CN108357583A - 一种机器人行走装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机器人行走装置,包括支撑框架、联动机构和行走机构,所述联动机构安装于支撑框架上,所述行走机构安装于联动机构上;所述支撑框架包括支撑底板和盖板,所述支撑底板的上表面开有第一环形槽和第二环形槽;所述支撑底板的上表面安装有主动轴杆,所述支撑底板的上表面固定有从动轴杆;所述联动机构包括齿轮机构、齿圈轮和蜗杆,所述齿轮机构和齿圈轮均安装于支撑底板上,所述蜗杆安装于侧板上;所述行走机构包括对称设置于两块侧板外侧的行走支架。本发明的结构简单、易于操作,通过齿轮的啮合传动、连杆机制的应用,实现行走,通过一个电机控制六足的行走,控制方式简单,六足的设置,使得行走平稳,实用性强、适用范围广。
Description
技术领域
本发明属于机器人行走技术领域,具体地,涉及一种机器人行走装置。
背景技术
地球表面多为崎岖不平、高低起伏的路面,基于这种路况,传统的轮式机械结构行走困难,对于机体平衡性不足的机器人甚至还会发生侧翻而影响正常工作。因此,设计一种能够适应不平整路面以及复杂地形的机械机构就显得尤为重要。自然界爬行动物的行走模式在经过千百年的演化后已经能高水平适应复杂变化的路面,爬行动物能安然穿行于自然界主要取决于自身的骨骼架构和腿部结构。为了研究生命体结构并能应用于机器人中,模拟生物运动机理的机器人得到更广泛应用,仿生机械学获得越来越多人的关注,成为一门新兴学科。
机器人移动方式有轮式、履带式以及腿足式。轮式和履带式在生活各领域已得到广泛应用,而腿足式还处于不断突破的上升期,还有很多创新点可以被发掘。腿足式具有前两种移动方式不具有的优势,腿足式移动机构具有多自由度,运动更具灵活性,能比较容易跨越障碍物体,对复杂地形有较强的适应能力。目前,基于偶数条腿部能加强机器人行走稳定性的特点,腿部机器人研究中较多的有双足、四足、六足机器人,六足机器人腿部具有多个自由度使运动的灵活性大大增强。它可以通过调节腿的长度保持身体水平也可以通过调节腿的伸展程度调整重心的位置因此不易翻倒稳定性更高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机器人行走装置,通过齿轮的啮合传动、连杆机制的应用,实现机器人的行走,通过一个电机控制六足的行走,控制方式简单,六足的设置,使得行走平稳。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
一种机器人行走装置,包括支撑框架、联动机构和行走机构,所述联动机构安装于支撑框架上,所述行走机构安装于联动机构上;
所述支撑框架为一方形框体,所述支撑框架包括支撑底板和盖板,所述支撑底板和盖板平行设置,所述支撑底板和盖板之间垂直固定有侧板;
所述支撑底板的上表面开有第一环形槽和第二环形槽;所述支撑底板的上表面安装有主动轴杆,所述支撑底板的上表面固定有从动轴杆;
所述侧板上开有三个圆形通孔,包括位于前方的第一圆形通孔、位于中间位置的第二圆形通孔和位于后方的第三圆形通孔;
所述联动机构包括齿轮机构、齿圈轮和蜗杆,所述齿轮机构和齿圈轮均安装于支撑底板上,所述蜗杆安装于侧板上;
所述齿轮机构包括第一安装圆筒、主动齿轮、从动齿轮;所述第一安装圆筒安装于第一环形槽内,所述第一安装圆筒的表面固定有第一齿圈和第二齿圈;所述主动齿轮固定于主动轴杆上,五个所述从动齿轮分别安装于五根从动轴杆上;
所述齿圈轮包括第二安装圆筒和固定于第二安装圆筒周侧外表面的第三齿圈;所述第二安装圆筒安装于第二环形槽内;
所述蜗杆包括第一蜗杆、第二蜗杆和第三蜗杆,所述第一蜗杆、第二蜗杆和第三蜗杆均安装于侧板上;
