CN108556954A - 一种机器人行走机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人行走机构，包括支撑框体、联动机构和腿部机构，所述联动机构安装于支撑框体上，四个所述腿部机构对称设置于支撑框体上；所述支撑框体包括两块平行设置的方形框，两块所述方形框之间通过第一轴杆连接固定；所述联动机构包括主动齿轮、两个从动齿轮和四个安装圆盘；所述主动齿轮固定于主动轴杆上，两个所述从动齿轮分别固定于两个从动轴杆上；所述腿部机构包括第一连架杆、第二连架杆、第三连架杆和第四连架杆。本发明的结构简单、易于操作，通过齿轮啮合传动以及连杆机制的应用，实现蜘蛛式行走；单条足部结构采用四个连架杆机构模型，四根连架杆部件之间用铰链连接，转动阻尼小，力矩传递效率高。

Description

一种机器人行走机构

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机构。

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，四足与双足相比有更好的稳定性以及承载本体的能力；相比于六足，结构更加简单、实用性更强，从系统和控制器的设计来考虑，腿部数量设计成四足是一个不错的选择。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机器人行走机构，通过齿轮啮合传动以及连杆机制的应用，实现蜘蛛式行走；采用四条足部结构，结构更加简单、实用性更强，使用范围广。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种机器人行走机构，包括支撑框体、联动机构和腿部机构，所述联动机构安装于支撑框体上，四个所述腿部机构对称设置于支撑框体上；

所述支撑框体包括两块平行设置的方形框，两块所述方形框之间通过第一轴杆连接固定；所述方形框的框内固定有两根竖梁，两根所述竖梁沿竖直方向设置，位于前、后两块所述方形框上的竖梁之间垂直安装有从动轴杆，所述方形框的表面固定有安装板，位于前、后两块所述方形框上的两块安装板之间垂直安装有主动轴杆；

所述联动机构包括主动齿轮、两个从动齿轮和四个安装圆盘；

所述主动齿轮固定于主动轴杆上，两个所述从动齿轮分别固定于两个从动轴杆上，所述主动齿轮与从动齿轮啮合；

四个所述安装圆盘分别固定于两个从动轴杆的两端，所述安装圆盘的表面固定有第二轴杆，所述第二轴杆位于安装圆盘的表面边缘处；

四个所述腿部机构分别安装于安装圆盘上；所述腿部机构包括第一连架杆、第二连架杆、第三连架杆和第四连架杆；

所述第一连架杆的一端活动安装于第二轴杆上，所述第一连架杆另一端活动安装于第四连架杆上；所述第二连架杆的一端活动安装于位于下方的第一轴杆上，所述第二连架杆的另一端活动安装于第一连架杆上；所述第三连架杆的一端活动安装于位于上方的第一轴杆上，所述第三连架杆的另一端活动安装于第四连架杆上；所述第四连架杆的上端与第三连架杆活动连接，所述第四连架杆的中部与第一连架杆活动连接，所述第四连架杆的另一端固定有脚架。

进一步地，四根所述第一轴杆分别贯穿固定于两块方形框的四个顶角处。

进一步地，两根所述竖梁均布于方形框上。

进一步地，所述从动轴杆通过轴承贯穿安装于竖梁上。

进一步地，所述安装板位于方形框的上端且处于两根竖梁之间。

进一步地，所述主动轴杆通过轴承贯穿安装于安装板上。

进一步地，所述安装圆盘位于方形框的外侧。

进一步地，位于左侧所述从动轴杆上的两个安装圆盘上的第二轴杆为第二轴杆，位于右侧所述从动轴杆上的两个安装圆盘上的第二轴杆为第二轴杆，左侧所述安装圆盘表面和右侧安装圆盘表面的两个圆心之间的中点为点A，所述第二轴杆和第二轴杆关于点A成中心对称。

进一步地，所述脚架采用胶合苯乙烯材料制备而成。

进一步地，所述第一连架杆、第二连架杆、第三连架杆和第四连架杆、第一轴杆之间的活动连接方式均采用铰链连接。

本发明的有益效果：

本发明的结构简单、易于操作，通过齿轮啮合传动以及连杆机制的应用，实现蜘蛛式行走；单条足部结构采用四个连架杆机构模型，四根连架杆部件之间用铰链连接，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；同时，本发明的腿部机构采用四条足部结构，结构更加简单、实用性更强，使用范围广。

