CN104973162A - 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包括机架、动力系统和驱动系统；所述机架主要包括前机架板和后机架板；所述前机架板和后机架板通过轴、螺钉固定连接；所述动力系统主要包括伺服电机、输入轴、曲柄、法兰轴、左上关节、左下关节、右上关节和右下关节；所述驱动系统主要包括上输入杆、下输入杆、上三角架、下三角架、外连接杆和内连接杆；驱动系统可分为上驱动系统和下驱动系统；上驱动系统包括上输入杆、上三角架、外连接杆和内连接杆；下驱动系统包括下输入杆、下三角架、外连接杆和内连接杆。

Description

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。但目前的足式机器人每条腿有3个主动自由度，每条腿需要3个主动件，这样既提高了机器人的制作成本，又增加了机器人的整体重量，导致机器人的负载能力下降，运动速度变慢和灵活性差等不足。

机器人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。因此要使足式机器人能够更好的工作，腿的设计尤为重要。目前常见的足式机器人多数采用电机(如步进电机、伺服电机等)作为关节驱动源，结构简单，但机器人的运动能力大幅度降低。

现有的足式机器人主要有浙江工业大学吴华林等人设计的足式机器人模型(专利申请号：201420480836.1)以及浙江工业大学叶孝璐设计的交叉式足式机器人(专利申请号：201410833599.7)。通过增加腿部运动关节的自由度，虽可以提高足式机器人的灵活性，但这样会增加控制难度，负载能力较差，并且机器人整体质量增大，结构复杂，稳定性和灵活性变差。

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，提供一种足式机器人的腿部结构。该腿部结构采用杆机构，一组腿共用一个电机，能够减轻腿部的质量，降低能耗，同时能够较大幅度的增大负载能力，为解决现有足式机器人高能耗及环境适应性问题奠定了基础，具有很好的应用前景。

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包括机架、动力系统和驱动系统；所述机架主要包括前机架板和后机架板；所述前机架板和后机架板通过轴、螺钉固定连接；

所述动力系统主要包括伺服电机、输入轴、曲柄、法兰轴、左上关节、左下关节、右上关节和右下关节；所述伺服电机通过联轴器和输入轴固定连接，两者同步转动；所述输入轴通过轴承、轴承端盖和前机架板非固定连接，两者可以相对转动；所述曲柄通过螺钉和输入轴固定连接；所述法兰轴通过螺钉和曲柄固定连接；所述左上关节、左下关节、右上关节和右下关节通过轴承、轴承端盖分别和法兰轴非固定连接，且均可绕法兰轴转动；所述辅助支撑杆通过轴承、轴承端盖分别和法兰轴、后机架板非固定连接；

所述驱动系统主要包括上输入杆、下输入杆、上三角架、下三角架、外连接杆和内连接杆；驱动系统可分为上驱动系统和下驱动系统；上驱动系统包括上输入杆、上三角架、外连接杆和内连接杆；所述上输入杆一端通过螺钉和左上关节固定连接，另一端通过轴、轴承、轴承端盖和上三角架非固定连接；所述外连接杆、内连接杆分别通过轴、轴承、轴承端盖和上三角架的一个端点非固定连接；所述上三角架、内连接杆通过轴承、轴承端盖、轴和前机架板、后机架板非固定连接；下驱动系统包括下输入杆、下三角架、外连接杆和内连接杆；所述下输入杆通过螺钉和左下关节固定连接；所述内连接杆、下三角架通过轴、轴承、轴承端盖和下输入杆非固定连接；所述下三角架的另一端点通过轴、轴承、轴承端盖和外连接杆非固定连接。

与现有技术相比，本发明足式机器人的腿部结构具有以下优点及有益效果：

1.所述的杆机构结构简单，设计巧妙，能够减轻腿部的质量，降低能耗，同时能够较大幅度的增大负载能力；

2.本发明设计两个腿共用一个伺服电机，即通过杆机构，一个伺服电机同时带动两个腿的运动，能耗低，效率高，便于控制；

3.外腿部结构形美观，从仿生学的角度出发，设计腿的外形更加接近实际使用的足式机器人要求。

附图说明

图1为本发明足式机器人腿部结构一种实施例的整体外型立体结构示意图；

图2为本发明足式机器人腿部结构一种实施例的去掉前机架板的整体外型立体结构示意图；

图3为本发明足式机器人腿部结构一种实施例的去掉前机架板的局部(图2中的虚线框)立体结构示意图；

图4为本发明足式机器人腿部结构一种实施例的各个驱动关节(左上关节、左下关节、右上关节、右下关节)立体结构示意图；

图5为本发明足式机器人腿部结构一种实施例的上三角架的立体结构示意图；

图6为本发明足式机器人腿部结构一种实施例的下三角架的立体结构示意图。

图7为本发明足式机器人腿部结构一种实施例的法兰轴立体结构示意图。

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。

本发明设计的足式机器人的腿部结构(简称腿部结构，参见图1-7)，左、右腿结构相同，左右腿对称安装。因此下面只介绍左腿结构。本发明腿部结构的特征在于该腿部结构主要包括机架、动力系统和驱动系统(参见图1、2)。机架主要包括前机架板1和后机架板2；所述前机架板1和后机架板2通过轴、螺钉固定连接。

