CN105882339B - 变胞式机械腿 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变胞式机械腿，包括基座和与基座连接的弹性腿体，所述弹性腿体初始形态为直形；还包括用于可使弹性腿体变胞形成弧形形态的变胞驱动机构；可自动实现机械腿在直形形态和弧形形态间的自由切换，避免在使用该机械腿的机器人两栖作业模式下切换时的人工干预，弹性腿体在自然初始状态下为直形形态，当需要转换为弧形形态时，通过变胞驱动机构驱动实现，且当需要由弧形形态转换为直形形态时，弹性腿体在自身弹性下，可快速转换，方便快捷；可使机器人在水路两栖模式切换中不需要手动换腿，更加方便，并且变胞驱动机构可提高弹性腿体的结构强度，提高其陆上越障能力。

Description

变胞式机械腿
技术领域
本发明涉及机器人领域，特别涉及一种变胞式机械腿。
背景技术
水陆两栖机器人作为一种能够在陆地、水中及水陆过渡地带开展各种作业任务的有效技术手段，正吸引着全世界越来越多国家科技人员的研究和探索。
现有技术中，国外设计了一种仿昆虫的腿是两栖六足机器人，其六足是由聚甲醛树脂材料制成的C形圆杆，每条腿均由单独的电机控制，可实现不平整地面的移动，具有视觉扫描、地图勘测及定位等功能，可在陆地上执行各种复杂任务，但由于缺乏有效的水下游动驱动机构，仅能在涉水环境中爬行；还有一种四足两栖机器人，通过四条腿的动作配合、姿态调整实现跑步姿态、步行姿态、游泳姿态三种姿态，防水功能很好，但是不足之处是不能嵌入水中，仅能浮在水面移动；还有一种两栖机器人，在地面上采用弧形腿实现移动，在水中则将弧形腿更换为柔性蹼，实现水中游动及浮潜，该两栖机器人可较好地实现水陆两栖的运动，但不足之处是需要两套移动驱动奇偶股且需要人工更换以实现水陆两栖环境的匹配。国内有人申请一种足-蹼复合驱动的两栖机器人专利文件，其采用了一套绳索传动驱动的足-蹼复合式腿式机构，在水陆过渡环境中通过改变足-蹼状态可实现陆地轮腿式与水中蹼式游动的转换，但切换方式复杂，不容易实现，且在陆地上不能很好的保证机械腿的高度，导致机器人陆上越障能力下降。
因此，需要对现有的两栖机器人的机械腿进行改进，能够很好的避免水陆模式切换时的人工干预，实现两栖作业模式的自动快速切换，并且可极大的保证机器人的陆上通过性。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种变胞式机械腿，能够很好的避免水陆模式切换时的人工干预，实现两栖作业模式的自动快速切换，并且可极大的保证机器人的陆上通过性。
本发明的变胞式机械腿，包括基座和与基座连接的弹性腿体，弹性腿体初始形态为直形；还包括用于可使弹性腿体变胞形成弧形形态的变胞驱动机构。
进一步，变胞驱动机构包括动力组件、沿弹性腿体长度方向设置并用于限形的限形轨道和由动力组件驱动沿限形轨道往复移动用于使弹性腿体在直形形态和弧形形态间转换的变胞链。
进一步，沿弹性腿体长度方向设置有至少两个轨道块，轨道块内侧形成有弧形轨道槽，限形轨道由弧形轨道槽共同形成。
进一步，变胞链包括至少两个依次铰接的弧形链块，相邻弧形链块间形成铰接副，动力组件驱动变胞链的铰接副进入对应弧形轨道槽内时迫使弹性腿体由直形形态变形为弧形形态。
进一步，每一轨道块均外套于弹性腿体形成固定。
进一步，动力组件包括动力装置和丝杠螺母机构，变胞链的最上端弧形链块与丝杠螺母机构的螺母滑块通过连杆连接。
进一步，铰接副包括铰接块，铰接块两端分别通过铰接轴与对应弧形链块铰接，铰接块上还设置有用于对转动副滑入弧形轨道槽内导向的导向件。
进一步，弹性腿体为弹性钢片。
进一步，轨道块外侧设置有弹性橡胶垫，弹性橡胶垫为并列设置的两个，弹性橡胶垫为梯形。
本发明还公开了一种利用变胞式机械腿的机器人，机器人安装有所述变胞式机械腿。
本发明的有益效果：本发明的变胞式机械腿，可自动实现机械腿在直形形态和弧形形态间的自由切换，避免在使用该机械腿的机器人两栖作业模式下切换时的人工干预，弹性腿体在自然初始状态下为直形形态，当需要转换为弧形形态时，通过变胞驱动机构驱动实现，且当需要由弧形形态转换为直形形态时，弹性腿体在自身弹性下，可快速转换，方便快捷；可使机器人在水路两栖模式切换中不需要手动换腿，更加方便，并且变胞驱动机构可提高弹性腿体的结构强度，提高其陆上越障能力。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为本发明的弹性腿体为弧形形态时结构示意图；
图2为本发明的弹性腿体为直形形态时结构示意图；
图3为本发明的弹性腿体装配在机器人上为弧形形态时结构示意图；
