CN103625572B - 带有弹性四杆机构的四足机器人腿 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种带有弹性四杆机构的四足机器人腿。包括大腿、小腿、足部、拉簧、卷线轮，大腿的一端连接到动力源的输出轴上构成髋关节，卷线轮与大腿的这一端通过转动副相连且卷线轮的轴线与动力源的输出轴共轴，大腿的另一端与小腿的一端通过转动副相连构成膝关节，小腿的另一端与足部在足部的四分之一处通过转动副相连构成踝关节，拉簧的一端与大腿中部通过转动副相连，拉簧的另一端与足部的一端通过转动副相连，钢丝绳的一端固定在踝关节上，钢丝绳跨过卷线轮接动力源。本发明采用被动自由度，减少了能量的损耗，该被动自由度通过四连杆机构实现，其中四连杆的一边采用弹簧，可在一定的范围内自由伸缩，实现了腿部足端的自由运动。

Description

带有弹性四杆机构的四足机器人腿

技术领域

本发明涉及的是一种机器人的腿部结构，具体地说是一种具有弹性的机器人腿部结构。

背景技术

机器人是集机械、电子、计算机、传感器、控制技术等多门学科为一体的综合技术，反应了一个国家的智能化和自动化的研究水平，同时也是一个国家高科技技术的综合表现。足式机器人有优于轮式、履带式和蠕动式机器人的出色表现，拥有多种步态，而且具有一定的越障功能，这大大提高了机器人的应用范围，特别是在复杂地形条件下进行探险、勘察等领域都能得到广泛的应用。

在足式机器人中，四足机器人由于其既有优于两足机器人的平稳性，又避免了六足、八足机器人结构的冗余和复杂性，在整个足式运动机器人中占有很大比重，四足机器人技术研究是当前足式机器人研究领域的热点和前沿方向之一。

生物学家对猫科动物进行了研究，发现其在运动过程中，弹性的腿部结构可以减少足端落地时产生的冲击力，并且能够储存和释放能量，既能提高运动速度，又能提高能量利用率。目前关于仿生机器人的研究，其腿部结构的形式也是多种多样的，但多数都是采用一个动力源驱动一个关节，这造成了能量的浪费，利用率不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单，着地稳定性好，具有被动自由度的四杆机构的带有弹性四杆机构的四足机器人腿。

本发明的目的是这样实现的：

包括大腿、小腿、足部、拉簧、卷线轮，大腿的一端连接到动力源的输出轴上构成髋关节，卷线轮与大腿的这一端通过转动副相连且卷线轮的轴线与动力源的输出轴共轴，大腿的另一端与小腿的一端通过转动副相连构成膝关节，小腿的另一端与足部在足部的四分之一处通过转动副相连构成踝关节，拉簧的一端与大腿中部通过转动副相连，拉簧的另一端与足部的一端通过转动副相连，钢丝绳的一端固定在踝关节上，钢丝绳跨过卷线轮接动力源。

本发明还可以包括缓冲装置，所述缓冲装置包括直线轴承、直线轴承座、轴承架、导杆、压簧和连接块，轴承架与直线轴承座刚性连接连到一起，轴承架通过转动副与大腿在大腿的一定位置上相连，连接块与足部通过转动轴线与小腿和足部的转动副轴线共线的转动副相连，直线轴承安装到轴承座上，压簧套在导杆上，导杆一端固定在连接块中心孔上另一端套在直线轴承上，导杆在直线轴承里上下滑动。

在连接块的末端可以设置限位销。

在足部的触地端安装有橡胶球形足。

为了解决弹跳机构复杂，弹跳效率不高以及落地时瞬间刚性冲击等问题，本发明提供了一种结构简单、着地稳定性好、具有被动自由度的四杆机构的弹性腿。

本发明的组成结构包括大腿、小腿、足部、缓冲装置、拉簧、卷线轮、限位销。在具体实施方式中，大腿的一端连接到动力源的输出轴上构成髋关节，卷线轮与大腿的这一端通过转动副相连，并且卷线轮的轴线与动力源的输出轴共轴，大腿的另一端与小腿的一端通过转动副相连，构成膝关节，小腿的另一端与足部在足部的四分之一处通过转动副相连构成踝关节，足端采用的是橡胶球形足。缓冲装置由直线轴承、直线轴承座、轴承架、导杆、压簧、连接块组成。轴承架与轴承座通过刚性连接连到一起，轴承架通过转动副与大腿在大腿的一定位置上相连，连接块与足部通过转动副相连，转动副的转动轴线与小腿和足部的转动副轴线共线。直线轴承安装到轴承座上，压簧套在导杆上，导杆一端固定在连接块中心孔上，另一端套在直线轴承上，导杆在直线轴承里上下滑动。连接块的末端有限位销。拉簧与大腿通过转动副相连，转动副与轴承架和大腿的转动副共轴线，拉簧的另一端与足部的一端通过转动副相连。

