手腳融合電動六足機器人的制作方法

本發明涉及一種能夠手腳融合的電動六足機器人，屬于足式移動機器人技術領域。

背景技術：

地面移動機器人的行進方式主要有輪式、足式、履帶式和蠕動式等。與其他移動方式相比，足式移動具有地形適應能力和越障能力強、通過性好、移動方向可全方位調整、機動性好等優勢。六足與其它足式移動機器人相比，具有更好的動態穩定性以及容錯性，是復雜作業環境的最佳選擇。

但目前國內外的多足機器人多作為一種移動平臺，要配置特定的旋轉臂才能完成作業任務，很難實現復雜的操作功能。

技術實現要素：

為克服現有機器人技術中的不足，本發明提出一種手腳融合電動六足機器人，該機器人將腿和臂的功能結合，中間兩條旋轉臂既可以在行走時執行腿的功能，又可以在工作時成為工作臂，進一步增強了機器人的性能。

為了實現上述目的，本發明的手腳融合電動六足機器人采用以下技術方案：

該機器人，包括軀干以及連接在軀干上的四條腿，軀干上還連接有兩條旋轉臂，旋轉臂均包括三條傳動鏈，分別為第一傳動鏈、第二傳動鏈和第三傳動鏈，第一傳動鏈與軀干連接，第二傳動鏈與第一傳動鏈連接，第三傳動鏈與第二傳動鏈連接；兩條旋轉臂的第三傳動鏈的末端連接有抓手。

所述四條腿中的兩條分布在軀干的前部，另兩條分布在軀干的后部，兩條旋轉臂分布在兩條前腿和兩條后退之間。

所述第一傳動鏈包括髖關節平臺、第一電機、第一諧波減速器和髖關節軸，髖關節平臺連接在軀干上，第一諧波減速器連接在髖關節平臺上，第一電機連接在第一諧波減速器上，第一電機的輸出軸與第一諧波減速器的輸入端連接，髖關節軸連接在第一諧波減速器的輸出端。

所述第二傳動鏈包括第二電機、第二諧波減速器和大腿桿件，第二諧波減速器連接在第一傳動鏈中的髖關節軸上，第二電機連接在第二諧波減速器上，第二電機的輸出軸與第二諧波減速器的輸入端相連，大腿桿件連接在第二諧波減速器的輸出端。

所述第三傳動鏈包括第三電機、第三諧波減速器、上搖臂、中間連桿、搖臂銷軸和小腿桿件，第三諧波減速器連接在第二傳動鏈中的大腿桿件上，第三電機連接在第三諧波減速器上，第三電機的輸出軸與第三諧波減速器的輸入端相連，第三諧波減速器的輸出端連接有上搖臂，中間連桿的兩端分別與上搖臂和搖臂銷軸連接，小腿桿件與搖臂銷軸連接，小腿桿件通過膝關節軸與第二傳動鏈中的大腿桿件鉸接在一起。

所述電機均采用盤式電機。

所述抓手包括伺服電機、第四諧波減速器、手掌、推拉機構和手指，伺服電機連接在旋轉臂的第三傳動鏈的末端(旋轉臂小腿桿件)，伺服電機的輸出軸與第四諧波減速器的輸入端相連，第四諧波減速器的輸出端與手掌連接；手掌上鉸接有推拉機構，手指一方面與手掌鉸接，另一方面與推拉機構鉸接。所述推拉機構可以采用氣缸、液壓缸或電缸等。

腿的結構也可以與旋轉臂一樣，包括三條傳動鏈，第一傳動鏈與軀干連接，第二傳動鏈與第一傳動鏈連接，第三傳動鏈與第二傳動鏈連接，第三傳動鏈的末端連接有腳掌。

腿的結構也可以采用其它結構形式。

上述機器人工作時，可根據實際情況，改變機器人的形態，當機器人正常行走時，采用三角步態，形式簡單，易于控制和規劃，并且在快速行進的過程中不失穩定性；當機器人需要抓取物體時，用四條腿作為支撐，通過旋轉臂的旋轉和抓手手指的開合抓取物體。該機器人突破了步行機器人只能步行的單一性，通過手腳融合機構，拓展了其空間操作的功能，提高了機器人的地面適應能力。

