机械腿包括驱动杆、长连杆、前摇杆、后摇杆、横连杆、短连杆和机械腿；机械腿由机械腿横杆部分和机械腿竖杆部分组成；驱动杆第一端与第一驱动轴固连，驱动杆第二端与长连杆的第一端通过销钉连接，长连杆中部、横连杆第一端和前摇杆的第一端共同通过销钉连接，长连杆第二端与机械腿横杆部分第一端通过销钉连接，机械腿横杆部分第二端与短连杆第一端通过销钉连接；横连杆第二端、短连杆第二端和后摇杆第一端共同通过销钉连接；前摇杆的第二端通过销钉与支架上的安装孔连接，后摇杆的第二端套在机架的环形凸台上可相对机架旋转。