CN107719505A - 一种足式移动平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种足式移动平台，其特征在于，足式移动平台包括髋部、两条腿部；髋部包括髋部支撑板、设在髋部支撑板上的横轴、相对设置的两组侧摆机构；侧摆机构包括活动支架、传动轴，活动支架与横轴转动配合，传动轴转动设置在活动支架上，传动轴与横轴相互垂直；横轴上设有主动锥齿轮，传动轴上设有与主动锥齿轮啮合的从动锥齿轮；腿部包括大腿部、小腿部，大腿部通过连接板连接传动轴，大腿部中设有伸缩机构，小腿部可伸缩地连接大腿部；伸缩机构上设有用于驱动小腿部伸缩的动力部件。本发明结构简单，控制灵敏，具有较强的负载能力；驱动电机数量少，加工安装方便、成本低、可靠性高。

Description

一种足式移动平台

技术领域

本发明涉及一种足式移动平台。

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201010147716.6公开了一种两足步行仿生机器人，包括机身、两个连接杆机构、两个足部机构和控制装置，机身与两个足部机构连接，足部机构分别为左足部机构和右足部机构，左足部机构和右足部机构并列在机身下方的左右两侧，连接杆机构分别连接机身和足部机构，所述左足部机构的结构和右足部机构的结构相同，均包括腿支杆、转弯舵机、转动杆、脚板、舵机连接器和转盘，腿支杆的上下两端分别与机身和转动杆连接，所述转动杆的两端连接于脚板上，转弯舵机固定于脚板的上方，转盘设于脚板下方，舵机连接器固定于转弯舵机的下方并与转盘连接；控制装置分别与机身和足部机构连接。

中国专利201410551408.8公开了一种快速行走的双足机器人，该双足机器人由伺服电机，电机支架，主动锥齿轮，从动锥齿轮，止回棘爪，棘轮凸轮组，棘爪连接销，主动棘爪，摆杆，滚子连接销，滚子，小腿，压缩弹簧，螺杆，大腿和脚组成。伺服电机带动主动锥齿轮转动，从而驱动对称安装的一对从动锥齿轮相向转动，进而使得大腿前后摆动；小腿在压缩弹簧的作用下始终与棘轮凸轮组中的凸轮接触，通过小腿的“伸缩”使得支撑腿长于摆动腿。

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、控制过程繁琐，控制精度低；

3、结构复杂，行走不稳定，成本高。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种足式移动平台，其结构简单，控制灵敏，具有较强的负载能力；驱动电机数量少，加工安装方便、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移动平台，其包括：包括髋部、两条腿部；

髋部包括髋部支撑板、设在髋部支撑板上的横轴、相对设置的两组侧摆机构；侧摆机构包括活动支架、传动轴，活动支架与横轴转动配合，传动轴转动设置在活动支架上，传动轴与横轴相互垂直；横轴上设有主动锥齿轮，传动轴上设有与主动锥齿轮啮合的从动锥齿轮；

腿部包括大腿部、小腿部，大腿部通过连接板连接传动轴，大腿部中设有伸缩机构，小腿部可伸缩地连接大腿部；伸缩机构上设有用于驱动小腿部伸缩的动力部件。

本发明中，髋部支撑板上可以设置工作台，侧摆机构驱动工作台前后运动，结合伸缩式腿部设计，实现整个移动平台的稳步移动。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。

本发明中通过，髋部结构通过侧向对分结构，利用相互啮合的锥齿轮，实现双腿的前后摆动，结合腿部的伸缩，实现平台的移动，其大大的降低了双足式移动平台的自由度，从而降低成本，提高可靠性。

根据本发明的另一种具体实施方式，传动轴对应上从动锥齿轮设有减速机构。该减速机构可以为减速机，也可以为其它的减速组件。通过设置减速机，减缓移动平台在运动过程中由于主动锥齿轮、从动锥齿轮的啮合造成的倾角问题。

根据本发明的另一种具体实施方式，腿部结构上设有拟足板，拟足板上设有连接部，拟足板通过连接部转动连接小腿部。本方案中，通过设置带有连接部的拟足板，实现拟足板的转动，在外部机构的驱动下，即可实现模拟踝关节的运动。