所述行走机构包括对称设置于两块侧板外侧的行走支架,所述行走支架包括第一支撑足、第二支撑足、第三支撑足、第一连杆、第二连杆和第三连杆;所述第一支撑足的上端和第一连杆的一端均与第一蜗杆活动连接,所述第一连杆的另一端与第二支撑足活动连接,所述第二支撑足的上端与第二连杆的一端活动连接,所述第二连杆的另一端活动连接于第二蜗杆上,所述第二支撑足通过第三连杆与第三支撑足活动连接,所述第三支撑足的上端活动连接于第三蜗杆上,所述第一支撑足、第二支撑足、第三支撑足的底端均连接有足部结构。
进一步地,所述主动轴杆通过轴承安装于支撑底板上。
进一步地,五根所述从动轴杆沿圆周均布于主动轴杆的外围,所述主动轴杆和从动轴杆均位于第一环形槽内侧区域。
进一步地,所述第一安装圆筒与第一环形槽配合,所述第一安装圆筒通过轴承安装于第一环形槽内。
进一步地,所述第一齿圈固定于第一安装圆筒的周侧内表面,所述第二齿圈固定于安装圆筒的周侧外表面。
进一步地,五个所述从动齿轮通过轴承分别安装于五根从动轴杆上。
进一步地,所述从动齿轮与主动齿轮啮合,所述从动齿轮与第一齿圈啮合。
进一步地,所述第二安装圆筒与第二环形槽配合,所述第二安装圆筒通过轴承安装于第二环形槽内。
进一步地,所述第一蜗杆、第二蜗杆和第三蜗杆通过轴承分别安装于第一圆形通孔、第二圆形通孔和第三圆形通孔内,所述第一蜗杆、第二蜗杆与第二齿圈啮合,所述第二蜗杆、第三蜗杆与第三齿圈啮合。
进一步地,所述足部结构包括弧形连接杆,所述弧形连接杆一端活动连接于第一支撑足/第二支撑足/第三支撑足的底端,所述弧形连接杆的另一端通过连接杆活动连接有脚部承重轴,所述脚部承重轴的底端通过安装座安装有行走脚,所述行走脚为吸盘式脚部结构,所述脚部承重轴的顶端安装有弹簧机构,所述弹簧机构一端活动连接于脚部承重轴的顶端,另一端安装于所述第一支撑足/第二支撑足/第三支撑足的底端侧表面。
本发明的有益效果:
本发明的结构简单、易于操作,通过齿轮的啮合传动、连杆机制的应用,实现机器人的行走,通过一个电机控制六足的行走,控制方式简单,六足的设置,使得行走平稳;同时,连杆机制中各部件之间均采用铰链连接的方式,转动阻尼小,更具灵活性,力矩传递效率高,能达到腿部摆动的力矩要求;本发明行走装置的足部结构设置为具有弹簧的连杆机制,弹簧机构一端活动连接于脚部承重轴的顶端,另一端安装于第一支撑足/第二支撑足/第三支撑足的底端侧表面,第一支撑足旋转的过程中通过弹簧机构对行走脚的拖拽以及连接杆的支承,实现行走脚的行走,行走脚为吸盘式脚部结构,能够在机器人行走时吸在地面,增强行走稳定性;本发明的机器人行走装置实用性强、适用范围广。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解,下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明一种机器人行走装置的结构示意图;
图2为本发明一种机器人行走装置的局部结构示意图;
图3为本发明一种机器人行走装置的支撑框架的结构示意图;
图4为图3的局部结构示意图;
图5为本发明一种机器人行走装置的联动机构的结构示意图;
图6为本发明一种机器人行走装置的联动机构的结构示意图;
图7为本发明一种机器人行走装置的局部结构示意图;
图8为本发明一种机器人行走装置的足部结构的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
一种机器人行走装置,如图1、2所示,包括支撑框架1、联动机构2和行走机构3,联动机构2安装于支撑框架1上,行走机构3安装于联动机构2上;
如图3所示,支撑框架1为一方形框体,支撑框架1包括支撑底板11和盖板12,支撑底板11和盖板12平行设置,支撑底板11和盖板12之间垂直固定有侧板13,两块侧板13相对设置;
