1.本发明涉及机器人领域，具体为一种含单轴两自由度结构仿生四足机器人。
背景技术：2.四足仿生机器人是仿生机器人中的常见产品，转动关节是机器人的重要构件。机器人关节的灵活度、占用空间等会大幅度影响机器人的仿生性能和空间利用，灵活紧凑的机器人关节是机器人整体性能的主要决定因素。当前四足仿生机械产品，关节转动多僵硬不够灵活且占用空间过大，不利于机器人的纵向发展和机器人内部空间的利用，为此提供了一种含单轴两自由度结构仿生四足机器人。
技术实现要素：3.本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种含单轴两自由度结构仿生四足机器人，以解决上述背景技术提出的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种含单轴两自由度结构仿生四足机器人，包括机器人头部结构、机器人腹部结构、机器人尾部结构和颈部转向结构，所述机器人头部结构通过颈部转向结构与机器人腹部结构相连，所述机器人腹部结构的一端连接有机器人尾部结构，所述机器人腹部结构的四个拐角处均连接有腿部结构；
5.所述机器人尾部结构由尾部竖直摆动块、尾部水平摆动块、尾部水平转动圈和尾部竖直转动圈构成；
6.所述颈部转向结构由颈部一号舵机、拨片、颈部二号舵机、颈部一号齿轮、颈部轴、颈部二号齿轮和轴承构成；
7.所述腿部结构由腿部一号舵机、腿部二号舵机和腿部水平舵机构成。
8.作为本发明的一种优选技术方案，所述尾部竖直摆动块和尾部水平摆动块通过尾部水平转动圈和尾部竖直转动圈交替连接。
9.作为本发明的一种优选技术方案，所述机器人头部结构为中空式盒状结构，内部安装有超声波发生器、扬声器和语音接收器。
10.作为本发明的一种优选技术方案，所述机器人腹部结构为开口盒式结构并安装单片机、电池和陀螺仪。
11.作为本发明的一种优选技术方案，所述尾部水平摆动块通过左右两侧的穿线圆环进行穿线并与尾部水平转动圈形成一个闭合路线，其中连接线的两端固定在尾部最后一枚的尾部水平摆动块上。
12.作为本发明的一种优选技术方案，所述尾部竖直摆动块通过上下两侧的穿线圆环进行穿线并与尾部竖直转动圈形成一个闭合路线，其中连接线的两端固定在尾部最后一枚的尾部竖直摆动块上。
13.作为本发明的一种优选技术方案，所述颈部一号舵机和颈部二号舵机垂直紧密连接在一起，所述颈部一号舵机上连接有颈部一号齿轮，所述颈部一号齿轮上啮合有颈部二
号齿轮，所述颈部二号齿轮安装在颈部轴上，所述颈部轴的一端安装有挡片a，所述挡片a的一侧设有挡片b，所述颈部轴的另一端固定在轴承上，所述颈部轴的另一端安装有颈部轴连接块a和颈部轴连接块b。
14.作为本发明的一种优选技术方案，所述颈部轴与挡片a和挡片b间隙配合，所述颈部二号舵机上安装有拨片，所述颈部二号齿轮两侧的连接块与颈部二号齿轮的端面以及轴承过盈配合，所述拨片的一端设置在挡片a和挡片b之间。
15.作为本发明的一种优选技术方案，所述腿部水平舵机分别连接在机器人腹部结构的前后两侧上，并通过连接部件与腿部的腿部一号舵机和腿部二号舵机紧密相连。
16.作为本发明的一种优选技术方案，所述机器人头部结构、机器人腹部结构、机器人尾部结构和腿部结构中的壳体均使用3d打印的pla塑料制造；所述腿部一号舵机、腿部二号舵机和腿部水平舵机均采用mg996r舵机，所述颈部一号舵机和颈部二号舵机采用mg90s舵机。
17.本发明的有益效果是：
18.(1)本发明的关节结构简单紧凑，实现了关节的灵活摆动和机器人内部空间的压缩；可供仿生机械产品参考，其中颈部采用单轴两自由度结构，在较小的空间里放下两个舵机，实现仿生猫的摇头和点头动作，结构新颖、运动灵活、占用空间小；尾部采用拉线机构，利用垂直线圈转动，实现每个尾部关节在一个平面上的往复摆动，尾部结构通过运动还可保持仿生猫运动时的平衡，结构新颖、运动灵活。
