CN107458495A - 腿部移动机构及四足机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种腿部移动机构及四足机器人，属于机器人领域。本发明用于安装在机器人的髋部外壳处，包括迈步机构，迈步机构包括迈步驱动电机、曲柄、关节连杆、大腿连杆、小腿连杆和足，迈步驱动电机位于髋部外壳的内部，大腿连杆的一端铰接在髋部外壳的一侧，大腿连杆的另一端铰接在足的上端；迈步驱动电机的输出轴位于髋部外壳的另一侧，迈步驱动电机的输出轴末端驱动连接曲柄的一端，关节连杆为三角形，曲柄的另一端铰接关节连杆的第一角部，关节连杆的第二角部铰接在小腿连杆的一端，关节连杆的第三角部铰接大腿连杆的中部，小腿连杆的另一端铰接足的中部。本发明种结构简单，大腿小腿同时驱动，腿部质量小，转动惯量小。

Description

腿部移动机构及四足机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是指一种腿部移动机构及四足机器人。

背景技术

随着科技水平的提高，人类越来越希望能够将自己从危险、复杂、重复的工作中解脱出来，取而代之解决这类问题的就是机器人。

机器人的移动方式有轮式、履带式、足式等多种，其中足式机器人能够适应各种复杂的地形，对使用条件要求较低。且足式机器人能够通过若干足和地面形成并联机构，可以自由改变重心位置，使运动过程平稳，移动灵活，能耗低，这使足式机器人在灾难救援，反恐战争等场合发挥了巨大的作用。

现有的足式机器人腿部结构多为通过大腿驱动小腿，或大腿小腿各设置驱动器，结构十分复杂，使得腿部质量和转动时的惯量增大。

发明内容

本发明提供一种结构简单，大腿小腿同时驱动，腿部质量小，转动惯量小的腿部移动机构及四足机器人。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一方面，本发明提供一种腿部移动机构，用于用于安装在机器人的髋部外壳处，包括迈步机构，所述迈步机构包括迈步驱动电机、曲柄、关节连杆、大腿连杆、小腿连杆和足，其中：

所述迈步驱动电机位于所述髋部外壳的内部，所述曲柄、关节连杆、大腿连杆、小腿连杆和足位于所述髋部外壳的外部；

所述髋部外壳为长条形，所述大腿连杆的一端铰接在所述髋部外壳的一侧，所述大腿连杆的另一端铰接在所述足的上端；

所述迈步驱动电机的输出轴位于所述髋部外壳的另一侧，所述迈步驱动电机的输出轴末端驱动连接所述曲柄的一端，所述关节连杆为三角形，所述曲柄的另一端铰接所述关节连杆的第一角部，所述关节连杆的第二角部铰接在所述小腿连杆的一端，所述关节连杆的第三角部铰接所述大腿连杆的中部，所述小腿连杆的另一端铰接所述足的中部。

进一步的，所述关节连杆为锐角三角形，所述关节连杆的第三角部为最小锐角。

进一步的，所述大腿连杆为钝角三角形，所述关节连杆的第三角部铰接在所述大腿连杆的钝角处。

进一步的，所述髋部外壳上穿设有迈步传动轴，所述迈步驱动电机的输出轴上连接有迈步传动齿轮副，所述迈步传动齿轮副包括安装在所述输出轴上的主动齿轮和安装在所述迈步传动轴的从动齿轮，所述迈步传动轴的末端驱动连接所述曲柄。

进一步的，所述腿部移动机构包括转向驱动装置，所述转向驱动装置包括转向轴和用于驱动所述转向轴转动的转向驱动电机，所述转向驱动电机固连在机器人本体上，所述髋部外壳固连在所述转向轴的顶部。

进一步的，所述转向轴的顶部通过法兰连接在所述髋部外壳上。

进一步的，所述转向轴上套设有转向传动轴套，所述转向驱动装置还包括转向传动齿轮副，所述转向传动齿轮副包括设置在所述转向驱动电机的输出轴上的主动齿轮和设置在所述转向传动轴套上的从动齿轮，所述转向轴的一侧设置有转动阻碍块，所述转动传动轴套内设置有与所述转动阻碍块相配合的滑槽。

进一步的，所述转向传动轴套通过轴承固定在机器人本体上。

进一步的，所述腿部移动机构还包括升降驱动装置，所述升降驱动装置包括升降驱动电机、升降传动飞轮、升降传动连杆和连杆环，所述升降驱动电机固连在机器人本体上，所述升降传动飞轮为半圆形，所述升降驱动电机的输出轴驱动连接所述升降传动飞轮的圆心，所述升降传动飞轮的边缘铰接所述升降传动连杆的一端，所述升降传动连杆的另一端铰接所述连杆环，所述转向轴的下部设置有环形凹槽，所述连杆环套接在所述环形凹槽中。