如图4所示,支撑底板11的上表面开有第一环形槽1101和第二环形槽1102;支撑底板11的上表面安装有主动轴杆1103,主动轴杆1103通过轴承安装于支撑底板11上,支撑底板11的上表面固定有五根从动轴杆1104,五根从动轴杆 1104沿圆周均布于主动轴杆1103的外围,主动轴杆1103和从动轴杆1104均位于第一环形槽1101内侧区域;
侧板13上开有三个圆形通孔,位于前方的第一圆形通孔1301、位于中间位置的第二圆形通孔1302和位于后方的第三圆形通孔1303;
如图5、6所示,联动机构2包括齿轮机构21、齿圈轮22和蜗杆23,齿轮机构21和齿圈轮22均安装于支撑底板11上,蜗杆23安装于侧板13上;
齿轮机构21包括第一安装圆筒2101、主动齿轮2102、五个从动齿轮2103;第一安装圆筒2101与第一环形槽1101配合,第一安装圆筒2101通过轴承安装于第一环形槽1101内;第一安装圆筒2101的表面固定有第一齿圈2104和第二齿圈2105,第一齿圈2104固定于第一安装圆筒2101的周侧内表面,第二齿圈2105固定于安装圆筒2103的周侧外表面;主动齿轮2102固定于主动轴杆1103 上,五个从动齿轮2103通过轴承分别安装于五根从动轴杆1104上,主动齿轮 2102与从动齿轮2103啮合,从动齿轮2103与第一齿圈2104啮合;电机驱动主动轴杆1103旋转时,主动齿轮2102旋转,通过主动齿轮2102与从动齿轮2103 的啮合传动,主动齿轮2102带动从动齿轮2103旋转,从动齿轮2103与第一齿圈2104啮合传动,带动第一安装圆筒2101旋转,故而带动第二齿圈2105旋转;
齿圈轮22包括第二安装圆筒2201和固定于第二安装圆筒2201周侧外表面的第三齿圈2202;第二安装圆筒2201与第二环形槽1102配合,第二安装圆筒 2201通过轴承安装于第二环形槽1102内;
蜗杆23包括第一蜗杆2301、第二蜗杆2302和第三蜗杆2303,第一蜗杆2301、第二蜗杆2302和第三蜗杆2303通过轴承分别安装于第一圆形通孔1301、第二圆形通孔1302和第三圆形通孔1303内;第一蜗杆2301、第二蜗杆2302与第二齿圈2105啮合,第二蜗杆2302、第三蜗杆2303与第三齿圈2202啮合;第二齿圈2105在齿轮的带动下旋转,通过第二齿圈2105与第一蜗杆2301、第二蜗杆 2302啮合传动,第二齿圈2105带动第一蜗杆2301和第二蜗杆2302旋转,第二蜗杆2302与第三齿圈2202啮合,第二蜗杆2302带动第三齿圈2202旋转,第三齿圈2202带动第三蜗杆2303旋转;
如图7所示,行走机构3包括对称设置于两块侧板13外侧的行走支架,行走支架包括第一支撑足31、第二支撑足32、第三支撑足33、第一连杆34、第二连杆35、第三连杆36和足部结构37;第一支撑足31的上端和第一连杆34 的一端均与第一蜗杆2301活动连接,第一连杆34的另一端与第二支撑足32活动连接,第二支撑足32的上端与第二连杆35的一端活动连接,第二连杆35的另一端活动连接于第二蜗杆2302上,第二支撑足32通过第三连杆36与第三支撑足33活动连接,第三支撑足33的上端活动连接于第三蜗杆2303上;第一支撑足31、第二支撑足32、第三支撑足33的底端均连接有足部结构37,足部结构37包括弧形连接杆3701,弧形连接杆3701一端活动连接于第一支撑足31/ 第二支撑足32/第三支撑足33的底端,弧形连接杆3701的另一端通过连接杆 3703活动连接有脚部承重轴3702,较优的,连接杆3703的两端分别活动安装于弧形连接杆3701和脚部承重轴3702的表面,连接杆3703的数目为四根,每两两安装于弧形连接杆3701和脚部承重轴3702的前、后表面,脚部承重轴3702 的底端通过安装座安装有行走脚3705,行走脚3705为吸盘式脚部结构,能够在机器人行走时吸在地面,脚部承重轴3702的顶端安装有弹簧机构3704,弹簧机构3704一端活动连接于脚部承重轴3702的顶端,另一端安装于第一支撑足31/ 第二支撑足32/第三支撑足33的底端侧表面;上述所有的活动连接方式均采用铰链连接;
