CN104973161A - 一种足式机器人的腿部结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种足式机器人的腿部结构，其特征在于该腿部结构基于杆机构，包括伺服电机、链条、输入链轮、U型支撑架、弧形杆、转轮、1-3号轴承端盖、异形轴、万向轴承、输出杆、输出链轮、1-3号轴承和短轴；所述输出链轮和伺服电机连接，两者同步旋转；输入链轮和输出链轮连接，两者同步旋转；输出杆和输入链轮连接，两者同步旋转，同时输出杆和U型支撑架非固定连接，两者可相对旋转；弧形杆和输出杆非固定连接，弧形杆可相对于输出杆360度旋转；异形轴两端和U型支撑架非固定连接，二者可相对旋转；短轴两端和异形轴非固定连接，短轴可相对于异形轴旋转；弧形杆和短轴为非固定连接，弧形杆可绕短轴在一定角度内旋转。

Description

一种足式机器人的腿部结构

技术领域

本发明涉及足式机器人技术，具体为一种足式机器人的腿部结构。

背景技术

足式机器人凭借其在行走过程中与地面的非连续接触特性表现出了很强的适应性，尤其在有障碍物的通道上或很难接近的工作场地上具有更广阔的发展前景，因此被广泛应用于抢险救灾、排雷排爆、地址勘探、娱乐及民用等领域。机器人的腿(或机械腿)是机器人的重要组成部分，对足式机器人运动起着非常重要的作用。

现有报道的六足机器人主要有：哈尔滨工业大学张赫、赵杰等人设计的一种新型六足机器人(专利申请号：201310084564.3)以及西南大学张春设计的低能耗六足机器人(专利申请号：201410592518.9)。这些机器人负载能力较差，并且本身整体质量大，所用驱动电机数较多，结构复杂，控制也复杂，不利于实际应用；另一方面，足式机器人的足端轨迹不封闭，容易造成足端与地面产生摩擦力，严重时甚至导致足端卡死，机器人无法正常运作。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提出一种足式机器人的腿部结构。该腿部结构基于杆机构，结构简单，质量较轻，通过本发明中杆的结构能够巧妙的实现所需要的运动，并且能够大幅度提升腿部和机器人的负载能力；另一方面，针对足端摩擦力较大，容易卡死的问题，本发明还可将机器人足端与地面的滑动摩擦转变为滚动摩擦，有效的降低摩擦力，防止卡死现象的发生。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，设计一种足式机器人的腿部结构。其特征在于该腿部结构基于杆机构，包括伺服电机、链条、输入链轮、U型支撑架、1号轴承端盖、弧形杆、转轮、2号轴承端盖、异形轴、万向轴承、输出杆、输出链轮、2号轴承、3号轴承、3号轴承端盖、1号轴承和短轴；

所述输出链轮通过键和伺服电机连接，两者同步旋转；所述输入链轮通过链条和输出链轮连接，两者同步旋转；所述输出杆通过键和输入链轮连接，两者同步旋转，同时输出杆通过轴承、轴承端盖和U型支撑架非固定连接，两者可相对旋转；所述弧形杆通过万向轴承和输出杆非固定连接，由于万向轴承的特性，弧形杆可以相对于输出杆360度旋转；所述异形轴两端通过轴承、轴承端盖和U型支撑架非固定连接，二者可相对旋转；异形轴中部有两个圆形孔，所述短轴两端通过轴承、轴承端盖和异形轴非固定连接，短轴可相对于异形轴旋转；所述短轴穿过弧形杆上的一个小孔，弧形杆和短轴为非固定连接，弧形杆可以绕短轴在一定角度内旋转。

与现有技术相比，本发明的新型足式机器人的腿部结构基于杆机构，具有以下优点及有益效果：

1、杆机构结构简单、设计巧妙，能够减轻机器人腿部的质量，降低能耗，同时能够较大幅度的增大负载能力；

2、本发明采用万向轴承，通过杆的传递，使足末端的运动轨迹变大，从而能够实现机器人腿部的各种运动；

3、本发明只用了一个伺服电机，实现了机构的轻量化，低能耗；

4、可通过在足端安装转轮，将滑动摩擦转为滚动摩擦，从而有效了防止卡死现象的产生，能耗也相应的进一步降低。

附图说明

图1为本发明足式机器人的腿部结构一种实施例的整体结构示意图；

图2为本发明足式机器人的腿部结构一种实施例的局部(图1中的虚线部分)放大结构示意图；

图3为本发明足式机器人的腿部结构一种实施例的弧形杆立体形状结构示意图；

图4为本发明足式机器人的腿部结构一种实施例的输出杆立体形状结构示意图；

图5为本发明足式机器人的腿部结构一种实施例的异形轴立体形状结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明。但本申请的权利要求保护范围不限于所述实施例的描述范围。

本发明设计的一种足式机器人的腿部结构(简称腿部结构，参见图1-5)，其特征在于该腿部结构基于杆机构，包括伺服电机1、链条2、输入链轮3、U型支撑架4、1号轴承端盖5、弧形杆6、转轮7、2号轴承端盖8、异形轴9、万向轴承10、输出杆11、输出链轮12、2号轴承13、3号轴承14、3号轴承端盖15、1号轴承16和短轴17。