另一方面，本发明还提供一种四足机器人，包括机器人本体和上述的腿部移动机构。

本发明具有以下有益效果：

与现有技术相比，本发明的腿部移动机构及四足机器人，髋部外壳、曲柄、关节连杆、大腿、小腿和足铰接构成了平面六杆机构，迈步机构在迈步电机的驱动下曲柄先运动，带动关节连杆、大腿、小腿和足运动，实现迈步，大腿小腿同时驱动，腿部质量较小，转动惯量小，灵活实现迈步动作。

附图说明

图1为本发明的腿部移动机构的整体结构示意图；

图2为本发明的四足机器人的整体结构示意图；

图3为本发明的腿部移动机构的迈步机构的结构示意图；

图4为图3的俯视图；

图5为本发明的腿部移动机构的转向驱动装置的结构示意图；

图6为本发明的腿部移动机构的升降驱动装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

一方面，本发明提供一种腿部移动机构，用于安装在机器人的髋部外壳1处，如图1至图6所示，包括迈步机构，迈步机构包括迈步驱动电机2、曲柄3、关节连杆4、大腿连杆5、小腿连杆6和足7，其中：

迈步驱动电机2位于髋部外壳1的内部，所述曲柄3、关节连杆4、大腿连杆5、小腿连杆6和足7位于髋部外壳1的外部；

髋部外壳1为长条形，大腿连杆5的一端通过连接轴24铰接在髋部外壳1的一侧，大腿连杆5的另一端铰接在足7的上端；

迈步驱动电机2的输出轴位于髋部外壳1的另一侧，迈步驱动电机2的输出轴末端驱动连接曲柄3的一端，关节连杆4为三角形，曲柄3的另一端铰接关节连杆4的第一角部，关节连杆4的第二角部铰接在小腿连杆6的一端，关节连杆4的第三角部铰接大腿连杆5的中部，小腿连杆6的另一端铰接足7的中部，其中：关节连杆4为锐角三角形，关节连杆4的第三角部为最小锐角；大腿连杆5为钝角三角形，关节连杆4的第三角部铰接在大腿连杆5的钝角处。

与现有技术相比，本发明的腿部移动机构及四足机器人，髋部外壳、曲柄、关节连杆、大腿、小腿和足铰接构成了平面六杆机构，迈步机构在迈步电机的驱动下曲柄先运动，带动关节连杆、大腿、小腿和足运动，实现迈步，大腿小腿同时驱动，腿部质量较小，转动惯量小，灵活实现迈步动作。

进一步的，如图4所示，髋部外壳1上优选穿设有迈步传动轴8，迈步驱动电机2的输出轴上优选连接有迈步传动齿轮副，迈步传动齿轮副包括安装在迈步驱动电机2的输出轴上的主动齿轮9和安装在迈步传动轴8的从动齿轮10，迈步传动轴8的末端驱动连接曲柄3。工作时，迈步驱动电机2的输出轴通过迈步传动齿轮副的主动齿轮9将转矩传动至迈步传动齿轮副的从动齿轮10，从动齿轮10将转矩传动到与迈步传动轴8固连的曲柄3上，曲柄带动关节连杆、大腿、小腿和足运动，实现迈步。

进一步的，腿部移动机构优选包括转向驱动装置，转向驱动装置包括转向轴11和用于驱动转向轴11转动的转向驱动电机12，转向驱动电机12固连在机器人本体13上，髋部外壳1固连在转向轴11的顶部，转向时，转向轴11与髋部外壳1同时转向。

优选的，转向轴11的顶部可以通过法兰13连接在髋部外壳1上。法兰13与髋部外壳1优选螺栓连接，方便拆卸。

优选的，如图5所示，转向轴11上可以套设有转向传动轴套14，转向驱动装置还可以包括转向传动齿轮副，转向传动齿轮副包括设置在转向驱动电机12的输出轴上的主动齿轮15和设置在转向传动轴套14上的从动齿轮16，转向轴11的一侧设置有转动阻碍块17，转动阻碍块17为长条形，转动传动轴套14内设置有与转动阻碍块17相配合的滑槽(未示出)。转向时，转向驱动电机的输出轴通过转向传动齿轮副的主动齿轮15将转矩传动至转向传动齿轮副的从动齿轮16，从动齿轮16将转矩传动到与从动齿轮16固连的转向传动轴套14上，通过滑槽和转动阻碍块17的配合关系，转向传动轴套14和转向轴同步转动，与转向轴11固连的髋部外壳1转向，实现整个腿部移动机构的转向。

作为本发明的一种改进，转向传动轴套14通过轴承18固定在机器人本体13上，轴承可约束转向传动轴套的运动，轴承优选通过支架固定在机器人本体上。

为提高本发明的创造性，腿部移动机构还包括升降驱动装置，升降驱动装置包括升降驱动电机19、升降传动飞轮20、升降传动连杆21和连杆环22，升降驱动电机19固连在机器人本体13上，升降传动飞轮20为半圆形，升降驱动电机19的输出轴驱动连接升降传动飞轮20的圆心，升降传动飞轮20的边缘铰接升降传动连杆21的一端，升降传动连杆21的另一端铰接连杆环22，转向轴11的下部设置有环形凹槽23，连杆环22套接在环形凹槽23中。升降时，升降驱动电机19的驱动升降传动飞轮20，转动，铰接在升降传动飞轮20边缘的升降传动连杆21上升或下降，通过连杆环22带动转向轴11的上升或下降；连杆环22设置在转向轴11的环形凹槽23中，既不影响转向轴的转动，又能实现转向轴的上升或下降。连杆环22与转向轴11的环形凹槽23构成转动副，转向轴通过转动阻碍块17和转动传动轴套14内滑槽构成移动副。