本发明的工作原理及方式:主动轴杆1103连接有电机,电机驱动主动轴杆 1103旋转时,主动齿轮2102旋转,通过主动齿轮2102与从动齿轮2103的啮合传动,主动齿轮2102带动从动齿轮2103旋转,从动齿轮2103与第一齿圈2104 啮合传动,带动第一安装圆筒2101旋转,故而带动第二齿圈2105旋转;第二齿圈2105在齿轮的带动下旋转,通过第二齿圈2105与第一蜗杆2301、第二蜗杆2302啮合传动,第二齿圈2105带动第一蜗杆2301和第二蜗杆2302旋转,第二蜗杆2302与第三齿圈2202啮合,第二蜗杆2302带动第三齿圈2202旋转,第三齿圈2202带动第三蜗杆2303旋转;且第一蜗杆2301和第二蜗杆2302旋转方向相反,第三我杆2303与第一蜗杆2301旋转方向相同,通过行走机构3 的连杆机制,通过第一连杆34和第三连杆36的推进或者后拉,实现行走;足部结构37设置为具有弹簧的连杆机制,弹簧机构3704一端活动连接于脚部承重轴3702的顶端,另一端安装于第一支撑足31/第二支撑足32/第三支撑足33 的底端侧表面,第一支撑足31旋转的过程中通过弹簧3704对行走脚3705的拖拽以及连接杆3703的支承,实现行走脚3705的行走,行走脚3705为吸盘式脚部结构,能够在机器人行走时吸在地面,增强行走稳定性;本发明的结构简单、易于操作,通过齿轮的啮合传动、连杆机制的应用,实现机器人的行走,通过一个电机控制六足的行走,控制方式简单,六足的设置,使得行走平稳;同时,连杆机制中各部件之间均采用铰链连接的方式,转动阻尼小,更具灵活性,力矩传递效率高,能达到腿部摆动的力矩要求;本发明的机器人行走装置实用性强、适用范围广。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然,根据本说明书的内容,可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本发明的原理和实际应用,从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (10)
1.一种机器人行走装置,其特征在于,包括支撑框架(1)、联动机构(2)和行走机构(3),所述联动机构(2)安装于支撑框架(1)上,所述行走机构(3)安装于联动机构(2)上;
所述支撑框架(1)为一方形框体,所述支撑框架(1)包括支撑底板(11)和盖板(12),所述支撑底板(11)和盖板(12)平行设置,所述支撑底板(11)和盖板(12)之间垂直固定有侧板(13);
所述支撑底板(11)的上表面开有第一环形槽(1101)和第二环形槽(1102);所述支撑底板(11)的上表面安装有主动轴杆(1103),所述支撑底板(11)的上表面固定有从动轴杆(1104);
所述侧板(13)上开有三个圆形通孔,包括位于前方的第一圆形通孔(1301)、位于中间位置的第二圆形通孔(1302)和位于后方的第三圆形通孔(1303);
所述联动机构(2)包括齿轮机构(21)、齿圈轮(22)和蜗杆(23),所述齿轮机构(21)和齿圈轮(22)均安装于支撑底板(11)上,所述蜗杆(23)安装于侧板(13)上;
所述齿轮机构(21)包括第一安装圆筒(2101)、主动齿轮(2102)、从动齿轮(2103);所述第一安装圆筒(2101)安装于第一环形槽(1101)内,所述第一安装圆筒(2101)的表面固定有第一齿圈(2104)和第二齿圈(2105);所述主动齿轮(2102)固定于主动轴杆(1103)上,五个所述从动齿轮(2103)分别安装于五根从动轴杆(1104)上;