19.(2)本发明对阿兹海默病患者有关怀作用，仿生猫可对人类的触碰做出类似生命的动作，通过摇头、点头、发出猫声等行为给人以安慰。仿生猫不具攻击性、无需喂养，非常适合陪伴阿尔茨海默病患者。
附图说明
20.图1是本发明仿生四足机器的整体结构示意图；
21.图2是本发明的颈部转向立体结构示意图；
22.图3是本发明的颈部转向的平面结构示意图；
23.图4是本发明尾部结构示意图
24.图5是本发明的腿部结构示意图。
25.图中：机器人头部结构1、机器人腹部结构2、机器人尾部结构3、颈部转向结构4、腿部结构5、颈部一号舵机6、拨片7、颈部二号舵机8、颈部一号齿轮9、挡片a10、挡片b11、颈部轴12、颈部二号齿轮13、轴承14、颈部轴连接块a15、颈部轴连接块b16、尾部竖直摆动块17、尾部水平摆动块18、尾部水平转动圈19、尾部竖直转动圈20、腿部一号舵机21、腿部二号舵机22和腿部水平舵机23。
具体实施方式
26.下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易被本领域人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
27.实施例：请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种含单轴两自由度结构仿生四足机器人，包括机器人头部结构1、机器人腹部结构2、机器人尾部结构3和颈部转向结构
4，机器人头部结构1通过颈部转向结构4与机器人腹部结构2相连，机器人腹部结构2的一端连接有机器人尾部结构3，机器人腹部结构2的四个拐角处均连接有腿部结构5；
28.机器人尾部结构3由尾部竖直摆动块17、尾部水平摆动块18、尾部水平转动圈19和尾部竖直转动圈20构成；
29.颈部转向结构4由颈部一号舵机6、拨片7、颈部二号舵机8、颈部一号齿轮9、颈部轴12、颈部二号齿轮13和轴承14构成；
30.腿部结构5由腿部一号舵机21、腿部二号舵机22和腿部水平舵机23构成。
31.尾部竖直摆动块17和尾部水平摆动块18通过尾部水平转动圈19和尾部竖直转动圈20交替连接。
32.机器人头部结构1为中空式盒状结构，内部安装有超声波发生器、扬声器和语音接收器。
33.机器人腹部结构2为开口盒式结构并安装单片机、电池和陀螺仪。
34.尾部水平摆动块18通过左右两侧的穿线圆环进行穿线并与尾部水平转动圈19形成一个闭合路线，其中连接线的两端固定在尾部最后一枚的尾部水平摆动块18上，通过尾部水平摆动块18的水平转动，输出水平力拉动与尾部水平摆动块18连接的线段使尾部水平转动块18的水平摆动。
35.尾部竖直摆动块17通过上下两侧的穿线圆环进行穿线并与尾部竖直转动圈20形成一个闭合路线，其中连接线的两端固定在尾部最后一枚的尾部竖直摆动块17上，通过尾部竖直摆动块17的竖直转动，输出竖直力拉动与尾部竖直摆动块17连接的线段使尾部竖直摆动块17上下摆动。
36.颈部一号舵机6和颈部二号舵机8垂直紧密连接在一起，颈部一号舵机6上连接有颈部一号齿轮9，颈部一号齿轮9上啮合有颈部二号齿轮13，颈部二号齿轮13安装在颈部轴12上，颈部轴12的一端安装有挡片a10，挡片a10的一侧设有挡片b11，颈部轴12的另一端固定在轴承14上，颈部轴12的另一端安装有颈部轴连接块a15和颈部轴连接块b16。
37.颈部轴12与挡片a10和挡片b11间隙配合，颈部二号舵机8上安装有拨片7，颈部二号齿轮13两侧的连接块与颈部二号齿轮13的端面以及轴承14过盈配合，拨片7的一端设置在挡片a10和挡片b11之间。
38.腿部水平舵机23分别连接在机器人腹部结构2的前后两侧上，并通过连接部件与腿部的腿部一号舵机21和腿部二号舵机22紧密相连，通过腿部水平舵机23的转动可以实现向两侧摆腿，与腿部水平舵机23紧密相连的腿部一号舵机21和腿部二号舵机22转动从而带动连接部件和膝关节处的舵机可实现前后摆腿。
