阅读说明：本技术 一种非轮式机器人 (Non-wheeled robot ) 是由 刘春山 张文清 侯玉申 邓明明 邓磊 李银涛 于 2020-07-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种非轮式机器人,包括行走机构,所述行走机构包括四个腿部行走机构和腹部结构,所述腿部行走机构对称安装在所述腹部结构的两侧,所述腹部结构的顶端通过支撑板安装有弹射机构。所述腹部结构包括腹板,所述腹板两侧对称设有侧板。有益效果是：本申请的足式机器人为教育用机器人提供了一种新的思路,该机器人首先是一种仿生四足机器人,能够通过该机器人向学生普及机器人技术的同时,科普一系列仿生概念,让孩子们从仿生学的角度去理解机器人的运动状态,趣味性会更好。由于该仿生四足机器人具有很多自由度,能够在教学中发挥学生的主观能动性,让他们自行探索更多的动作可能性,实现个性化定制功能。(The invention discloses a non-wheeled robot which comprises a walking mechanism, wherein the walking mechanism comprises four leg walking mechanisms and an abdomen structure, the leg walking mechanisms are symmetrically arranged on two sides of the abdomen structure, and an ejection mechanism is arranged at the top end of the abdomen structure through a supporting plate. The belly structure includes the web, the web bilateral symmetry is equipped with the curb plate. The beneficial effects are that: the utility model provides a sufficient formula robot provides a new thinking for robot for education, and this robot is the bionic four-footed robot at first, can popularize the robot technique to the student through this robot, and a series of bionical concepts of science popularization let children go to understand the motion state of robot from the angle of bionics, and the interest can be better. Because the bionic quadruped robot has multiple degrees of freedom, the subjective initiative of students can be exerted in teaching, so that the students can explore more action possibilities by themselves, and the personalized customization function is realized.)

一种非轮式机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种非轮式机器人。

背景技术

现行的教育用机器人主要以颗粒型搭建的机器人、轮式机器人为主。颗粒型搭建的机器人因为其接口数量有限等原因，搭建出来的机器人要么是静态的，要么动作有限；轮式移动机器人主要依赖外接各种传感器实现一些复杂的功能，但是功能比较常规。

发明内容

本发明的目的是提供一种非轮式机器人，能够通过该机器人向学生普及机器人技术的同时，科普一系列仿生概念，让孩子们从仿生学的角度去理解机器人的运动状态，趣味性会更好。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种非轮式机器人，包括行走机构，所述行走机构包括四个腿部行走机构和腹部结构，所述腿部行走机构对称安装在所述腹部结构的两侧，所述腹部结构的顶端通过支撑板安装有弹射机构。

所述腹部结构包括腹板，所述腹板两侧对称设有侧板，所述侧板顶端沿其长度方向对称开设有安装口，所述腹板的表面开设有机械手臂连接口。

所述腿部行走机构包括大腿部、膝盖和小腿部，所述大腿部通过所述安装口与侧板内侧面第一舵机的输出端相连接，所述大腿部内通过第二舵机与所述膝盖活动连接，所述膝盖内通过第三舵机与所述小腿部活动连接。

所述腹板的表面通过所述连接口安装有第四舵机，所述第四舵机的输出端连接有手臂一，所述手臂一的侧面安装有第五舵机，所述第五舵机的输出端连接有手臂二，所述手臂二的前端侧面安装有第六舵机，所述第六舵机的输出端连接有与所述弹射机构相配合的抓球机构。

进一步的，所述抓球机构包括设置在固定板顶端的驱动电机，所述驱动电机的输出端连接有丝杆，所述丝杆的自由端贯穿固定板表面，并延伸至其下方，所述丝杆上内螺纹连接有夹持板，所述固定板底部活动连接有三个卡接爪，所述卡接爪内侧面设置有凸起，所述凸起上设有滑槽，所述滑槽内滑动连接有杠杆结构支点，所述杠杆结构支点通过其上设置的槽口与所述夹持板的侧面卡接。

进一步的，所述安装板表面位于所述驱动电机的一侧通过连接板与所述第六舵机的输出端相连接。

进一步的，所述弹射机构包括安装在支撑板顶端的安装座，所述安装座通过螺栓连接有圆形安装板，所述安装板侧面设置有多个定位杆，多个定位杆之间形成限位机构。

所述限位机构右端设置有第一定位框，所述限位机构靠近所述安装板一端设置有第二定位框，所述定位杆的自由端沿所述安装座的长度方向延伸，所述定位杆沿所述安装板的边缘处均匀分布，所述限位机构内设有撞针，所述撞针与所述安装板间设有弹簧，所述弹簧的一端与所述安装板固定连接，所述弹簧的另一端与所述撞针相抵接，所述撞针远离所述弹簧的一端连接有限位板，所述限位板与所述撞针之间形成凹槽。