根据本发明的另一种具体实施方式，腿部结构上设有联动机构，其包括弹性连接件、刚性连接件，拟足板还包括第一连接端、第二连接端；第一连接端通过弹性连接件连接小腿部；第二连接端通过刚性连接件连接大腿部。本方案中将拟足板的转动藕合小腿部的伸缩运动，使整个腿部的结构通过小腿部的伸缩即可实现联动，大大减少了腿部结构中的自由度，从而降低了驱动电机的数量，节约了成本。

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(即不受外力的状态)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，滑块固定安装在小腿部。

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。通过设置同步带，将电机的旋转运动转化为设置在同步带上的滑块的直线运动，从而实现与滑块连接的小腿部的伸缩运动。

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。通过传感器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，髋部还包括用于调整活动支架位置的升降机构，升降机构包括升降电机、丝杆、升降滑块、活动连接件；升降电机设在髋部支撑板上，丝杆固定在髋部支撑板上，升降滑块可升降地设在丝杆上，活动连接件一端转动连接升降滑块，另一端转动连接活动活动支架。本方案中通过滑块结构、连杆结构实现活动支架以横轴为中心轴的转动，将直线运动转化为旋转运动，进而实现整个髋部的侧向对分，实现两个腿部的分开与并拢。

根据本发明的另一种具体实施方式，升降电机与丝杆之间设有带轮传动件或链轮传动件或齿轮传动件。

本发明中，通过侧摆机构实现腿部的前后运动，通过侧向对分机构实现腿部的分开与并拢，铜过伸缩机构以及联动机构实现腿部膝关节与踝关节的动作，从而实现整个移动平台的仿生运动，通过机械结构的藕合处理，将相互关联的自由度重组，仅需4个电机即可实现足式移动平台的行走所需。

与现有技术现比较，本发明的有益之处在于：

1、结构简单、加工安装方便；

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的一种足式移动平台的整体结构示意图；

图2是实施例1的一种足式移动平台的髋部结构示意图；

图3是实施例1的一种足式移动平台的腿部结构示意图；

图4是实施例1的一种足式移动平台的伸缩机构示意图；

图5是实施例1的一种足式移动平台的拟足板结构示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种足式移动平台，如图1－5所示，其包括平台本体1、第一侧摆机构2、第二侧摆机构3、升降机构4、大腿部5、小腿部6、伸缩机构7、拟足板8、联动机构9。

其中，平台本体1上设有髋部支撑板11、横轴12，横轴12设在髋部支撑板11靠近底部的位置，其上设有主动锥齿轮13及用于驱动横轴12转动的横轴驱动电机14。第一侧摆机构2包括第一活动支架21、第一传动轴22、第一从动锥齿轮23；第二侧摆机构3包括第二活动支架31、第二传动轴32、第二从动锥齿轮33；第一活动支架21、第二活动支架31相对设置，横轴12同时穿过第一活动支架21、第二活动支架31，且第一活动支架21、第二活动支架31均相对横轴12转动设置，第一传动轴22、第二传动轴32均垂直于横轴12设置在同一平面内，在第一传动轴22上设有与主动锥齿轮13啮合的第一从动锥齿轮23，在第二传动轴32上设有与主动锥齿轮13啮合的第二从动锥齿轮33。在第一传动轴22、第二传动轴32与腿部连接的位置均设有减速机(图中未示)，设置减速机的目的是为了减少腿部在分开与并拢的过程中，由于齿轮啮合空间啮合位置的偏移造成的整个移动平台的前倾或者后仰。

第一侧摆机构2、第二侧摆机构3实现腿部的前后动作，其工作过程为：横轴驱动电机驱动横轴正转(或者反转)，从而驱动主动锥齿轮转动，由于第一从动锥齿轮、第二从动锥齿轮相对设置且均垂直于主动锥齿轮，故与第一传动轴相连的腿部、与第二传动轴相连的腿部分别向前和向后运动，实现两条腿部的前后动作。

升降机构4包括滑块组件、连杆组件，滑块组件包括升降电机(图中未示)、丝杆41、升降滑块42，升降电机设在髋部支撑架11上，其通过皮带驱动丝杆41转动，进一步带动升降滑块42的升降运动，在升降滑块42上设有第一水平轴43、第二水平轴44。连杆组件包括第一活动连接件45、第二活动连接件46，第一活动连接件45一端通过第一水平轴43转动连接升降滑块42，另一端连接第一活动支架21；第二活动连接件46一端通过第二水平轴44转动连接升降滑块42，另一端连接第二活动支架31。