39.机器人头部结构1、机器人腹部结构2、机器人尾部结构3和腿部结构5中的壳体均使用3d打印的pla塑料制造；腿部一号舵机21、腿部二号舵机22和腿部水平舵机23均采用mg996r舵机，颈部一号舵机6和颈部二号舵机8采用mg90s舵机。
40.工作原理：一种含单轴两自由度结构仿生四足机器人，包括机器人头部结构1、机器人腹部结构2、机器人尾部结构3和颈部转向结构4，腿部结构5的腿部水平舵机23连接于与机器人腹部结构2的前后侧，机器人头部结构1和机器人腹部结构2通过颈部转向结构4连接起来，机器人尾部结构3连接于机器人腹部结构2后侧；
41.颈部一号齿轮9与颈部一号舵机6过盈配合，拨片7与颈部二号舵机8过盈配合，并
安装在轴上颈部轴尾部挡片a10和颈部轴尾部挡片b11中间，当颈部二号舵机8转动带动颈部拨片7摆动使颈部轴12在颈部轴连接块b16内侧往复运动，当颈部轴连接块b16顶端和颈部轴与另一关节连接处的颈部轴连接块a15同时固定在机器人头部结构1的时候，颈部轴12的运动会带动头部的抬头、低头；颈部一号舵机6转动时带动颈部一号齿轮9转动进而带动颈部二号齿轮13转动进而带动颈部轴连接块b16转动，最终可实现机器人头部结构1的左右转动，当颈部一号舵机6和颈部二号舵机8同时运动可以实现机器人头部结构1的任意方向摇动；
42.尾部竖直摆动块17和尾部水平摆动块18交替连接在一起，多个尾部竖直摆动块17通过一根橡皮线连接起来穿过尾部竖直转动圈20，通过转动尾部竖直转动圈20可以使多个尾部竖直摆动块17发生竖直摆动，多个尾部水平摆动块18通过一根橡皮线连接起来穿过尾部水平转动圈19，通过转动尾部水平转动圈19可以使多个尾部水平摆动块18发生水平摆动，通过尾部水平转动圈19和尾部竖直转动圈20的同时作用可以实现机器人尾部结构3的全方位摆动；
43.腿部一号舵机21和腿部水平舵机23呈水平90
°
紧密连接起来，通过腿部水平舵机23与机器人腹部结构2连接起来，通过腿部水平舵机23的转动带动整体腿部结构5平行于机器人腹部结构2前后面两侧运动，通过腿部一号舵机21的转动带动腿部水平舵机23以下摆动，通过腿部二号舵机22的转动带动腿部二号舵机22以下部位摆动。通过腿部一号舵机21、腿部二号舵机22、腿部水平舵机23的联动可以实现腿部结构5的全方位摆动。
44.本发明的关节结构简单紧凑，实现了关节的灵活摆动和机器人内部空间的压缩；可供仿生机械产品参考，其中颈部采用单轴两自由度结构，在较小的空间里放下两个舵机，实现仿生猫的摇头和点头动作，结构新颖、运动灵活、占用空间小；尾部采用拉线机构，利用垂直线圈转动，实现每个尾部关节在一个平面上的往复摆动，尾部结构通过运动还可保持仿生猫运动时的平衡，结构新颖、运动灵活。
45.以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
技术特征：1.一种含单轴两自由度结构仿生四足机器人，包括机器人头部结构(1)、机器人腹部结构(2)、机器人尾部结构(3)和颈部转向结构(4)，其特征在于：所述机器人头部结构(1)通过颈部转向结构(4)与机器人腹部结构(2)相连，所述机器人腹部结构(2)的一端连接有机器人尾部结构(3)，所述机器人腹部结构(2)的四个拐角处均连接有腿部结构(5)；所述机器人尾部结构(3)由尾部竖直摆动块(17)、尾部水平摆动块(18)、尾部水平转动圈(19)和尾部竖直转动圈(20)构成；所述颈部转向结构(4)由颈部一号舵机(6)、拨片(7)、颈部二号舵机(8)、颈部一号齿轮(9)、颈部轴(12)、颈部二号齿轮(13)和轴承(14)构成；所述腿部结构(5)由腿部一号舵机(21)、腿部二号舵机(22)和腿部水平舵机(23)构成。