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机构的结构示意图；

图2为本发明一种机器人行走机构的支撑框体的结构示意图；

图3为本发明一种机器人行走机构的局部结构示意图；

图4为本发明一种机器人行走机构的局部结构示意图；

图5为本发明一种机器人行走机构的局部结构示意图。

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。

一种机器人行走机构，如图1所示，包括支撑框体1、联动机构2和腿部机构3，联动机构2安装于支撑框体1上，四个腿部机构3对称设置于支撑框体1 上；

如图2所示，支撑框体1包括两块平行设置的方形框11，两块方形框11之间通过第一轴杆12连接固定，四根第一轴杆12分别贯穿固定于两块方形框11 的四个顶角处；方形框11的框内固定有两根竖梁13，两根竖梁13沿竖直方向设置，两根竖梁13均布于方形框11上，位于前、后两块方形框11上的竖梁13 之间垂直安装有从动轴杆14，从动轴杆14通过轴承贯穿安装于竖梁13上；方形框11的表面固定有安装板15，安装板15位于方形框11的上端且处于两根竖梁13之间，位于前、后两块方形框11上的两块安装板15之间垂直安装有主动轴杆16，主动轴杆16通过轴承贯穿安装于安装板15上，主动轴杆16连接有电机，电机驱动主动轴杆16旋转；

如图3所示，联动机构2包括主动齿轮21、两个从动齿轮22和四个安装圆盘23；

主动齿轮21固定于主动轴杆16上，两个从动齿轮22分别固定于两个从动轴杆14上，主动齿轮21与从动齿轮22啮合；

四个安装圆盘23分别固定于两个从动轴杆14的两端，安装圆盘23位于方形框11的外侧，安装圆盘23的表面固定有第二轴杆2301，第二轴杆2301位于安装圆盘23的表面边缘处；其中，如图4所示，左侧从动轴杆14上的两个安装圆盘23上的第二轴杆2301设为第二轴杆2301a，右侧从动轴杆14上的两个安装圆盘23上的第二轴杆2301设为第二轴杆2301b，左侧安装圆盘23表面和右侧安装圆盘23表面的两个圆心之间的中点为点A，第二轴杆2301a和第二轴杆2301b关于点A成中心对称；

如图5所示，四个腿部机构3分别安装于安装圆盘23上；腿部机构3包括第一连架杆31、第二连架杆32、第三连架杆33和第四连架杆34；

第一连架杆31的一端活动安装于第二轴杆2301上，另一端活动安装于第四连架杆34上；第二连架杆32的一端活动安装于位于下方的第一轴杆12上，第二连架杆32的另一端活动安装于第一连架杆31上；第三连架杆33的一端活动安装于位于上方的第一轴杆12上，另一端活动安装于第四连架杆34上；第四连架杆34的上端与第三连架杆33活动连接，中部与第一连架杆31活动连接，第四连架杆34的另一端固定有脚架35，脚架35采用碳纤维复合材料制备而成；第一连架杆31、第二连架杆32、第三连架杆33和第四连架杆34、第一轴杆12之间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16连接有电机，电机驱动主动轴杆16 旋转，固定于主动轴杆16上的主动齿轮21旋转，通过主动齿轮21与两侧的从动齿轮22啮合传动(主动齿轮处于中间位置，位于两侧的从动齿轮在啮合传动作用下，做同向同速旋转运动)，两个从动齿轮22同向同速旋转，从动齿轮22 是固定于从动轴杆14上的，安装圆盘23是固定于从动轴杆14的两端的，故而带动安装圆盘23旋转，安装圆盘23旋转的过程中，通过第一连架杆31在第二轴杆2301的带动下，向侧方推、拉第四连架杆34，如此交替循环；同时，第二轴杆2301a和第二轴杆2301b关于点A成中心对称(这个的实现过程为：在将安装圆盘23固定于从动轴杆14上时，左侧安装圆盘23上的第二轴杆2301a与左侧安装圆盘23的圆心在同一竖直线上且位于圆心正上方，右侧安装圆盘23 上的第二轴杆2301b与安装圆盘23的圆心在同一竖直线上且位于圆心正下方)，两个安装圆盘23是同向同速旋转，故而在旋转过程中，第二轴杆2301a和第二轴杆2301b始终保持关于点A中心对称，故而，左侧第一连架杆31在向外侧推第四连架杆34时，右侧第一连架杆31是向里侧拉第四连架杆34，一边推，一边啦，如此交替循环，实现蜘蛛式行走；本发明的结构简单、易于操作，通过齿轮啮合传动以及连杆机制的应用，实现蜘蛛式行走；单条足部结构采用四个连架杆机构模型，四根连架杆部件之间用铰链连接，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；同时，本发明的腿部机构采用四条足部结构，结构更加简单、实用性更强，使用范围广。