所述动力系统主要包括伺服电机10、输入轴9、曲柄14、法兰轴16、左上关节12、左下关节13、右上关节11和右下关节15(参见图1、3、4)。所述伺服电机10通过联轴器和输入轴9固定连接，两者同步转动；所述输入轴9通过轴承、轴承端盖和前机架板1非固定连接，两者可以相对转动；所述曲柄14通过螺钉和输入轴9固定连接；所述法兰轴16通过螺钉和曲柄14固定连接；所述左上关节12、左下关节13、右上关节11、右下关节15通过轴承、轴承端盖分别和法兰轴16非固定连接，都可绕法兰轴16转动；所述辅助支撑杆17通过轴承、轴承端盖分别和法兰轴16、后机架板2非固定连接(参见图1、3)。

所述驱动系统主要包括上输入杆3、下输入杆8、上三角架5、下三角架7、外连接杆6和内连接杆4；驱动系统可分为上驱动系统和下驱动系统。上驱动系统包括上输入杆3、上三角架5、外连接杆6和内连接杆4(外连接杆6和内连接杆4实际是上驱动系统和下驱动系统共用的零部件)；所述上输入杆一端通过螺钉和左上关节固定连接，另一端通过轴、轴承、轴承端盖和上三角架非固定连接；所述外连接杆、内连接杆分别通过轴、轴承、轴承端盖和上三角架的一个端点非固定连接；所述上三角架、内连接杆通过轴承、轴承端盖、轴和前机架板、后机架板非固定连接。下驱动系统包括下输入杆8、下三角架7、外连接杆6和内连接杆4。所述下输入杆8通过螺钉和左下关节13固定连接；所述内连接杆4、下三角架7通过轴、轴承、轴承端盖和下输入杆8非固定连接；所述下三角架7的另一端点通过轴、轴承、轴承端盖和外连接杆6非固定连接。(参见图1、2)。

上三角架5的是一个焊接件，结构如图5所示，主要包括一号杆502、二号杆504、三号杆506、一号连接板501、二号连接板503、三号连接板505。三个连接块通过焊接将三个连接杆固定在一起。

下三角架7的是一个焊接件，结构如图6所示，其组成和连接方式与上三角架5雷同。

法兰轴16是一个焊接件，结构如图7所示，主要包括支撑轴1602、法兰部分1601。支撑轴1602和法兰部分1601通过焊接方式固定在一起。

本发明腿部结构的工作原理和过程为：当腿部结构工作时，伺服电机10转动，通过联轴器带动输入轴9转动，输入轴9将运动传递曲柄14，曲柄14带动法兰轴16，进而带动左上关节12、左下关节13、右上关节11、右下关节15同时绕伺服电机10的输出轴转动。左上关节12带动上三角架5运动，左下关节13带动下三角架7运动，内连接杆4、外连接杆6将上三角架5和下三角架连接在一起，共同作用。在运动过程当中，两个腿的运动状态相反，当左腿为支撑腿时，右腿向前迈进，当右腿为支撑腿时，左腿向前迈进，交替进行，从而完成腿部行走运动。

发明腿部结构适用于多种足数的足式机器人，但尤其适用于八足的足式机器人的机械腿。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (2)

1.一种足式机器人的腿部结构，其特征在于该腿部结构包括机架、动力系统和驱动系统；所述机架主要包括前机架板和后机架板；所述前机架板和后机架板通过轴、螺钉固定连接；

所述动力系统主要包括伺服电机、输入轴、曲柄、法兰轴、左上关节、左下关节、右上关节和右下关节；所述伺服电机通过联轴器和输入轴固定连接，两者同步转动；所述输入轴通过轴承、轴承端盖和前机架板非固定连接，两者可以相对转动；所述曲柄通过螺钉和输入轴固定连接；所述法兰轴通过螺钉和曲柄固定连接；所述左上关节、左下关节、右上关节和右下关节通过轴承、轴承端盖分别和法兰轴非固定连接，且均可绕法兰轴转动；所述辅助支撑杆通过轴承、轴承端盖分别和法兰轴、后机架板非固定连接；

所述驱动系统主要包括上输入杆、下输入杆、上三角架、下三角架、外连接杆和内连接杆；驱动系统可分为上驱动系统和下驱动系统；上驱动系统包括上输入杆、上三角架、外连接杆和内连接杆；所述上输入杆一端通过螺钉和左上关节固定连接，另一端通过轴、轴承、轴承端盖和上三角架非固定连接；所述外连接杆、内连接杆分别通过轴、轴承、轴承端盖和上三角架的一个端点非固定连接；所述上三角架、内连接杆通过轴承、轴承端盖、轴和前机架板、后机架板非固定连接；下驱动系统包括下输入杆、下三角架、外连接杆和内连接杆；所述下输入杆通过螺钉和左下关节固定连接；所述内连接杆、下三角架通过轴、轴承、轴承端盖和下输入杆非固定连接；所述下三角架的另一端点通过轴、轴承、轴承端盖和外连接杆非固定连接。

2.根据权利要求1所述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八足的足式机器人的机械腿。