一种全自动双足机器人

1.本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及一种全自动双足机器人。


背景技术：

2.二十一世纪以来，计算机、控制科学、传感器技术、人工智能、自动控制等高新技术的快速发展，给我们的生活带来了巨大的变革。同时，高新技术的迅猛发展也引发了世界军事领域一系列重大变革；军事装备无人化已成必然发展趋势，无人作战系统的应用越来越广泛，各种类型的军用机器人正大量涌现，是未来信息化战场的基本智能单元。从目前军用机器人的军事用途看，主要分为四大类：空间军用机器人、空中军用机器人、地面军用机器人和水下军用机器人。其中，地面军用机器人是未来陆军的重要力量，能明显增强部队的作战能力，代替人在高危险环境下完成各种任务，如扫雷、排爆、火力引导、侦察等，而且使用地面机器人对保存有生力量、提高作战效能具有重要意义。
3.如专利公告号为cn208557535u的中国专利，提出了一种军事用侦查机器人的机械臂，包括安装在侦查机器人上的机械臂，所述机械臂可沿所述侦查机器人行进方向上下转动，所述侦查机器人上设置有用于驱动所述机械臂做旋转运动的第一驱动装置。在机械臂上设有辅助箱，辅助箱内设有越障辅助装置。
4.该技术方案通过越障辅助装置增加了侦查机器人的着力点，有助于带动侦查机器人脱困。但是该技术方案存在以下问题：当机器人在地形复杂的丘陵山地进行侦察作业时，由于轮子的着力点较低，无法穿越坡度较大的障碍物，或是需要花费较长的时间寻找地势平缓的路段，应用范围具有局限性。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种全自动双足机器人，可以穿越坡度较大的障碍物，提升避障效果，节省寻找平缓路段的时间，提升侦察效率，扩大应用范围。
6.为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
7.一种全自动双足机器人，包括躯干支架、控制系统、监测终端和电源，所述躯干支架的顶部设有和所述监测终端通信连接的云台模块，实现环境图像信息的实时采集；所述躯干支架的两侧分别设有手部，所述手部包括肩关节连接件，所述肩关节连接件上固设有万向球；所述躯干支架的底部转动设置有腰部连接件，所述腰部连接件的两侧分别设有足部，所述足部包括膝关节连接件，所述膝关节连接件的中部转动设有行进轮；所述手部和所述足部均与所述控制系统控制连接，所述监测终端和所述控制系统通信连接，实现足式运动和轮式运动的转换。
8.进一步设置为：所述云台模块包括头部云台、云台支架、第一固定支架和第二固定支架，所述云台支架的顶部和所述头部云台固定连接，其底部和所述第一固定支架转动连接；所述第一固定支架上固设有用于驱动云台支架竖直方向转动的第一云台舵机；所述第二固定支架和第一固定支架转动连接，所述第二固定支架上固设有用于驱动第一固定支架
水平方向转动的第二云台舵机，所述第一云台舵机和所述第二云台舵机均和所述控制系统控制连接。
9.进一步设置为：所述足部还包括大腿支架、膝关节连接件，所述大腿支架和所述腰部连接件转动连接，所述膝关节连接件的中部嵌设安装有电机，所述行进轮和所述电机的输出端传动连接；所述膝关节连接件的两端分别开设有上安装槽和下安装槽，所述上安装槽和所述下安装槽之间的夹角为钝角，所述上安装槽内嵌设安装有大腿舵机，所述下安装槽内嵌设安装有小腿舵机，所述小腿舵机的底部设有脚板。
10.进一步设置为：所述手部还包括依次转动连接的第一手臂舵机、第二手臂舵机和第三手臂舵机，所述第一手部舵机和所述肩关节连接件转动连接。
11.进一步设置为：所述电源嵌设安装于所述躯干支架上，所述躯干支架于所述电源的顶部两侧分别设有肩部舵机，所述肩部舵机和所述肩关节连接件驱动连接。
12.进一步设置为：所述腰部连接件的中部嵌设有腰部舵机，所述腰部舵机和所述躯干支架驱动连接。
13.进一步设置为：所述控制系统包括主控板，所述躯干支架的两侧分别固设有前胸板和后背板，所述主控板固定连接于所述后背板上；所述主控板上设有与其通信连接的测距模块，所述前胸板和所述手部上均设有超声波测距传感器，所述超声波测距传感器通过测距模块和所述主控板通信连接。
14.进一步设置为：所述主控板上还设有与其通信连接的姿态传感器模块，用于感知机器人的姿态。
15.进一步设置为：所述主控板上还设有与其通信连接的定位模块，所述定位模块支持多种卫星导航系统。
16.进一步设置为：所述主控板上还设有与其通信连接的温度传感器。
17.综上所述，本实用新型的有益技术效果为：
18.(1)机器人以万向球作为支撑点，通过行进轮前进，进行快速侦察作业。当云台模块检测到障碍物时，监测终端通过控制系统控制机器人从轮式前进转换为双足行走，跨越障碍物，从而提升避障效果，适应复杂地形，提升侦察效率，扩大应用范围。
19.(2)通过上安装槽和下安装槽的夹角设计提高了轮式运动时的底盘高度，提升其通过障碍的能力，同时能在一定程度上可以降低机器人的重心高度，有利于足式行走的稳定性。
附图说明
20.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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。