所述输出链轮12通过键和伺服电机1连接，两者同步旋转；所述输入链轮3通过链条2和输出链轮12连接，两者同步旋转；所述输出杆11的一端通过键和输入链轮3连接，两者同步旋转，同时输出杆11的另一端通过和U型支撑架4的非固定连接，两者可相对旋转；所述弧形杆6通过万向轴承10和输出杆11的非固定连接，由于万向轴承10的特性，弧形杆6可以相对于输出杆11进行360度旋转；所述异形轴9两端通过和U型支撑架4非固定连接，二者可相对旋转；所述短轴17的两端和异形轴9非固定连接，短轴17可相对于异形轴9旋转；所述弧形杆6和短轴17为非固定连接，弧形杆6可以绕短轴17在一定角度内旋转。所述的一定角度是指能够满足腿的正常运动对应的角度。

所述弧形杆6为一直杆和一弯杆的焊接组合件，可以改变杆输出的角度(参见图3)，弧形杆6包括三个连接处，分别为1号连接点61，2号连接点62和3号连接点63。所述1号连接点61通过万向轴承10和输出杆11连接；所述2号连接点62和短轴17非固定连接，且两者可以相对转动；所述3号连接点63和转轮7非固定连接，且两者可以相对转动。

所述输出杆11为一焊接件，结构类似于曲柄结构(参见图4)，包括两个连接处，分别为4号连接点1101和5号连接点1102。所述4号连接点1101通过万向轴承10和弧形杆6非固定连接；所述5号连接点1102和输入链轮3固定连接(参见图4)。

所述异形轴9也为一焊接件，中间部位开有两个通孔，两个通孔的轴线垂直(参见图5)，异形轴9包括四个连接处，分别为6号连接点91，7号连接点92，8号连接点93和9号连接点94。所述6号连接点91、7号连接点92分别通过轴承和U型支撑架4非固定连接，且两者可相对转动；所述8号连接点93套在弧形杆6的外部，弧形杆6可在8号连接点93出转动；所述9号连接点94和短轴17非固定连接，且两者可以相对转动(参见图5)。

本发明的进一步特征在于，在足端安装有转轮7，转轮7可以绕自身圆心旋转。所述转轮7具体安装在弧形杆6的接近地面的一端上，这样可以将足端(弧形杆6接触地面的一端)与地面的滑动摩擦转变为滚动摩擦，既可以有效防止卡死现象的产生，又可以使能耗相应的进一步降低。

本发明腿部结构特别适用于做两足、四足、六足或八足的足式机器人的机械腿使用。具体安装时，所述的机械腿应当左右对称地安装在足式机器人躯体腹部的两侧。

本发明腿部结构的工作原理和过程为：当机器人腿部前进时，伺服电机1旋转，并通过链传动将运动传递到输出杆11，输出杆11带动弧形杆6转动，实现机器人的足部行走。在这个过程中，输出杆11为一个偏心机构，且末端通过万向轴承10和弧形杆6相连接，当输出杆11带动弧形杆6运动时，为保证弧形杆6的运动范围较大，异形轴9可以被动转动，这样弧形杆6可以输出两个旋转自由度，使腿末端的运动能力有了很大提高。在腿部结构运动过程当中，腿部机构的末端通过转轮7和地面接触，弧形杆6将运动传递给转轮7，转轮7旋转，从而将机械腿足端(装入转轮7前，弧形杆6与地面直接接触)与地面之间的滑动摩擦转变为滚动摩擦，从而有效防止卡死现象的产生，能耗也可相应的进一步降低。另一方面，由于杆机构本身的特性：输入较小的力矩能够获得较大的输出力矩。从而可以使机器人腿部结构的承载能力大幅度提高。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (3)

1.一种足式机器人的腿部结构，其特征在于该腿部结构基于杆机构，包括伺服电机、链条、输入链轮、U型支撑架、1号轴承端盖、弧形杆、转轮、2号轴承端盖、异形轴、万向轴承、输出杆、输出链轮、2号轴承、3号轴承、3号轴承端盖、1号轴承和短轴；

所述输出链轮通过键和伺服电机连接，两者同步旋转；所述输入链轮通过链条和输出链轮连接，两者同步旋转；所述输出杆通过键和输入链轮连接，两者同步旋转，同时输出杆通过轴承、轴承端盖和U型支撑架非固定连接，两者可相对旋转；所述弧形杆通过万向轴承和输出杆非固定连接，由于万向轴承的特性，弧形杆可以相对于输出杆360度旋转；所述异形轴两端通过轴承、轴承端盖和U型支撑架非固定连接，二者可相对旋转；异形轴中部有两个圆形孔，所述短轴两端通过轴承、轴承端盖和异形轴非固定连接，短轴可相对于异形轴旋转；所述短轴穿过弧形杆上的一个小孔，弧形杆和短轴为非固定连接，弧形杆可以绕短轴在一定角度内旋转。

2.根据权利要求1所述的足式机器人的腿部结构，其特征在于在足端安装有转轮，转轮可以绕自身圆心旋转，将足端与地面的滑动摩擦转变为滚动摩擦。

3.根据权利要求1所述的足式机器人的腿部结构，其特征在于所述的腿部结构用于做两足、四足、六足或八足的足式机器人的机械腿。