图4为本发明的弹性腿体装配在机器人上为直形形态时结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明的弹性腿体为弧形形态时结构示意图，图2为本发明的弹性腿体为直形形态时结构示意图，图3为本发明的弹性腿体装配在机器人上为弧形形态时结构示意图，图4为本发明的弹性腿体装配在机器人上为直形形态时结构示意图如图所示：本实施例的变胞式机械腿，包括基座1和与基座1连接的弹性腿体2，弹性腿体2初始形态为直形；还包括用于可使弹性腿体2变胞形成弧形形态的变胞驱动机构；其中，基座1用于与安装到机器人机体15上时与驱动件传动配合，基座1还用于安装变胞驱动机构，弹性腿体2的自然状态为直形，当需要变形为弧形时，通变胞驱动机构迫使弹性腿体2发生变形，轻易且方便实现在腿体弧形状态和直形状态间的转换；本实施例的变胞式机械腿可适用于多足机器人，尤其是两栖多足机器人。
本实施例中，变胞驱动机构包括动力组件、沿弹性腿体2长度方向设置并用于限形的限形轨道12和由动力组件驱动沿限形轨道往复移动用于使弹性腿体2在直形形态和弧形形态间转换的变胞链；其中，动力组件用于提供动力并驱动变胞链在限形轨道内往复滑动，当变胞链的铰链处滑入限形轨道内时，限形轨道对变胞链形成限形为弧形，变胞链沿弹性腿体2的内侧长度方向设置，当变胞链整体在限形轨道的限形下形成整体弧形时，可强迫弹性腿体2产生变形同样变形为弧形结构；实现结构简单可靠，且可快速实现自由切换。
本实施例中，沿弹性腿体2长度方向设置有至少两个轨道块3，轨道块3内侧形成有弧形轨道槽4，限形轨道由弧形轨道槽4共同形成；轨道块3设置两个、三个或四个，弧形轨道槽4共同形成限形轨道，可减少机械腿整体重量。
本实施例中，变胞链包括至少两个依次铰接的弧形链块5，相邻弧形链块5间形成铰接副6，动力组件驱动变胞链的铰接副6进入对应弧形轨道槽4内时迫使弹性腿体2由直形形态变形为弧形形态；弧形链块5的弧形是指沿弹性腿体2的长度方向为弧形，弧形轨道槽4的弧形同样指沿弹性腿体2的长度方向为弧形；弧形链块5依次铰接形成铰链结构，即变胞链为铰接结构，由于弧形轨道槽4的设置，当两相邻弧形链块5的铰接副6滑入弧形轨道槽4内时，相当于对两相邻的弧形链块5形成限形定位，形成弧形结构，且不可相对转动，从而迫使弹性腿体2跟随产生弧形变形；当相邻弧形链块5间的铰接副6自弧形轨道槽4内滑出时，弧形链块5间可相对转动，弹性腿体2可恢复初始状态为直形形态。
本实施例中，每一轨道块3均外套于弹性腿体2形成固定；轨道块3上还设置有弹性腿体2插槽，轨道块3通过插槽外套于弹性腿体2上形成固定，结构简单，结构牢靠。
本实施例中，动力组件包括动力装置7和丝杠螺母机构，变胞链的最上端弧形链块5与丝杠螺母机构的螺母滑块通过连杆10连接；动力装置7为驱动电机，通过驱动电机驱动丝杠8，带动螺母滑块9向前向后运动以将铰接副6限制在弧形轨道槽4内，使弹性腿体2为弧形形态，丝杠螺母可形成自锁功能，保证工作的安全性；另外，基座1上设置有用于安装动力装置7的安装槽。
本实施例中，铰接副6包括铰接块11，铰接块11两端分别通过铰接轴与对应弧形链块5铰接，铰接块11上还设置有用于对转动副滑入弧形轨道槽4内导向的导向件13；导向件为沿弧形链块5横向设置的导向柱，导向柱两端设置有导向轮。
本实施例中，弹性腿体2为弹性钢片；制造容易，结构强度高，成本较低。
本实施例中，轨道块3外侧设置有弹性橡胶垫14，弹性橡胶垫为并列设置的两个，弹性橡胶垫为梯形。
本发明还公开了一种利用变胞式机械腿的机器人，机器人安装有所述变胞式机械腿。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种变胞式机械腿，其特征在于：包括基座和与基座连接的弹性腿体，所述弹性腿体初始形态为直形；还包括用于可使弹性腿体变胞形成弧形形态的变胞驱动机构；所述变胞驱动机构包括动力组件、沿弹性腿体长度方向设置并用于限形的限形轨道和由动力组件驱动沿限形轨道往复移动用于使弹性腿体在直形形态和弧形形态间转换的变胞链。
2.根据权利要求1所述的变胞式机械腿，其特征在于：沿所述弹性腿体长度方向设置有至少两个轨道块，轨道块内侧形成有弧形轨道槽，所述限形轨道由所述弧形轨道槽共同形成。
3.根据权利要求2所述的变胞式机械腿，其特征在于：所述变胞链包括至少两个依次铰接的弧形链块，相邻弧形链块间形成铰接副，动力组件驱动变胞链的铰接副进入对应弧形轨道槽内时迫使弹性腿体由直形形态变形为弧形形态。
4.根据权利要求1所述的变胞式机械腿，其特征在于：每一轨道块均外套于弹性腿体形成固定。
5.根据权利要求3所述的变胞式机械腿，其特征在于：所述动力组件包括动力装置和丝杠螺母机构，所述变胞链的最上端弧形链块与丝杠螺母机构的螺母滑块通过连杆连接。
6.根据权利要求3所述的变胞式机械腿，其特征在于：所述铰接副包括铰接块，铰接块两端分别通过铰接轴与对应弧形链块铰接，所述铰接块上还设置有用于对铰接副滑入弧形轨道槽内导向的导向件。
7.根据权利要求1-6任一权利要求所述的变胞式机械腿，其特征在于：所述弹性腿体为弹性钢片。
8.根据权利要求2所述的变胞式机械腿，其特征在于：所述轨道块外侧设置有弹性橡胶垫，弹性橡胶垫为并列设置的两个，所述弹性橡胶垫为梯形。
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