升降机构实现腿部结构的分开与合拢，其工作过程为：升降电机带动丝杆转动，升降滑块沿着丝杠升降，进一步地，升降滑块驱动与第一活动连接件相连接的第一活动架转动、与第二活动连接件相连接的第二活动架转动，实现第一传动轴、第二传动轴之间夹角的改变，实现两条腿部的分开与合拢。

大腿部5包括连接于足式机器人本体的连接板51、对应连接板51设置的支撑板52；连接板51与支撑板52之间设有多个侧板，连接板51、支撑板52、侧板之间形成腔体(图中未示)。小腿部6包括连接端61、自由端62，自由端62上设有位置调节件63，连接端61通过伸缩机构7设置在大腿部5上；传感器(图中未示)，用于检测小腿部6位置。

拟足板8，如图5所示，其上设有连接部81、第一连接端82、第二连接端83，连接部81转动连接自由端62；连接部81通过转轴84转动连接拟足板本体。

伸缩机构7为滑动式伸缩机构，其包括伸缩滑轨71、及设置在伸缩滑轨71上的滑块72；伸缩滑轨71设在连接板51上，滑块72的数目为两个，均固定安装在小腿部的连接端61；动力部件包括驱动电机及连接驱动电机的驱动轴73、同步轮74、调速轮75、同步带76，驱动电机设置在支撑板52上，调速轮75也是在支撑板52上，调速轮75与驱动电机之间采用皮带传动；滑块72设在同步带76上，驱动电机通过调速轮75驱动同步带76转动，进一步驱动滑块72沿伸缩滑轨71滑动，实现小腿部6的伸出和缩回的动作。

联动机构9，其包括弹簧91、钢丝绳92，拟足板8的第一连接端82通过弹簧91连接位置调节件63；拟足板8的第二连接端83通过钢丝绳92连接大腿部5。

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)

1.一种足式移动平台，其特征在于，所述足式移动平台包括髋部、两条腿部；

所述髋部包括髋部支撑板、设在所述髋部支撑板上的横轴、相对设置的两组侧摆机构；所述侧摆机构包括活动支架、传动轴，所述活动支架与所述横轴转动配合，所述传动轴转动设置在所述活动支架上，所述传动轴与所述横轴相互垂直；所述横轴上设有主动锥齿轮，所述传动轴上设有与所述主动锥齿轮啮合的从动锥齿轮；

所述腿部包括大腿部、小腿部，所述大腿部通过连接板连接所述传动轴，所述大腿部中设有伸缩机构，所述小腿部可伸缩地连接所述大腿部；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。

2.如权利要求1所述的足式移动平台，其特征在于，所述传动轴上对应所述从动锥齿轮设有减速机构。

3.如权利要求1所述的足式移动平台，其特征在于，所述腿部结构上设有拟足板，所述拟足板上设有连接部，所述拟足板通过所述连接部转动连接所述小腿部。

4.如权利要求3所述的足式移动平台，其特征在于，所述腿部结构上设有联动机构，其包括弹性连接件、刚性连接件，所述拟足板还包括第一连接端、第二连接端；所述第一连接端通过所述弹性连接件连接所述小腿部；所述第二连接端通过所述刚性连接件连接所述大腿部。

5.如权利要求4所述的足式移动平台，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。

6.如权利要求1所述的足式移动平台，其特征在于，所述伸缩机构包括滑轨、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小腿部。

7.如权利要求6所述的足式移动平台，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。

8.如权利要求1所述的足式移动平台，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。

9.如权利要求1所述的足式移动平台，其特征在于，所述髋部还包括用于调整所述活动支架位置的升降机构，所述升降机构包括升降电机、丝杆、升降滑块、活动连接件；所述升降电机设在所述髋部支撑板上，所述丝杆固定在所述髋部支撑板上，所述升降滑块可升降地设在所述丝杆上，所述活动连接件一端转动连接所述升降滑块，另一端转动连接所述活动活动支架。

10.如权利要求9所述的足式移动平台，其特征在于，所述升降电机与所述丝杆之间设有带轮传动件或链轮传动件或齿轮传动件。