人形四足机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种人形四足机器人。

背景技术

近年来，机器人领域发展的人形机器人移动时的不稳定性限制了其快速发展，设计具有高稳定性的人形机器人腿部结构是人形机器人研究重点与难点，再者在机器人本体上搭载智能化传感器，可丰富其应用场景也是研究的重点。

因此，需要一种应用SLAM(同步定位与建图)技术与机器视觉技术的人形四足机器人。

发明内容

本发明的目的在于提供一种人形四足机器人，实现了以四足机器人作为移动平台，承载人形机械臂进行作业，能够在沙地、草地、碎石地与斜坡等复杂环境进行移动与作业，整机搭载激光雷达、深度相机与体感相机，结合机器视觉与SLAM(同步定位与建图)导航技术，可在复杂工况中自主作业。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

1.一种人形四足机器人，包括腿部、机械臂、腰部、移动平台、头部和躯干部，所述躯干部的底端通过所述腰部与所述移动平台连接，所述腿部设置有四个，四个所述腿部均连接在所述移动平台上，每个所述腿部均与所述移动平台活动连接，所述人形四足机器人通过所述腿部能够实现前后移动或左右移动；所述机械臂设置有两个，所述躯干部的两侧分别与两个所述机械臂活动连接，所述躯干部的顶端与所述头部活动连接；所述人形四足机器人上设置有环境感知设备。

进一步地，在上述的人形四足机器人中，所述腿部包括髋关节、臀关节、膝关节、大腿和小腿，所述大腿与所述小腿转动连接；所述移动平台包括有四个侧面，所述移动平台相对的两个侧面分别安装有两个第一电机，每个所述第一电机均通过一个所述髋关节与所述大腿的顶端连接，所述第一电机控制所述腿部的一个偏摆；每个所述髋关节的另一端的内侧均设置有一个第二电机，所述第二电机通过所述臀关节与所述大腿的顶端连接，所述第二电机控制所述腿部的一个俯仰；每个所述髋关节的另一端的外侧均设置有一个第三电机，所述第三电机通过所述膝关节与所述小腿连接，所述第三电机控制所述小腿的一个俯仰。

进一步地，在上述的人形四足机器人中，所述机械臂包括肩关节、肘关节、大臂和小臂，所述大臂与所述躯干部通过所述肩关节活动连接，所述大臂和所述小臂通过所述肘关节活动连接。

进一步地，在上述的人形四足机器人中，所述每个肩关节的连接处均设置有第四电机和第五电机；所述第四电机的输出端与所述机械臂通过所述肩关节活动连接，所述第四电机控制所述机械臂的一个偏摆；所述第五电机与所述机械臂固定连接，所述第五电机控制所述机械臂的一个俯仰；优选地，每个所述肘关节处均设置有第六电机和第七电机；所述第六电机的输出端与所述小臂的一端通过所述肘关节活动连接，所述第六电机控制所述小臂的一个偏摆；所述第七电机的输出端与小臂的一端固定连接，所述第七电机控制所述小臂的一个俯仰。

进一步地，在上述的人形四足机器人中，所述小臂能够安装机械手。

进一步地，在上述的人形四足机器人中，所述躯干部的内部设置有第八电机，所述第八电机的输出端与所述腰部连接，所述第八电机控制所述腰部的一个偏摆。

进一步地，在上述的人形四足机器人中，所述躯干部的内部设置有第九电机，所述第九电机的输出端与所述头部连接，所述第九电机控制所述头部的一个偏摆。

进一步地，在上述的人形四足机器人中，所述环境感知设备包括体感相机，所述移动平台的每个侧面均设置有安装板，每个所述安装板上均设置有所述体感相机。

进一步地，在上述的人形四足机器人中，所述环境感知设备包括深度相机，所述头部的前侧面和后侧面均设置有深度相机；优选地，所述深度相机在所述头部的前侧面上设置有多个；优选地，多个所述深度相机在所述头部的前侧面上由左到右依次排列；优选地，所述深度相机在所述头部的后侧面上设置有多个；优选地，多个所述深度相机在所述头部的后侧面上由左到右依次排列。