另一方面，本发明提供一种四足机器人，包括机器人本体13和上述的腿部移动机构，由于腿部移动机构与上述相同，此处不再赘述。

综上，本发明具有以下有益效果：

1)本发明的腿部移动机构，髋部外壳、曲柄、关节连杆、大腿、小腿和足铰接构成了平面六杆机构，迈步机构在迈步电机的驱动下实现迈步，大腿小腿同时驱动，腿部质量较小，转动惯量小，灵活实现迈步动作。

2)本发明的腿部移动机构及四足机器人，模拟了自然界四足动物(如狗等)的腿部机构的迈步、转向和升降运动，可以根据实际工作场合的不同要求达到迈步、转向和升降三种运动状态的自由组合，从而实现四足机器人的行走功能，三种运动状态分别由三个电机驱动，可以完成各种动作，且腿部各部件之间不存在运动干涉情况。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种腿部移动机构，用于安装在机器人的髋部外壳处，其特征在于，包括迈步机构，所述迈步机构包括迈步驱动电机、曲柄、关节连杆、大腿连杆、小腿连杆和足，其中：

所述迈步驱动电机位于所述髋部外壳的内部，所述曲柄、关节连杆、大腿连杆、小腿连杆和足位于所述髋部外壳的外部；

所述髋部外壳为长条形，所述大腿连杆的一端铰接在所述髋部外壳的一侧，所述大腿连杆的另一端铰接在所述足的上端；

所述迈步驱动电机的输出轴位于所述髋部外壳的另一侧，所述迈步驱动电机的输出轴末端驱动连接所述曲柄的一端，所述关节连杆为三角形，所述曲柄的另一端铰接所述关节连杆的第一角部，所述关节连杆的第二角部铰接在所述小腿连杆的一端，所述关节连杆的第三角部铰接所述大腿连杆的中部，所述小腿连杆的另一端铰接所述足的中部。

2.根据权利要求1所述的腿部移动机构，其特征在于，所述关节连杆为锐角三角形，所述关节连杆的第三角部为最小锐角。

3.根据权利要求1所述的腿部移动机构，其特征在于，所述大腿连杆为钝角三角形，所述关节连杆的第三角部铰接在所述大腿连杆的钝角处。

4.根据权利要求1所述的腿部移动机构，其特征在于，所述髋部外壳上穿设有迈步传动轴，所述迈步驱动电机的输出轴上连接有迈步传动齿轮副，所述迈步传动齿轮副包括安装在所述输出轴上的主动齿轮和安装在所述迈步传动轴的从动齿轮，所述迈步传动轴的末端驱动连接所述曲柄。

5.根据权利要求1-4中任一所述的腿部移动机构，其特征在于，所述腿部移动机构包括转向驱动装置，所述转向驱动装置包括转向轴和用于驱动所述转向轴转动的转向驱动电机，所述转向驱动电机固连在机器人本体上，所述髋部外壳固连在所述转向轴的顶部。

6.根据权利要求5所述的腿部移动机构，其特征在于，所述转向轴的顶部通过法兰连接在所述髋部外壳上。

7.根据权利要求5所述的腿部移动机构，其特征在于，所述转向轴上套设有转向传动轴套，所述转向驱动装置还包括转向传动齿轮副，所述转向传动齿轮副包括设置在所述转向驱动电机的输出轴上的主动齿轮和设置在所述转向传动轴套上的从动齿轮，所述转向轴的一侧设置有转动阻碍块，所述转动传动轴套内设置有与所述转动阻碍块相配合的滑槽。

8.根据权利要求7所述的腿部移动机构，其特征在于，所述转向传动轴套通过轴承固定在机器人本体上。

9.根据权利要求8所述的腿部移动机构，其特征在于，所述腿部移动机构还包括升降驱动装置，所述升降驱动装置包括升降驱动电机、升降传动飞轮、升降传动连杆和连杆环，所述升降驱动电机固连在机器人本体上，所述升降传动飞轮为半圆形，所述升降驱动电机的输出轴驱动连接所述升降传动飞轮的圆心，所述升降传动飞轮的边缘铰接所述升降传动连杆的一端，所述升降传动连杆的另一端铰接所述连杆环，所述转向轴的下部设置有环形凹槽，所述连杆环套接在所述环形凹槽中。

10.一种四足机器人，包括机器人本体，其特征在于，还包括权利要求1-9任一所述的腿部移动机构。