CN107697184A - 一种足式机器人的腿部结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种足式机器人的腿部结构，包括：大腿部、小腿部、拟足板；大腿部包括连接于足式机器人本体的连接板、对应连接板设置的支撑板；小腿部包括连接端、自由端，连接端可伸缩地连接大腿部；拟足板上设有连接部、第一连接端、第二连接端，连接部转动连接自由端；伸缩机构，其设置在支撑板上，伸缩机构上设有用于驱动小腿部伸缩的动力部件；联动机构，其包括弹性连接件、刚性连接件，第一连接端通过弹性连接件连接小腿部靠近自由端的位置；第二连接端通过刚性连接件连接大腿部。本发明整体质量轻，结构简单、控制灵敏，具有较强的负载能力；驱动电机数量少，成本低、可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及一种足式机器人的腿部结构。
背景技术
足式机器人是一种具有冗余驱动、多支链、时变拓扑运动机构的智能型机器人，涉及到生物学、仿生学、机构学、传感技术及信息处理技术等的一门综合性高技术产品。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。
中国专利201510404058.7公开了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。
中国专利201510404427.2公开了一种可用于足式机器人的仿生腿部结构，其特征在于该腿部结构基于杆机构，包括提升系统、推动系统、辅助支撑系统、共同作用系统和机架；所述提升系统主要包括提升电机和提升杆，提升电机与机架固定连接；提升杆和提升电机固定连接，两者同步转动；所述推动系统主要包括推动电机、1号推动杆和2号推动杆，推动电机通和机架固定连接；1号推动杆和推动电机固定连接，两者同步转动；2号推动杆和1号推动杆非固定连接，两者可以相对转动；所述辅助支撑系统主要包括1号支撑杆、2号支撑杆、3号支撑杆、1号长轴、4号短轴和5号短轴；所述共同作用系统主要包括1号连接杆、2号连接杆、脚板、1号短轴、2号短轴和3号短轴。
上述技术方案的缺陷在于：
1、整体质量大，所用驱动电机较多；
2、结构复杂，控制过程繁琐；
3、负载能力差，行走稳定性较低。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种足式机器人的腿部结构，其整体质量轻，结构简单、控制灵敏，具有较强的负载能力；驱动电机数量少，成本低、可靠性高。
为了实现上述目的，本发明提供了一种足式机器人的腿部结构，其包括：大腿部、小腿部、拟足板；
大腿部包括连接于足式机器人本体的连接板、对应连接板设置的支撑板；小腿部包括连接端、自由端，连接端可伸缩地连接大腿部；拟足板上设有连接部、第一连接端、第二连接端，连接部转动连接自由端；
伸缩机构，其设置在支撑板上，伸缩机构上设有用于驱动小腿部伸缩的动力部件；
联动机构，其包括弹性连接件、刚性连接件，第一连接端通过弹性连接件连接小腿部靠近自由端的位置；第二连接端通过刚性连接件连接大腿部。
本发明中小腿部可在大腿部中进行伸缩动作，代替传统的膝关节的转动，实现行走过程中与原始膝关节等同的效果。
本发明通过伸缩机构、联动机构模拟还原实现机器人腿部膝关节、踝关节的运动，将相腿部机构中相互关联的自由度通过机械传动进行耦合处理，大大的降低了双足机器人下肢平台的自由度，降低了成本，提高了可靠性。
根据本发明的另一种具体实施方式，小腿部上设有位置调节件，第一连接端通过弹性连接件连接位置调节件。小腿部在伸缩的过程中，拟足板上第二连接端与大腿部之间的距离不变，当小腿部连接部与大腿部的位置增大或减小的时候，拟足板前端的弹性连接件被压缩或者拉伸，从而实现拟足板连接部处的仿踝关节的动作。其中，位置调节件的固定位置可以发生变化，通过设置位置调节件，一方面方便安装，另一方面可以根据不同的使用情况调整弹性连接件的弹力大小。
根据本发明的另一种具体实施方式，伸缩机构为滑动式伸缩机构。相应的，伸缩机构也可以为电动式伸缩机构或者液压式伸缩机构。
根据本发明的另一种具体实施方式，滑动式伸缩机构包括滑轨、及设置在滑轨上的滑块；滑轨设在连接板上，滑块固定安装在连接端。
根据本发明的另一种具体实施方式，动力部件包括驱动电机、同步带，滑块设在同步带上，驱动电机驱动同步带转动，进一步驱动滑块沿滑轨滑动。本方案中，通过同步带传动的方式驱动滑块的动作，将旋转变成直线驱动滑块固定连接小腿部的连接端，进而驱动小腿部的伸出和缩回的动作。
根据本发明的另一种具体实施方式，驱动电机上设有调速结构。根据不同的使用情况，可以调节小腿部伸出、缩回的速度。
根据本发明的另一种具体实施方式，连接板与支撑板之间设有若干侧板，连接板、支撑板、侧板之间形成腔体，伸缩机构设在腔体内部。
根据本发明的另一种具体实施方式，大腿部上设有用于检测小腿部位置的传感器组。通过传感器组对小腿部的位置进行检测，结合驱动电机，实现对小腿部伸出或缩回长度的控制，进一步控制拟足板的姿态。
根据本发明的另一种具体实施方式，弹性连接部为弹簧。