进一步地，在上述的人形四足机器人中，所述环境感知设备包括激光雷达，所述头部上设置有底座，所述激光雷达设置在所述底座内，所述激光雷达能够在所述底座内旋转。

本发明公开一种人形四足机器人，包括有腿部、机械臂、腰部、移动平台、头部和躯干部，腿部能够实现人形四足机器人前后移动或左右的移动，该人形四足机器人具备二十二个自由度，每个腿部具有三个自由度，共计十二个自由度；每个机械臂具有四个自由度，共计八个自由度；头部与腰部各一个自由度。该人形四足机器人搭载激光雷达与深度相机，可将SLAM技术与机器视觉引入到人形四足机器人上，可实现人形四足机器人在复杂工况中自主作业。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为本发明一实施例的立体结构示意图；

图2为本发明一实施例的另一立体结构示意图；

附图标记说明：1腿部；11左前腿；12右前腿；13左后腿；14右后腿；15大腿；16小腿；17臀关节；18膝关节；2机械臂；21左臂；22右臂；23肩关节；24肘关节；25大臂；26小臂；3腰部；4移动平台；41安装板；42体感相机；5头部；51深度相机；52激光雷达；6躯干部。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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而不是要求本发明必须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。本发明中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1至图2所示，根据本发明的实施例，提供一种人形四足机器人，包括腿部1、机械臂2、腰部3、移动平台4、头部5和躯干部6，躯干部6的底端通过腰部3与移动平台4连接，腿部1设置有四个，四个腿部1均连接在移动平台4上，每个腿部1均与移动平台4活动连接，人形四足机器人通过腿部1能够实现前后移动或左右移动；机械臂2设置有两个，躯干部6的两侧分别与两个机械臂2活动连接，躯干部6的顶端与头部5活动连接；人形四足机器人上设置有环境感知设备。该人形四足机器人通过与移动平台4连接的四个腿部1能够实现前后移动或左右移动，人形四足机器人上设置的环境感知设备能够进行建图与导航，将SLAM(同步定位与地图绘制)技术与机器视觉技术引入人形四足机器人中，丰富了其应用场景，使该人形四足机器人能够在复杂环境(如沙地、草地、碎石地与斜坡)中移动与作业。

进一步地，腿部1包括髋关节、臀关节17、膝关节18、大腿15和小腿16，大腿15与小腿16转动连接；移动平台4包括有四个侧面的箱体结构，移动平台4相对的两个侧面分别安装有两个第一电机，每个第一电机均通过一个髋关节与大腿15的顶端连接，第一电机控制腿部1的一个偏摆；每个髋关节的另一端的内侧均设置有一个第二电机，第二电机通过臀关节17与大腿15的顶端连接，第二电机控制腿部1的一个俯仰；每个髋关节的另一端的外侧均设置有一个第三电机，第三电机通过膝关节18与小腿16连接，第三电机控制小腿16的一个俯仰。每个腿部1均具有三个自由度，每个腿部1的三个自由度分别为腿部1的偏摆，腿部1的俯仰和小腿16的俯仰，四个腿部1共计有十二个自由度。第一电机的轴向与移动平台4的长度方向平行、第二电机的轴向和第三电机的轴向与移动平台4的长度方向垂直，第二电机的轴线和第三电机的轴线共线；第一电机能够通过髋关节驱动四只腿部1向两侧偏摆，第二电机能够通过臀关节17驱动四只腿部1的俯仰，第三电机能够通过膝关节18驱动小腿16以大腿15的一端为轴俯仰。

四个腿部1分别为左前腿11、右前腿12、左后腿13和右后腿14，左前腿11和右前腿12与移动平台4的一个侧面连接，左前腿11和右前腿12相对于移动平台4的长度方向对称设置，左后腿13和右后腿14与移动平台4的另一个侧面连接，左后腿13和右后腿14相对于移动平台4的长度方向对称设置，左前腿11和左后腿13相对于移动平台4的宽度方向相对设置，右前腿12和右后腿14对于移动平台4的宽度方向相对设置，如此设置能够使该人形四足机器人移动更加平稳。