本發明可根據具體工況變換機器人的形態，具備手腳融合的功能，其有以下特點：

1.采用六足機構構型，穩定性高，能夠快速通過復雜地形；

2.采用“四足+雙臂”機構構型，可以實現在行進的同時抓取物體。

3.采用電機驅動，可以極大地減小噪聲，并使機械本體更加輕便靈活

附圖說明

圖1是本發明手腳融合電動六足機器人的整體結構示意圖。

圖2是本發明手腳融合電動六足機器人腿的外部結構示意圖。

圖3是本發明中旋轉臂的外部結構示意圖。

圖4是本發明中腿的內部結構剖視圖。

圖5是本發明中第二傳動鏈和第三傳動鏈的結構示意圖。

圖6是本發明中的第三傳動鏈中小腿桿件與第二傳動鏈中大腿桿件左右側板的連接示意圖。

圖7是本發明中旋轉臂抓手內部結構示意圖。

圖中：i.軀干，ii.腿，iii.旋轉臂；

1.第一盤式電機，2.髖關節平臺，3.第一輸入端接盤，4.第一諧波輸入接盤，5.第一諧波減速器，6.髖關節軸，7.上搖臂，8.大腿桿件右側板，9.上蓋板，10.小腿桿件，11.腳掌，12.下蓋板，13.中間連桿，14.第三盤式電機，15.第三輸入端接盤，16.第三諧波輸入接盤，17.滾針軸承套，18.滾針軸承，19.第三諧波減速器，20.第二諧波減速器，21.第二諧波輸入接盤，22.第二輸入端接盤，23.第二盤式電機，24.膝關節軸，25.膝部尼龍墊，26.套筒，27.桿端球面聯結器，28.搖臂銷軸，29.大腿桿件左側板；

30.旋轉臂小腿桿件，31、抓手，32.伺服電機，33.電機套，34.第四諧波輸入接盤，35.第四輸入端接盤36.第四諧波減速器，37.諧波輸出接盤，38.手掌，39.第一銷軸，40.氣缸，41.吊耳，42.第二銷軸，43.第三銷軸，44.手指。

具體實施方式

如圖1所示，本發明的手腳融合電動六足機器人包括軀干i、四條腿ii和兩條旋轉臂iii，腿ii和旋轉臂iii連接在軀干i上。其中兩條腿設置在軀干的前部，另兩條腿設置在軀干的后部，兩條旋轉臂分布在兩條前腿和兩條后腿之間。

每條腿ii均由三條傳動鏈構成，分別為第一傳動鏈、第二傳動鏈和第三傳動鏈，第一傳動鏈、第二傳動鏈和第三傳動鏈依次連接在一起，使每條腿具有三個自由度；第一傳動鏈與軀干i連接。腿ii的外部結構如圖2所示，腿ii在其第三傳動鏈的末端(小腿桿件10)上連接有腳掌11。

旋轉臂iii也包括與腿ii相同結構的三條傳動鏈，不同的是，如圖3所示，旋轉臂iii在其第三傳動鏈的末端(旋轉臂小腿桿件30)連接有抓手31，旋轉臂iii共有四個自由度。

如圖4所示，第一傳動鏈為髖關節傳動鏈，包括髖關節平臺2、第一盤式電機1、第一輸入端接盤3、第一諧波輸入接盤4、第一諧波減速器5和髖關節軸6。髖關節平臺2通過螺釘固定在軀干i的底部。第一諧波減速器5通過螺釘固定在髖關節平臺上。第一盤式電機1通過第一諧波輸入接盤4固定連接在第一諧波減速器5的外殼上，第一盤式電機1的輸出軸通過第一輸入端接盤3與第一諧波減速器5的輸入端相連。髖關節軸6通過螺釘固定連接在第一諧波減速器5的輸出端。第一傳動鏈工作時，第一盤式電機1通過第一諧波減速器5輸出相應的轉速和扭矩驅動髖關節軸6旋轉。

如圖4、圖5和圖6所示，第二傳動鏈為大腿桿件傳動鏈，包括第二盤式電機23、第二輸入端接盤22、第二諧波輸入接盤21、第二諧波減速器20和大腿桿件。大腿桿件由大腿桿件左側板29、大腿桿件右側板8、上蓋板9和下蓋板12依次通過螺釘固定連接圍合而成(參見圖2和圖4)。第二諧波減速器20的外殼用螺釘固定在第一傳動鏈中的髖關節軸6上，第二盤式電機23通過第二諧波輸入接盤21固定在第二諧波減速器20的外殼上，第二盤式電機23的輸出軸通過第二輸入端接盤22與第二諧波減速器20的輸入端相連，大腿桿件左側板29和大腿桿件右側板8(參見圖6)通過螺釘固定在第二諧波減速器20的輸出端。為了減小大腿桿件右側板8旋轉時的阻力和零件的磨損，在第一傳動鏈中的髖關節軸6上設置滾針軸承套17(參見圖5)，滾針軸承套17與第三諧波減速器19之間設置有滾針軸承18。滾針軸承18在大腿桿件運動時支撐第三諧波減速器19，從而減小大腿桿件旋轉時的阻力和零件的磨損。