根据本发明的另一种具体实施方式，刚性连接部为钢丝绳。
本发明通过将机器人腿部多个自由度之间进行藕合处理，从而简化腿部结构，实现机器人腿部行走所需，大大的降低了双足机器人下肢平台的自由度。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
1、整体质量轻，结构简单；
2、控制灵敏，具有较强的负载能力；
3、驱动电机数量少，成本低、可靠性高。
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
附图说明
图1是实施例1的一种足式机器人的腿部结构整体结构示意图；
图2是实施例1的一种足式机器人的腿部结构局部结构示意图，其显示了伸缩机构；
图3是实施例1的一种足式机器人的腿部结构局部结构示意图，其显示了拟足板。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种足式机器人的腿部结构，如图1－3所示，其包括：大腿部1、小腿部2、拟足板3、伸缩机构4、联动机构5。
其中，大腿部1包括连接于足式机器人本体的连接板11、对应连接板11设置的支撑板12；连接板11与支撑板12之间设有多个侧板，连接板11、支撑板12、侧板之间形成腔体(图中未示)。小腿部2包括连接端21、自由端22，自由端22上设有位置调节件23，连接端21通过伸缩机构4设置在大腿部1上。
拟足板3，如图3所示，其上设有连接部31、第一连接端32、第二连接端33，连接部31转动连接自由端22；连接部31通过转轴34转动连接拟足板本体。
伸缩机构4为滑动式伸缩机构，其包括滑轨41、及设置在滑轨41上的滑块42；滑轨41设在连接板11上，滑块42的数目为两个，均固定安装在小腿部的连接端21；动力部件包括驱动电机及连接驱动电机的驱动轴43、同步轮44、调速轮45、同步带46，驱动电机设置在支撑板12上，调速轮45也是在支撑板12上，调速轮45与驱动电机之间采用皮带传动；滑块42设在同步带46上，驱动电机通过调速轮45驱动同步带46转动，进一步驱动滑块42沿滑轨41滑动，实现小腿部2的伸出和缩回的动作。
联动机构5，其包括弹簧51、钢丝绳52，拟足板3的第一连接端32通过弹簧51连接位置调节件23；第二连接端33通过钢丝绳52连接大腿部1。
传感器(图中未示)，用于检测小腿部2位置。
本实施例中小腿部的动作过程为：
机器人本体控制驱动电机动作，经过调速轮的调速后，驱动同步带转动，进而带动位于同步带上的滑块的上升，滑块带动小腿部上升，此时钢丝绳不受力，弹簧在回复力的作用下保持相对的稳定(可以根据需要选择不同规格的弹簧)；机器人本体驱动大腿部向前运动到指定位置后，驱动电机反转，在伸缩机构的驱动下，从而使小腿部向下伸出，此时钢丝绳被拉紧，随着小腿部的继续伸出，弹簧被拉伸，拟足板发生转动。
本实施例简化了常规机器人腿部结构中的驱动电机数目，通过机械传动将相互关联的部位进行藕合处理，大大的降低了双足机器人下肢平台的自由度，降低了成本，提高了可靠性。
虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的范围所涵盖。
Claims (10)
1.一种足式机器人的腿部结构，其特征在于，所述腿部结构包括：大腿部、小腿部、拟足板；
所述大腿部包括连接于所述足式机器人本体的连接板、对应所述连接板设置的支撑板；所述小腿部包括连接端、自由端，所述连接端可伸缩地连接所述大腿部；所述拟足板上设有连接部、第一连接端、第二连接端，所述连接部转动连接所述自由端；
伸缩机构，其设置在所述支撑板上，所述伸缩机构上设有用于驱动所述小腿部伸缩的动力部件；
联动机构，其包括弹性连接件、刚性连接件，所述第一连接端通过所述弹性连接件连接所述小腿部靠近所述自由端的位置；所述第二连接端通过所述刚性连接件连接所述大腿部。
2.如权利要求1所述的腿部结构，其特征在于，所述小腿部上设有位置调节件，所述第一连接端通过所述弹性连接件连接所述位置调节件。
3.如权利要求1所述的腿部结构，其特征在于，所述伸缩机构为滑动式伸缩机构。
4.如权利要求3所述的腿部结构，其特征在于，所述滑动式伸缩机构包括滑轨、及设置在所述滑轨上的滑块；所述滑轨设在所述连接板上，所述滑块固定安装在所述连接端。
5.如权利要求4所述的腿部结构，其特征在于，所述动力部件包括驱动电机、同步带，所述滑块设在所述同步带上，所述驱动电机驱动所述同步带转动，进一步驱动所述滑块沿所述滑轨滑动。
6.如权利要求5所述的腿部结构，其特征在于，所述驱动电机上设有调速结构。
7.如权利要求1所述的腿部结构，其特征在于，所述连接板与所述支撑板之间设有若干侧板，所述连接板、所述支撑板、所述侧板之间形成腔体，所述伸缩机构设在所述腔体内部。
8.如权利要求1所述的腿部结构，其特征在于，所述大腿部上设有用于检测所述小腿部位置的传感器组。
9.如权利要求1所述的腿部结构，其特征在于，所述弹性连接部为弹簧。
10.如权利要求1所述的腿部结构，其特征在于，所述刚性连接部为钢丝绳。
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