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)

1.一种机器人行走机构，其特征在于，包括支撑框体（1）、联动机构（2）和腿部机构（3），所述联动机构（2）安装于支撑框体（1）上，四个所述腿部机构（3）对称设置于支撑框体（1）上；

所述支撑框体（1）包括两块平行设置的方形框（11），两块所述方形框（11）之间通过第一轴杆（12）连接固定；所述方形框（11）的框内固定有两根竖梁（13），两根所述竖梁（13）沿竖直方向设置，位于前、后两块所述方形框（11）上的竖梁（13）之间垂直安装有从动轴杆（14），所述方形框（11）的表面固定有安装板（15），位于前、后两块所述方形框（11）上的两块安装板（15）之间垂直安装有主动轴杆（16）；

所述联动机构（2）包括主动齿轮（21）、两个从动齿轮（22）和四个安装圆盘（23）；

所述主动齿轮（21）固定于主动轴杆（16）上，两个所述从动齿轮（22）分别固定于两个从动轴杆（14）上，所述主动齿轮（21）与从动齿轮（22）啮合；

四个所述安装圆盘（23）分别固定于两个从动轴杆（14）的两端，所述安装圆盘（23）的表面固定有第二轴杆（2301），所述第二轴杆（2301）位于安装圆盘（23）的表面边缘处；

四个所述腿部机构（3）分别安装于安装圆盘（23）上；所述腿部机构（3）包括第一连架杆（31）、第二连架杆（32）、第三连架杆（33）和第四连架杆（34）；

所述第一连架杆（31）的一端活动安装于第二轴杆（2301）上，所述第一连架杆（31）另一端活动安装于第四连架杆（34）上；所述第二连架杆（32）的一端活动安装于位于下方的第一轴杆（12）上，所述第二连架杆（32）的另一端活动安装于第一连架杆（31）上；所述第三连架杆（33）的一端活动安装于位于上方的第一轴杆（12）上，所述第三连架杆（33）的另一端活动安装于第四连架杆（34）上；所述第四连架杆（34）的上端与第三连架杆（33）活动连接，所述第四连架杆（34）的中部与第一连架杆（31）活动连接，所述第四连架杆（34）的另一端固定有脚架（35）。

2.根据权利要求1所述的一种机器人行走机构，其特征在于，四根所述第一轴杆（12）分别贯穿固定于两块方形框（11）的四个顶角处。

3.根据权利要求1所述的一种机器人行走机构，其特征在于，两根所述竖梁（13）均布于方形框（11）上。

4.根据权利要求1所述的一种机器人行走机构，其特征在于，所述从动轴杆（14）通过轴承贯穿安装于竖梁（13）上。

5.根据权利要求1所述的一种机器人行走机构，其特征在于，所述安装板（15）位于方形框（11）的上端且处于两根竖梁（13）之间。

6.根据权利要求1所述的一种机器人行走机构，其特征在于，所述主动轴杆（16）通过轴承贯穿安装于安装板（15）上。

7.根据权利要求1所述的一种机器人行走机构，其特征在于，所述安装圆盘（23）位于方形框（11）的外侧。

8.根据权利要求1所述的一种机器人行走机构，其特征在于，位于左侧所述从动轴杆（14）上的两个安装圆盘（23）上的第二轴杆（2301）为第二轴杆（2301a），位于右侧所述从动轴杆（14）上的两个安装圆盘（23）上的第二轴杆（2301）为第二轴杆（2301b），左侧所述安装圆盘（23）表面和右侧安装圆盘（23）表面的两个圆心之间的中点为点A，所述第二轴杆（2301a）和第二轴杆（2301b）关于点A成中心对称。

9.根据权利要求1所述的一种机器人行走机构，其特征在于，所述脚架（35）采用胶合苯乙烯材料制备而成。

10.根据权利要求1所述的一种机器人行走机构，其特征在于，所述第一连架杆（31）、第二连架杆（32）、第三连架杆（33）和第四连架杆（34）、第一轴杆（12）之间的活动连接方式均采用铰链连接。