CN105216903A - 腿式机器人腿部结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种腿式机器人腿部结构，包括支撑机构和拉杆机构，所述支撑机构包括上腿支撑件、中腿支撑件和下腿支撑件，所述拉杆机构包括上拉杆和下拉杆；下腿支撑件与中腿支撑件转动连接；中腿支撑件与上腿支撑件转动连接；下拉杆的一端与上腿支撑件转动连接；下拉杆的另一端与下腿支撑件转动连接；下拉杆、上腿支撑件、下腿支撑件、中腿支撑件构成一个平行四边形结构；上拉杆一端与中腿支撑件转动连接，另一端与腿式机器人本体的髋关节电机中的减速齿轮连接。本发明整个机构的动力都由髋关节提供，膝关节与踝关节不含有动力源，整个腿部结构轻巧，能获得很高的运动速度；连杆机构可以简化整个腿部的控制。
Description
技术领域
本发明涉及足式机器人领域，尤其是腿式机器人腿部结构。
背景技术
目前大部分的机器人的驱动方式都是轮式或者履带式的，在普通路面及稍显复杂的地形，轮式及履带驱动方式拥有很大适应性，优势明显，但是当地形更加复杂时，比如丘陵山地树林，轮式和履带式的驱动方式，就有很大的局限性。
而目前大部分的足式机器人的腿部各关节处都设置有动力源，整个机构笨重，行动缓慢，很难在复杂地形上行走。
因此设计一种能适应复杂地形，动作迅速，以解决此地形环境下的运输难题的机器人，成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决复杂地形环境中的物资运输难题，在这种地形环境中，轮式和履带式的机器人并不能很好适应，而人力的运输能力有限，效率不高，其他的足式机器人笨重、运动缓慢，并不适合作为运输使用。本发明腿式机器人的腿部结构，能很好的适用各种复杂地形，使机器人拥有出色的运载能力。
本发明的具体技术方案是：一种腿式机器人腿部结构，包括支撑机构和拉杆机构，所述支撑机构包括上腿支撑件、中腿支撑件和下腿支撑件，所述拉杆机构包括上拉杆和下拉杆；下腿支撑件与中腿支撑件转动连接；中腿支撑件与上腿支撑件转动连接；下拉杆的一端与上腿支撑件转动连接；下拉杆的另一端与下腿支撑件转动连接；下拉杆、上腿支撑件、下腿支撑件、中腿支撑件构成一个平行四边形结构；上拉杆与中腿支撑件转动连接。
进一步地，所述下腿支撑件与中腿支撑件通过关节转动连接；所述中腿支撑件与上腿支撑件通过关节转动连接，所述关节由支撑件轴和支撑件轴承成组成。
进一步地，所述下拉杆的一端与上腿支撑件通过拉杆轴承、拉杆轴转动连接；所述下拉杆的另一端与下腿支撑件通过拉杆轴承、拉杆轴转动连接；所述上拉杆与中腿支撑件通过拉杆轴承、拉杆轴转动连接。
进一步地，所述下腿支撑件的末端安装有至少一个微动开关。
进一步地，所述微动开关的垫块位于下腿支撑件末端的外周。
进一步地，所述微动开关的垫块位于下腿支撑件的末端底部外侧和/或下腿支撑件的末端前部外侧。
进一步地，所述位于下腿支撑件的末端底部的微动开关共用一个垫块。
进一步地，所述下腿支撑件的末端包覆一脚垫，所述脚垫为软性弹性材料制成。
进一步地，所述软性弹性材料为聚氨酯、硅橡胶、软尼龙。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：整个机构的动力都由髋关节提供，膝关节与踝关节不含有动力源，整个腿部结构轻巧，能获得很高的运动速度；连杆机构可以简化整个腿部的控制。
附图说明
图1为本发明的腿式机器人腿部结构的总装图；
图2为本发明的腿式机器人腿部结构的总装图2；
图3为本发明的腿式机器人腿部结构的总装图3(不同状态)；
图4为本发明的腿式机器人腿部结构的微动开关的放大图；
图5为本发明的腿式机器人腿部结构的微动开关触发示意图1；
图6为本发明的腿式机器人腿部结构的微动开关触发示意图2；
图中：上拉杆1、拉杆轴承2、拉杆轴3、支撑件轴承4、支撑件轴5、上腿支撑件6、下拉杆7、中腿支撑件8、下腿支撑件9、聚氨酯脚垫10、微动开关11、第一微动开关11-1、第二微动开关11-2、第三微动开关11-3、第一垫块12、第三垫块13、第二垫块14、微动开关触端15。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步描述。
如附图1、附图3所示，本发明的腿式机器人腿部结构包括支撑机构和拉杆机构，所述支撑机构包括上腿支撑件6、中腿支撑件8、下腿支撑件9和用于构成关节的连接部件，所述拉杆机构包括上拉杆1、下拉杆7和拉杆轴承2、拉杆轴3。所述支撑机构用来支撑整个机器人的重量，并产生推力；所述拉杆机构用来调整支撑机构的角度，并能稳定整个机器人。
所述下腿支撑件9与中腿支撑件8通过支撑件轴承4与支撑件轴5转动连接，构成一个踝关节；中腿支撑件8与上腿支撑件6通过支撑件轴承4与支撑件轴5转动连接，构成一个膝关节；下拉杆7的一端通过拉杆轴承2、拉杆轴3，与上腿支撑件6转动连接；下拉杆7的另一端通过拉杆轴承2、拉杆轴3，与下腿支撑件9转动连接；下拉杆7、上腿支撑件6、下腿支撑件9、中腿支撑件8构成一个平行四边形结构；上拉杆1通过拉杆轴承2、拉杆轴3，与中腿支撑件8转动连接，另一端与腿式机器人本体的髋关节电机中的减速齿轮连接。