进一步地，两个机械臂2分别为左臂21和右臂22，左臂21和右臂22分别与躯干部6的左右两侧活动连接，机械臂2包括肩关节23、肘关节24、大臂25和小臂26，每个机械臂2具有四个自由度，分别为机械臂2的偏摆和俯仰、小臂26的偏摆和俯仰，左臂21和右臂22共计八个自由度；大臂25的顶端与躯干部6通过肩关节23活动连接，大臂25的底端和小臂26的一端通过肘关节24活动连接；优选地，每个肩关节23的连接处均设置有第四电机和第五电机；第四电机的输出端与机械臂2(大臂25的顶端)通过肩关节23活动连接，第四电机控制机械臂2以肩关节23为轴的偏摆；第五电机的输出端与机械臂2(大臂25的顶端)固定连接，第五电机控制机械臂2的俯仰；优选地，每个肘关节24处均设置有第六电机和第七电机；第六电机的输出端与小臂26的一端通过肘关节24活动连接，第六电机控制小臂26的偏摆，；第七电机的输出端与小臂26的一端肘关节24固定连接，第七电机控制小臂26的俯仰。

进一步地，小臂26的另一端能够安装机械手。通过为人形四足机器人安装机械手，能够使人形四足机器人完成相对复杂的作业，丰富了应用场景。

进一步地，躯干部6的内部设置有第八电机，第八电机的输出端与腰部3连接，第八电机控制腰部3的一个偏摆。

进一步地，躯干部6的内部设置有第九电机，第九电机的输出端与头部5连接，第九电机控制头部5的一个偏摆。

该人形四足机器人整机具有二十二个自由度，分别为：每个腿部1具有三个自由度，四个腿部1共计十二个自由度；每个机械臂2具有四个自由度，两个机械臂2共计八个自由度；头部5与腰部3各一个自由度，该人形四足机器人实现二十二个自由度的髋关节、臀关节17、膝关节18、肩关节23和肘关节24均为主动关节，主动关节均采用电驱动方式，控制方案简易可靠，鲁棒性强。

进一步地，环境感知设备包括体感相机42，移动平台4的每个侧面均设置有安装板41，每个安装板41上均设置有体感相机42。如此设置能够方便对体感相机42进行拆卸和安装。体感相机42可实现全方位的机器视觉技术，体感相机42能够对操作者的手势图像进行采集，并对操作者的手势图像进行分析，进而通过控制系统控制机器人的动作。

进一步地，环境感知设备包括深度相机51，头部5的前侧面和后侧面均设置有深度相机51；优选地，深度相机51在头部5的前侧面上设置有多个；优选地，多个深度相机51在头部5的前侧面上由左到右依次排列；优选地，深度相机51在头部5的后侧面上设置有多个；优选地，多个深度相机51在头部5的后侧面上由左到右依次排列。多个深度相机51在头部5的前侧面从左至右依次排列，多个深度相机51在头部5的后侧面从左至右依次排列。深度相机51用于拍摄机器人周围的环境图像，并获取环境色彩信息及深度信息，进而便于控制系统根据深度相机51获取的信息进行自身定位及构建地图，实现路线规划，进而实现机器人的导盲功能。

进一步地，环境感知设备包括激光雷达52，头部5上设置有底座，激光雷达52设置在底座内，激光雷达52能够在底座内旋转。该智能化四足机器人在行进的过程中，通过对激光雷达52形成的点云数据进行采集和SLAM运算，获得环境地图与机器人的位姿信息，同时还可以获得环境中的障碍物信息，当探测到机器人接近障碍物时，机器人通过控制系统做出相应的动作，常用的应对方式为减速与避让等，实现机器人的避障功能。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

一种人形四足机器人，包括腿部1、机械臂2、腰部3、移动平台4、头部5和躯干部6，腿部1能够实现人形四足机器人前后移动或左右的移动，该人形四足机器人具备二十二个自由度，每个腿部1具有三个自由度，四个腿部1共计十二个自由度；每个机械臂2具有四个自由度，两个机械臂2共计八个自由度；头部5与腰部3各一个自由度。该人形四足机器人搭载激光雷达52与深度相机51，可将SLAM技术与机器视觉引入到人形四足机器人上，可实现人形四足机器人在复杂工况中(如沙地、草地、碎石地与斜坡)自主移动与作业。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。