所述安装座侧面设置有用于驱动所述撞针沿所述限位机构移动挤压弹簧的驱动机构。

进一步的，所述驱动机构包括设置在安装座侧面的连接板，所述连接板表面通过螺栓安装有第七舵机，所述第七舵机的输出端连接有枪机，所述枪机远离所述第七舵机的一端贯穿所述安装座侧面，并可延伸至所述凹槽内。

进一步的，所述连接板底端安装有扳机，所述扳机通过扭簧与连接板转动连接。

进一步的，所述安装座侧面开设有与所述扳机、所述枪机相匹配的滑槽。

本发明的有益效果是：本申请的足式机器人为教育用机器人提供了一种新的思路，该机器人首先是一种仿生四足机器人，能够通过该机器人向学生普及机器人技术的同时，科普一系列仿生概念，让孩子们从仿生学的角度去理解机器人的运动状态，趣味性会更好。由于该仿生四足机器人具有很多自由度，能够在教学中发挥学生的主观能动性，让他们自行探索更多的动作可能性，实现个性化定制功能。该机器人身上安装有一个可控的炮台装置，通过炮台装置可以发射钢球等物体，通过这种设计，在机器人教学中，该机器人能够非常方便地用于比赛设计中，让孩子们通过机器人竞技提升学习兴趣。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。

图1为一种非轮式机器人的结构示意图；

图2为图1的左视图；

图3为图1的俯视图；

图4为弹射机构部分结构示意图；

图5为图1中A处的放大图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“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发明和简化描述，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发明的限制。

根据本发明的实施例，提供了一种非轮式机器人。

参照图1-5，根据本发明实施例的非轮式机器人，包括行走机构1，所述行走机构1包括四个腿部行走机构3和腹部结构2，所述腿部行走机构3对称安装在所述腹部结构2的两侧，所述腹部结构2的顶端通过支撑板30安装有弹射机构29。

所述腹部结构2包括腹板201，所述腹板201两侧对称设有侧板202，所述侧板202顶端沿其长度方向对称开设有安装口203，所述腹板201的表面开设有机械手臂连接口204。

所述腿部行走机构3包括大腿部4、膝盖5和小腿部6，所述大腿部4通过所述安装口203与侧板202内侧面第一舵机19的输出端相连接，所述大腿部4内通过第二舵机7与所述膝盖5活动连接，所述膝盖5内通过第三舵机8与所述小腿部6活动连接。

所述腹板201的表面通过所述连接口204安装有第四舵机34，所述第四舵机34的输出端连接有手臂一33，所述手臂一33的侧面安装有第五舵机18，所述第五舵机18的输出端连接有手臂二31，所述手臂二31的前端侧面安装有第六舵机17，所述第六舵机17的输出端连接有与所述弹射机构29相配合的抓球机构13。

在一个实施例中，所述抓球机构13包括设置在固定板15顶端的驱动电机9，所述驱动电机9的输出端连接有丝杆37，所述丝杆37的自由端贯穿固定板15表面，并延伸至其下方，所述丝杆37上内螺纹连接有夹持板36，所述固定板15底部活动连接有三个卡接爪11，所述卡接爪11内侧面设置有凸起12，所述凸起12上设有滑槽14，所述滑槽14内滑动连接有杠杆结构支点10，所述杠杆结构支点10通过其上设置的槽口与所述夹持板36的侧面卡接。

在一个实施例中，所述安装板15表面位于所述驱动电机9的一侧通过连接板16与所述第六舵机17的输出端相连接。

在一个实施例中，所述弹射机构29包括安装在支撑板30顶端的安装座27，所述安装座27通过螺栓连接有圆形安装板26，所述安装板26侧面设置有多个定位杆25，多个定位杆25之间形成限位机构。

所述限位机构右端设置有第一定位框20，所述限位机构靠近所述安装板26一端设置有第二定位框24，所述定位杆25的自由端沿所述安装座27的长度方向延伸，所述定位杆25沿所述安装板26的边缘处均匀分布，所述限位机构内设有撞针21，所述撞针21与所述安装板26间设有弹簧23，所述弹簧23的一端与所述安装板26固定连接，所述弹簧23的另一端与所述撞针21相抵接，所述撞针21远离所述弹簧23的一端连接有限位板38，所述限位板38与所述撞针21之间形成凹槽39。