所述支撑机构用来支撑整个机器人的重量，并产生推力；所述两个拉杆机构用来调整支撑机构的角度，并能稳定整个机器人。
当髋关节齿轮拉动上拉杆1时，上拉杆1带动中腿支撑件8运动，由平行四边形的特征可知，下腿支撑件9将产生运动。对比附图1，附图3所示，中腿支撑件8、下腿支撑件9产生一个摆动。此结构的设计使整个腿部结构不需要动力源，所有动力都由髋关节电机提供，通过控制髋关节电机，可以控制整个腿的运动。
如附图1、附图2所示，下腿支撑件9的末端安装有至少一个微动开关11，所述微动开关11包括一垫块，所述垫块位于下腿支撑件9末端的外周，如图4所示，本实施例中下腿支撑件9的末端安装有三个微动开关：第一微动开关11-1、第二微动开关11-2、第三微动开关11-3；第一微动开关11-1的第一垫块12、第二微动开关11-2的第二垫块14位于下腿支撑件9末端底部外侧，第三微动开关11-3的第三垫块13位于下腿支撑件9末端前部外侧，图4所示第三传感器垫块13的一端为与第三微动开关11-3的连接端，另一端与第三微动开关11-3的触端15有一定距离，垫块受挤压时，碰触触端，触发微动开关使微动开关产生信号。多个微动开关的分布设置增加了微动开关的触发范围，下腿支撑件9的末端底部任一侧接触地面都将产生信号。本发明中，第一微动开关11-1与第二微动开关11-2可共用一个垫块。
在下腿支撑件9的末端包覆聚氨酯脚垫10，在与地面接触时，会产生形变；聚氨酯脚垫10在足底与地面接触时起缓冲减震，并保护微动开关11不被损坏。高速摆动的腿部结构与地面接触的瞬间，是一个速度突变的过程，将产生极大的冲击，可蠕变的聚氨酯脚垫10在此过程中会吸收部分冲击产生的能量，降低冲击力，不仅保护了足底的微动开关11免受损坏，也极大降低了整个系统瞬间承受的力。所述脚垫还可以使用硅橡胶、软尼龙等软性弹性材料。
变形后的聚氨酯脚垫10将挤压第一垫块12、第二垫块14或者第三垫块13，使其移动并触发微动开关11-1、11-2、11-3，产生接触信号。
如附图4、附图5、附图6所示：本实施例中，整个腿部结构处于附图6状态运动时，聚氨酯脚垫10受挤压形变，位于下腿支撑件9底部的微动开关11-1、11-2的第一垫块12、第二垫块14受挤压，触发微动开关11-1、11-2，运动到如附图5状态时，位于下腿支撑件9前部的微动开关11-3的第三垫块13受挤压，触发微动开关11-3，本实施例的腿部结构始终有一个微动开关垫块受到变形的聚氨酯脚垫10的挤压，产生触地信号，机器人本体可根据接收到该信号，进行相应的操作。足底传感器机构，用以检测支撑机构是否与地面接触或与障碍物接触。
本发明可改变为多种方式对本领域的技术人员是显而易见的，这样的改变不认为脱离本发明的范围。所有这样的对所述领域的技术人员显而易见的修改，将包括在本权利要求的范围之内。
Claims (9)
1.一种腿式机器人腿部结构，其特征在于，包括支撑机构和拉杆机构，所述支撑机构包括上腿支撑件、中腿支撑件和下腿支撑件，所述拉杆机构包括上拉杆和下拉杆；下腿支撑件与中腿支撑件转动连接；中腿支撑件与上腿支撑件转动连接；下拉杆的一端与上腿支撑件转动连接；下拉杆的另一端与下腿支撑件转动连接；下拉杆、上腿支撑件、下腿支撑件、中腿支撑件构成一个平行四边形结构；上拉杆与中腿支撑件转动连接。
2.如权利要求1所述的腿式机器人腿部结构，其特征在于，所述下腿支撑件与中腿支撑件通过关节转动连接；所述中腿支撑件与上腿支撑件通过关节转动连接，所述关节由支撑件轴和支撑件轴承成组成。
3.如权利要求1所述的腿式机器人腿部结构，其特征在于，所述下拉杆的一端与上腿支撑件通过拉杆轴承、拉杆轴转动连接；所述下拉杆的另一端与下腿支撑件通过拉杆轴承、拉杆轴转动连接；所述上拉杆与中腿支撑件通过拉杆轴承、拉杆轴转动连接。
4.如权利要求1所述的腿式机器人腿部结构，其特征在于，所述下腿支撑件的末端安装有至少一个微动开关。
5.如权利要求4所述的腿式机器人腿部结构，其特征在于，所述微动开关的垫块位于下腿支撑件末端的外周。
6.如权利要求5所述的腿式机器人腿部结构，其特征在于，所述微动开关的垫块位于下腿支撑件的末端底部外侧和/或下腿支撑件的末端前部外侧。
7.如权利要求6所述的腿式机器人腿部结构，其特征在于，所述位于下腿支撑件的末端底部的微动开关共用一个垫块。
8.如权利要求1所述的腿式机器人腿部结构，其特征在于，所述下腿支撑件的末端包覆一脚垫，所述脚垫为软性弹性材料制成。
9.如权利要求1所述的腿式机器人腿部结构，其特征在于，所述软性弹性材料为聚氨酯、硅橡胶、软尼龙。
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