2.根据权利要求1所述的一种含单轴两自由度结构仿生四足机器人，其特征在于：所述尾部竖直摆动块(17)和尾部水平摆动块(18)通过尾部水平转动圈(19)和尾部竖直转动圈(20)交替连接。3.根据权利要求1所述的一种含单轴两自由度结构仿生四足机器人，其特征在于：所述机器人头部结构(1)为中空式盒状结构，内部安装有超声波发生器、扬声器和语音接收器。4.根据权利要求1所述的一种含单轴两自由度结构仿生四足机器人，其特征在于：所述机器人腹部结构(2)为开口盒式结构并安装单片机、电池和陀螺仪。5.根据权利要求1所述的一种含单轴两自由度结构仿生四足机器人，其特征在于：所述尾部水平摆动块(18)通过左右两侧的穿线圆环进行穿线并与尾部水平转动圈(19)形成一个闭合路线，其中连接线的两端固定在尾部最后一枚的尾部水平摆动块(18)上。6.根据权利要求1所述的一种含单轴两自由度结构仿生四足机器人，其特征在于：所述尾部竖直摆动块(17)通过上下两侧的穿线圆环进行穿线并与尾部竖直转动圈(20)形成一个闭合路线，其中连接线的两端固定在尾部最后一枚的尾部竖直摆动块(17)上。7.根据权利要求1所述的一种含单轴两自由度结构仿生四足机器人，其特征在于：所述颈部一号舵机(6)和颈部二号舵机(8)垂直紧密连接在一起，所述颈部一号舵机(6)上连接有颈部一号齿轮(9)，所述颈部一号齿轮(9)上啮合有颈部二号齿轮(13)，所述颈部二号齿轮(13)安装在颈部轴(12)上，所述颈部轴(12)的一端安装有挡片a(10)，所述挡片a(10)的一侧设有挡片b(11)，所述颈部轴(12)的另一端固定在轴承(14)上，所述颈部轴(12)的另一端安装有颈部轴连接块a(15)和颈部轴连接块b(16)。8.根据权利要求1所述的一种含单轴两自由度结构仿生四足机器人，其特征在于：所述颈部轴(12)与挡片a(10)和挡片b(11)间隙配合，所述颈部二号舵机(8)上安装有拨片(7)，所述颈部二号齿轮(13)两侧的连接块与颈部二号齿轮(13)的端面以及轴承(14)过盈配合，所述拨片(7)的一端设置在挡片a(10)和挡片b(11)之间。9.根据权利要求1所述的一种含单轴两自由度结构仿生四足机器人，其特征在于：所述腿部水平舵机(23)分别连接在机器人腹部结构(2)的前后两侧上，并通过连接部件与腿部的腿部一号舵机(21)和腿部二号舵机(22)紧密相连。10.根据权利要求1所述的一种含单轴两自由度结构仿生四足机器人，其特征在于：所述机器人头部结构(1)、机器人腹部结构(2)、机器人尾部结构(3)和腿部结构(5)中的壳体均使用3d打印的pla塑料制造；所述腿部一号舵机(21)、腿部二号舵机(22)和腿部水平舵机(23)均采用mg996r舵机，所述颈部一号舵机(6)和颈部二号舵机(8)采用mg90s舵机。
技术总结本发明公开了一种含单轴两自由度结构仿生四足机器人，包括机器人头部结构、机器人腹部结构、机器人尾部结构和颈部转向结构，机器人头部结构通过颈部转向结构与机器人腹部结构相连，机器人腹部结构的一端连接有机器人尾部结构，机器人腹部结构的四个拐角处均连接有腿部结构；本发明的关节结构简单紧凑，实现了关节的灵活摆动和机器人内部空间的压缩；可供仿生机械产品参考，其中颈部采用单轴两自由度结构，在较小的空间里放下两个舵机，实现仿生猫的摇头和点头动作，结构新颖、运动灵活、占用空间小；尾部采用拉线机构，利用垂直线圈转动，实现每个尾部关节在一个平面上的往复摆动，尾部结构通过运动还可保持仿生猫运动时的平衡。部结构通过运动还可保持仿生猫运动时的平衡。部结构通过运动还可保持仿生猫运动时的平衡。
技术研发人员：王逸尘 钮硕硕 曹璐 潘瑜林 徐蕊 王柯欣 薛尹鑫 王亚州 张鹏 陈劲松
受保护的技术使用者：江苏东浦管桩有限公司
技术研发日：2022.04.20
技术公布日：2022/7/5