所述安装座27侧面设置有用于驱动所述撞针21沿所述限位机构移动挤压弹簧23的驱动机构。

在一个实施例中，所述驱动机构包括设置在安装座27侧面的连接板28，所述连接板28表面通过螺栓安装有第七舵机22，所述第七舵机22的输出端连接有枪机35，所述枪机35远离所述第七舵机22的一端贯穿所述安装座27侧面，并可延伸至所述凹槽39内。

在一个实施例中，所述连接板28底端安装有扳机32，所述扳机32通过扭簧与连接板28转动连接。

在一个实施例中，所述安装座27侧面开设有与所述扳机32、所述枪机35相匹配的滑槽。

如图1或图2所示，所述腿部行走机构3由大腿部4、膝盖5、小腿部6三段组成，分别由三个舵机赋予其纵向、横向、纵向三个自由度。两个纵向自由度完成向前行走，一个横向自由度在转弯和下蹲时使用。所述腹部结构2采用凹舱式槽体，用于连接各部件及安放电池、电路板等。

如图1所示：行走分析：分别定义四条腿为L1(左前)、L2(左后)、R1(右前)、R2(右后)

(1)慢走：行走时按照L1-R2-R1-L2的顺序四条腿轮流前进。每条腿的自然状态是向后弓形折弯的。L1腿行走时首先抬起L1小腿部先前伸出，然后向前伸出L1大腿部，将L1小腿部向前送，到达指定位置后大腿部固定，小腿部落地。规定小腿部前缘前进的距离为一个步长Step。R2重复L1的过程。四条腿的膝关节处均向前动作，使重心前移。R1执行前进动作，根据行动类型，若是在一直行进，则R1执行动作后前进一个Step，若是要停止，则执行半个Step。

(2)快走：由L1、R2同时抬腿，L2、R1同时通过旋转大腿部根部和膝盖处的舵机，使整体向前前移。L1、R2落下，L2、R1抬起，重复前面L1、R2的过程，交替进行。使四足机构完成类似于两足的奔跑状态，加快速度。说明：Step的大小决定了机器人前进的速度，我们的机器人测量计算的结果是Step约为70mm，这样其实机器人行走得比较慢，更增加了“投射”小球的必要。

(3)转弯：(这里说明右转，左转与之类似)转弯动作由前进动作演化而来，在向前行进中完成转弯。右转：抬起R1，向前移动1/2step并使其他三腿膝盖右翻，R1落地。抬起L2，向前行进3/2step并使膝盖右翻，落地。整体已有向右趋势，抬起L1前进大于step并膝盖右翻，落地。最后抬起R2，恢复腿的自然状态，落地。则机器人已经转过一定角度。重复上述过程可完成右转弯。

(4)前后蹲下：由膝盖纵向舵机控制大小腿间的夹角，使之变小；同时控制大腿部上的舵机使大腿部平伸；可使机器人原地下蹲。或者：控制膝盖横向控制舵机，使小腿水平，则机器人可半蹲下。

(5)倾斜：由膝盖关节的横向自由度可控制一侧腿弯曲，从而使整体左右倾斜。前腿或者后腿下蹲，可完成前后倾斜。这个动作主要用于弹射小球时配合设置发射角度。

弹射机构的动作原理：由舵机上膛、扳机停止、弹簧发射、枪击联动等动作完成。上膛：第七舵机22正转一定角度(60°左右)，通过枪击35来压缩弹簧23，压缩即将结束时，撞针21被扳机32卡死，第七舵机22继续转动，带动枪击35进入预设的滑槽，离开撞针21。发射：第七舵机22加大转动的角度，从而触发扳机32，扳机32向下运动，离开撞针21。弹簧23释放，带动撞针21撞击小球，发射出小球。恢复：第七舵机22回归自然状态，恢复过程中顺便带动枪机35回到初始位置。

所述抓球机构13与两节机械臂手相配合。手臂一33完成水平的小范围转动，手臂二31完成竖直方向的转动，手臂二31与抓球机构13配合，完成勾手的竖直方向转动。

具体实现：通过在非轮式机器人身体前缘的两边设置激光灯，通过散射和折射在地面投影出一个弧形区域，该弧形区域标明机械臂抓手最容易抓球的区域。然后再在机械臂手上设置一个激光灯，在机械手臂的径向形成一个线光区，线光区显示了机械臂此刻的方向。当小球落在弧形区域和线光区的重叠面积时，标明此时小球处在可抓取区域。此时操作手可直接下达抓取命令。

采取光电触发方式，当非轮式机器人走到触发区后，上旋手臂二，调整角度，可以使手臂上的激光装置的激光射入轮式机器人的光电感应器里，触发轮式机器人。为避免现场灯光的干扰，我们准备使用近红外的激光。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。