21.图1为本实用新型的整体结构示意图；
22.图2为本实用新型的主视图；
23.图3为本实用新型中控制系统的硬件结构图。
24.附图标记：
25.1、躯干支架
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11、肩部舵机
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12、前胸板
26.13、后背板
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2、主控板
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21、测距模块
27.22、姿态传感器模块
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23、定位模块
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24、温度传感器
28.25、舵机驱动板
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26、电机驱动板
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27、降压模块
29.28、串口通信模块
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3、监测终端
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4、电源
30.5、云台模块
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51、头部云台
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52、云台支架
31.53、第一固定支架
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54、第二固定支架
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55、第一云台舵机
32.56、第二云台舵机
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6、手部
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61、肩关节连接件
33.62、第一手臂舵机
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63、第二手臂舵机
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64、第三手臂舵机
34.65、万向球
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7、足部
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71、大腿支架
35.72、膝关节连接件
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73、电机
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74、行进轮
36.75、上安装槽
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76、下安装槽
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77、大腿舵机
37.78、小腿舵机
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79、脚板
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8、腰部连接件
38.81、腰部舵机
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82、凹槽
具体实施方式
39.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
40.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
41.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
42.实施例1
43.参照图1，为本实用新型公开的一种全自动双足机器人，包括躯干支架1、控制系统、监测终端3(图3中示出)和电源4，躯干支架1的顶部设有云台模块5，云台模块5和监测终端3通信连接，云台模块5实时采集环境图像信息并传输至监测终端3。躯干支架1的两侧分别设有手部6，两个手部6对称设置。躯干支架1的底部转动设置有腰部连接件8，腰部连接件8的中部嵌设安装有腰部舵机81，腰部舵机81和躯干支架1驱动连接，从而实现躯干支架1的转动，提升机器人整体的灵活性。腰部连接件8的两侧分别设有足部7，两个足部7对称设置。手部6、足部7和监测终端3均与控制系统控制连接。
44.参照图1和图2，云台模块5包括头部云台51、云台支架52、第一固定支架53和第二
固定支架54，云台支架52的顶部和头部云台51固定连接，底部和第一固定支架53转动连接。第一固定支架 53上固设有第一云台舵机55，第一云台舵机55和云台支架52驱动连接，可以控制云台支架52竖直方向的转动，从而实现头部云台51 竖直方向的转动。第二固定支架54的顶部和第一固定支架53转动连接，底部和躯干支架1固定连接，第二固定支架54上固设有第二云台舵机56，第二云台舵机56和第一固定支架53驱动连接，可以控制第一固定支架53水平方向的转动，从而实现头部云台51水平方向的转动。
45.参照图1和图2，手部6包括肩关节连接件61、第一手臂舵机 62、第二手臂舵机63和第三手臂舵机64，肩关节连接件61和躯干支架1呈45
°
倾斜设置且两者转动连接，肩关节连接件61上固设有万向球65。躯干支架1于头部云台51的两侧分别设有肩部舵机11，肩部舵机11和肩关节连接件61驱动连接，从而实现手部6的前后摆动。第一手臂舵机62的一端转动连接于肩关节连接件61上，第二手臂舵机63的两端分别和第一手臂舵机62、第三手臂舵机64转动该连接。第二手臂舵机63相当于肘关节，第一手臂舵机62和第三手臂舵机64可以相对第二手臂舵机63转动，使得第二手臂舵机63与地面形成支撑点，辅助实现足式运动和轮式运动的变换。
46.足部7包括大腿支架71、膝关节连接件72，腰部连接件8底部的两侧分别开设有凹槽82，大腿支架71的顶部转动连接于凹槽82 内。膝关节连接件72的中部嵌设安装有电机73，电机73的输出端传动连接有行进轮74。膝关节连接件72的两端分别开设有上安装槽 75和下安装槽76，上安装槽75内嵌设安装有大腿舵机77，下安装槽76内嵌设安装有小腿舵机78，小腿舵机78的底部设有脚板79。上安装槽75和下安装槽76之间的夹角为钝角，夹角优选地设置为 120
°
，当机器人从足式转换为轮式运动时，使其底盘高度较高，提升了机器人通过障碍的能力，降低对路面的要求，同时能在一定程度上降低机器人的重心高度，有利于足式行走的稳定性。
47.参照图1和图2，控制系统包括主控板2，躯干支架1的两侧分别固设有前胸板12和后背板13，主控板2固定连接于后背板13上。结合图3，主控板2上设有测距模块21、姿态传感器模块22、定位模块23，前胸板12和手部6上均设有超声波测距传感器，超声波测距传感器通过测距模块21和主控板2通信连接，能够探测机器人前方障碍物的距离。姿态传感器模块22采用了mpu6050模块，通过姿态传感器和主控板2的通信连接，可以感知机器人的姿态，并将姿态数据传输给主控板2。定位模块23和主控板2通信连接，定位模块 23支持多种卫星导航系统，包括gps和bds导航系统，从而接收导航卫星的定位数据，同时将定位数据传输给主控制板，实现定位功能。主控板2上还设有与其通信连接的温度传感器24，通过温度传感器 24实时监测环境温度。
48.继续参照图3，主控板2上设有舵机驱动板25，肩部舵机11、腰部舵机81、第一手臂舵机62、第二手臂舵机63、第三手臂舵机64、大腿舵机77、小腿舵机78均通过舵机驱动板25和主控板2控制连接。主控板2上设有电机73驱动板26，电机73通过电机73驱动板 26和主控板2控制连接。电源4嵌设安装于躯干支架1上，机器人上所有用电器件均通过电源4供电。主控板2上各个模块的工作电压不尽相同，主控板2设置降压模块27对电源4进行降压，从而实现正常供电。主控板2上设有串口通信模块28，监测终端3通过串口通信模块28和主控板2通信连接，主控板2收集的位置坐标、环境温度和姿态信息均可以发送至监测终端3，实现数据信息的实时监测，同时监测终端3可以向主控板2发布指令。
49.本实用新型的工作原理及有益效果为：
50.机器人在进行侦察作业时，监测终端3可以实时监测机器人的位置坐标、环境温度和姿态信息，通过主控板2对第一云台舵机55和第二云台舵机56的控制，可以实现头部云台51水平方向和竖直方向的转动，从而扩大机器人的侦察范围。根据所处的地形特点，如若地形较为平缓，则机器人以万向球65作为支撑点，通过行进轮74前进，进行快速高效地侦察作业。如若出现较高的障碍物使得机器人无法通过时，监测终端3向主控板2发布指令，足部7向两侧分开，腰部舵机81控制机器人的躯干支架1向下弯曲，同时手部6接触地面形成支撑点，接着肩部舵机11控制肩关节连接件61转动，使得万向轮接触地面作为前支点，行进轮74接触地面作为后支点，实现机器人从轮式前进转换为双足行走的变换，以便机器人跨越障碍物。
51.相比于现有技术，本机器人可以穿越坡度较大的障碍物，提升了避障效果，节省寻找平缓路段的时间，提升了侦察效率，适应复杂地形，扩大应用范围。
52.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。