本发明与现有技术比有如下优点：

1、本发明突破了传统机器人腿的刚性结构，使机器人的运动更加协调、稳定。

2、本发明在机器人足端增加了一个由四杆机构组成的被动自由度，使机器人在落地时具有一个缓冲过程，减小了落地时地面的冲击力。

3、本发明的结构简单，运动实现方便。

附图说明

图1是本发明的基于弹性四杆机构的四足机器人腿部结构的立体结构示意图；

图2是本发明的缓冲装置的结构示意图；

图3是本发明的主视图。

具体实施方式

下面结合附图对具体实施方式作进一步说明。

如图1所示：腿部结构由大腿1、小腿2、足部3、拉簧6、缓冲装置8、卷线轮10组成，大腿1的一端安装在动力源的输出轴上形成髋关节，卷线轮10安装在大腿的一端，卷线轮10的轴线与髋关节转动副的轴线共线，大腿1的另一端与小腿2的一端连接形成膝关节16，小腿2的另一端与足部3在一定位置上连接形成踝关节17，在足部3的触地端安装有橡胶球形足15，此球形足具有弹性，缓冲装置8的轴承架12安装在大腿的三分之一处形成转动副，缓冲装置8的连接块5的安装孔与踝关节17共轴线，连接块5与足部3也形成转动副，在连接块5的末端有有限位销孔14，在限位销孔里安装限位销来限制足部的运动范围，拉簧6一端安装在大腿1的三分之一处形成转动副，另一端安装在足部3的末端形成转动副，拉簧在大腿上的安装位置与缓冲装置8和大腿1的转动副共轴线，在腿部结构中大腿1、小腿2、足部3、拉簧6形成弹性四杆机构，而且此四杆机构的一边由拉簧6组成，在腿部落地时足部3的运动带动拉簧6伸缩，形成一个被动自由度，拉簧6的功能是在机器人落地时减小地面对腿部的冲击。

如图2所示：连接在大腿1和足部3之间的缓冲装置8是由导杆13、直线轴承7、直线轴承座11、轴承架12、压簧9、连接块5组成。直线轴承7通过过盈配合安装在直线轴承座11上，直线轴承座11安装在导杆13上，导杆1一端固定在连接块的中心孔里，另一端套在直线轴承7里，导杆能够在直线轴承7里自由滑动。

本发明的工作过程如下：该腿部结构的功能主要是实现行走，通过外加一根钢丝绳18，钢丝绳一端固定在踝关节17上，钢丝绳18跨过卷线轮10，通过外部动力源使压簧压缩，就实现了大腿1和小腿2的相互转动，当需要实现腿部伸长的时候，动力源释放钢丝绳18，落地时足端与地面接触，足部3带动拉簧6作伸缩运动，这就实现了小腿2与足部3的相互转动。

Claims (3)

1.一种带有弹性四杆机构的四足机器人腿，包括大腿、小腿、足部、拉簧、卷线轮，其特征是：大腿的一端连接到动力源的输出轴上构成髋关节，卷线轮与大腿的这一端通过转动副相连且卷线轮的轴线与动力源的输出轴共轴，大腿的另一端与小腿的一端通过转动副相连构成膝关节，小腿的另一端与足部在足部的四分之一处通过转动副相连构成踝关节，拉簧的一端与大腿中部通过转动副相连，拉簧的另一端与足部的一端通过转动副相连，钢丝绳的一端固定在踝关节上，钢丝绳跨过卷线轮接动力源；

还包括缓冲装置，所述缓冲装置包括直线轴承、直线轴承座、轴承架、导杆、压簧和连接块，轴承架与直线轴承座刚性连接连到一起，轴承架通过转动副与大腿在大腿的一定位置上相连，连接块与足部通过转动轴线与小腿和足部的转动副轴线共线的转动副相连，直线轴承安装到轴承座上，压簧套在导杆上，导杆一端固定在连接块中心孔上另一端套在直线轴承上，导杆在直线轴承里上下滑动。

2.根据权利要求1所述的带有弹性四杆机构的四足机器人腿，其特征是在连接块的末端可以设置限位销。

3.根据权利要求1或2所述的带有弹性四杆机构的四足机器人腿，其特征是在足部的触地端安装有橡胶球形足。