所述齿圈轮(22)包括第二安装圆筒(2201)和固定于第二安装圆筒(2201)周侧外表面的第三齿圈(2202);所述第二安装圆筒(2201)安装于第二环形槽(1102)内;
所述蜗杆(23)包括第一蜗杆(2301)、第二蜗杆(2302)和第三蜗杆(2303),所述第一蜗杆(2301)、第二蜗杆(2302)和第三蜗杆(2303)均安装于侧板(13)上;
所述行走机构(3)包括对称设置于两块侧板(13)外侧的行走支架,所述行走支架包括第一支撑足(31)、第二支撑足(32)、第三支撑足(33)、第一连杆(34)、第二连杆(35)、第三连杆(36)和足部结构(37);所述第一支撑足(31)的上端和第一连杆(34)的一端均与第一蜗杆(2301)活动连接,所述第一连杆(34)的另一端与第二支撑足(32)活动连接,所述第二支撑足(32)的上端与第二连杆(35)的一端活动连接,所述第二连杆(35)的另一端活动连接于第二蜗杆(2302)上,所述第二支撑足(32)通过第三连杆(36)与第三支撑足(33)活动连接,所述第三支撑足(33)的上端活动连接于第三蜗杆(2303)上,所述第一支撑足(31)、第二支撑足(32)、第三支撑足(33)的底端均连接有足部结构(37)。
2.根据权利要求1所述的一种机器人行走装置,其特征在于,所述主动轴杆(1103)通过轴承安装于支撑底板(11)上。
3.根据权利要求1所述的一种机器人行走装置,其特征在于,五根所述从动轴杆(1104)沿圆周均布于主动轴杆(1103)的外围,所述主动轴杆(1103)和从动轴杆(1104)均位于第一环形槽(1101)内侧区域。
4.根据权利要求1所述的一种机器人行走装置,其特征在于,所述第一安装圆筒(2101)与第一环形槽(1101)配合,所述第一安装圆筒(2101)通过轴承安装于第一环形槽(1101)内。
5.根据权利要求1所述的一种机器人行走装置,其特征在于,所述第一齿圈(2104)固定于第一安装圆筒(2101)的周侧内表面,所述第二齿圈(2105)固定于安装圆筒(2103)的周侧外表面。
6.根据权利要求1所述的一种机器人行走装置,其特征在于,五个所述从动齿轮(2103)通过轴承分别安装于五根从动轴杆(1104)上。
7.根据权利要求1所述的一种机器人行走装置,其特征在于,所述从动齿轮(2103)与主动齿轮(2102)啮合,所述从动齿轮(2103)与第一齿圈(2104)啮合。
8.根据权利要求1所述的一种机器人行走装置,其特征在于,所述第二安装圆筒(2201)与第二环形槽(1102)配合,所述第二安装圆筒(2201)通过轴承安装于第二环形槽(1102)内。
9.根据权利要求1所述的一种机器人行走装置,其特征在于,所述第一蜗杆(2301)、第二蜗杆(2302)和第三蜗杆(2303)通过轴承分别安装于第一圆形通孔(1301)、第二圆形通孔(1302)和第三圆形通孔(1303)内,所述第一蜗杆(2301)、第二蜗杆(2302)与第二齿圈(2105)啮合,所述第二蜗杆(2302)、第三蜗杆(2303)与第三齿圈(2202)啮合。
10.根据权利要求1所述的一种机器人行走装置,其特征在于,所述足部结构(37)包括弧形连接杆(3701),所述弧形连接杆(3701)一端活动连接于第一支撑足(31)/第二支撑足(32)/第三支撑足(33)的底端,所述弧形连接杆(3701)的另一端通过连接杆(3703)活动连接有脚部承重轴(3702),所述脚部承重轴(3702)的底端通过安装座安装有行走脚(3705),所述行走脚(3705)为吸盘式脚部结构,所述脚部承重轴(3702)的顶端安装有弹簧机构(3704),所述弹簧机构(3704)一端活动连接于脚部承重轴(3702)的顶端,另一端安装于所述第一支撑足(31)/第二支撑足(32)/第三支撑足(33)的底端侧表面。
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