第二傳動鏈工作時，第二盤式電機23通過第二諧波減速器20輸出相應的轉速和扭矩驅動大腿桿件旋轉。

如圖4和圖5所示，第三傳動鏈為小腿桿件傳動鏈，包括第三盤式電機14、第三輸入端接盤15、第三諧波輸入接盤16、第三諧波減速器19、上搖臂7、桿端球面聯結器27、中間連桿13、搖臂銷軸28、膝關節軸24和小腿桿件10。第三諧波減速器19的外殼用螺釘固定在第二傳動鏈中的大腿桿件右側板8上。第三盤式電機14通過第三諧波輸入接盤16固定在第三諧波減速器19的外殼上。第三盤式電機14的輸出軸通過第三輸入端接盤15與第三諧波減速器19的輸入端相連，第三諧波減速器19的輸出端通過螺釘固定連接有上搖臂7(參見圖4)。中間連桿13的兩端各連接一個桿端球面聯結器27，然后一端與上搖臂7連接，另一端與搖臂銷軸28連接，搖臂銷軸28上套裝有套筒26，起軸向定位的作用。搖臂銷軸28通過螺紋與小腿桿件10連接。小腿桿件10通過膝關節軸24與第二傳動鏈中的大腿桿件左側板29和大腿桿件右側板8鉸接在一起。小腿桿件10與大腿桿件左側板29和大腿桿件右側板8之間設置有膝部尼龍墊25，主要起減小磨損的作用。第三傳動鏈工作時，第三盤式電機14通過第三諧波減速器19輸出相應的轉速和扭矩驅動上搖臂7旋轉，然后通過中間連桿傳遞給小腿桿件10，從而驅動小腿桿件10運動。

小腿桿件10上通過螺釘固定連接有腳掌11。

旋轉臂iii除了具有上述三條傳動鏈以外，在其第三傳動鏈的末端，也就是旋轉臂小腿桿件30上連接有一個抓手31，使得旋轉臂iii共有四個自由度。抓手31的結構如圖7所示，包括伺服電機32、第四諧波輸入接盤34、第四輸入端接盤35、第四諧波減速器36、諧波輸出接盤37、手掌38、氣缸40和手指44。第四諧波輸入接盤34通過電機套33與旋轉臂小腿桿件30固連。第四諧波減速器36和伺服電機32通過螺釘固定在第四諧波輸入接盤34上。伺服電機32的輸出軸通過第四輸入端接盤35與第四諧波減速器36的輸入端相連。手掌38通過諧波輸出接盤37與第四諧波減速器38的輸出端相連。手掌38上通過第一銷軸39鉸接有三個氣缸40，手掌38上通過第三銷軸43鉸接有手指44，一個氣缸40對應一個手指44，氣缸40的缸桿上連接有吊耳41。吊耳41通過第二銷軸42與手指44鉸接。氣缸40也可用電缸代替。

抓手31工作時，伺服電機32通過第四諧波減速器36輸出相應的轉速和扭矩驅動手掌38旋轉。氣缸40通過驅動由氣缸40、吊耳41、手指44和手掌38組成的連桿機構運動，從而實現手指44的開合。

上述手腳融合電動六足機器人四條腿均具有三個主動關節，第一傳動鏈工作時，髖關節軸相對髖關節平臺旋轉；第二傳動鏈工作時，大腿桿件相對于第一傳動鏈中的髖關節軸旋轉；第三傳動鏈工作時，小腿桿件相對于大腿桿件旋轉。中間兩條旋轉臂均具有四個主動關節，前三個關節與前后四條腿相同，工作方式也完全相同，第四個關節主要用于驅動抓手旋轉；抓手工作時，通過電機驅動其相對于小腿桿件旋轉，三個氣缸通過連桿機構驅動手指夾持物體。當機器人正常行走時，采用三角步態，六條腿分為兩組，每組腿的落足點構成一個三角形，可以高速穩定前進；當機器人抓取物體時，利用前后四條腿支撐身體，中間兩條旋轉臂作為抓取物體的機械手。