CN108639180B - 一种三腿节腿部结构及四足机器人 - Google Patents

一种三腿节腿部结构及四足机器人 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种三腿节腿部结构及四足机器人，涉及四足机器人技术领域，三腿节腿部结构包括侧摆关节模块、髋关节模块和膝关节模块，侧摆关节模块中侧摆电机的输出轴与侧摆轴固定连接；髋关节模块中第一髋关节连接件一端与侧摆轴固定连接，另一端固定髋关节电机，髋关节电机安装于第二髋关节连接件和第三髋关节连接件之间；膝关节模块固定于髋关节模块上，膝关节电机固定于大腿外壳内，通过主动锥齿轮与固定于小腿组件上第一从动锥齿轮啮合，膝关节轴的两端穿过小腿组件并在大腿外壳上形成绕膝关节轴轴线的转动连接。本发明的三腿节腿部结构及四足机器人，在保证其基本运动的同时，充分减小腿部结构的空间体积，机械结构紧凑，空间布局合理。

Description

一种三腿节腿部结构及四足机器人
技术领域
本发明涉及四足机器人技术领域，特别是涉及一种三腿节腿部结构及四足机器人。
背景技术
自然界中的大型陆生动物大多为四足动物，无论在峭壁、丘陵、草原，还是沙漠，总能见到四足动物矫健的身影，这充分表明了物竞天择、自然进化对四足移动方式的肯定。四足机器人以四足动物为仿生对象，具有像四足动物那样灵活运动的潜在能力，既有比双足机器人更好的稳定性，又有比六足机器人更简单的机构，是一种灵活性、机动性、实用性、推广性兼具的移动机器人。几十年来，国内外学者对四足机器人的运动规律进行了深入研究并设计出多种四足机器人。这些四足机器人的腿部结构往往采用二腿节或三腿节形式布置，相对说来，采用三腿节腿部结构的四足机器人步态选择余地大，灵活性好，有其可取之处。但常规的三腿节布置方式，容易导致四足机器人腿部结构庞大、复杂，难以驱动与控制，直接影响了四足机器人的整体运动性能。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种三腿节腿部结构及四足机器人，在保证其基本运动的同时，充分减小腿部结构的空间体积，机械结构紧凑，空间布局合理。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种三腿节腿部结构，包括侧摆关节模块、髋关节模块和膝关节模块，所述侧摆关节模块包括侧摆电机和侧摆轴，所述侧摆电机的输出轴与所述侧摆轴固定连接；所述髋关节模块包括髋关节电机、第一髋关节连接件、第二髋关节连接件和第三髋关节连接件，所述第一髋关节连接件一端与所述侧摆轴固定连接，所述第一髋关节连接件另一端固定所述髋关节电机，所述髋关节电机的输出轴与所述第三髋关节连接件的一端固定连接，所述髋关节电机和所述第二髋关节连接件的一端形成绕所述髋关节电机的输出轴轴线的转动连接，所述第二髋关节连接件的另一端和所述第三髋关节连接件的另一端固定连接；所述膝关节模块包括膝关节电机、大腿外壳、主动锥齿轮、第一从动锥齿轮、膝关节轴和小腿组件，所述大腿外壳固定于所述第二髋关节连接件和所述第三髋关节连接件上，所述膝关节电机固定于所述大腿外壳内，所述膝关节电机的输出轴连接所述主动锥齿轮，所述主动锥齿轮与所述第一从动锥齿轮啮合，所述第一从动锥齿轮套设于所述膝关节轴外且固定连接于所述小腿组件上，且所述膝关节轴的两端穿过所述小腿组件并在所述大腿外壳上形成绕所述膝关节轴轴线的转动连接。
优选地，所述侧摆关节模块还包括第一侧摆连接件、第二侧摆连接件、第一轴承和第一轴承端盖，所述第一侧摆连接件固定套设于所述侧摆电机外部，所述侧摆轴远离所述侧摆电机的一端固定有所述第一轴承，通过所述第一轴承端盖将所述第一轴承固定于所述第二侧摆连接件上。
优选地，所述侧摆关节模块还包括第三侧摆连接件、第二轴承和第二轴承端盖，所述侧摆轴靠近所述侧摆电机的一端固定有所述第二轴承，通过所述第二轴承端盖将所述第二轴承固定于所述第三侧摆连接件上。
优选地，所述第一髋关节连接件一端设置有安装孔，所述侧摆轴穿过所述安装孔固定套设于所述第一髋关节连接件内。
优选地，所述大腿外壳包括第一大腿外壳和第二大腿外壳，所述第一大腿外壳与所述第二髋关节连接件固定连接，所述第二大腿外壳与所述第三髋关节连接件固定连接，所述第一大腿外壳与所述第二大腿外壳固定连接。
优选地，所述膝关节模块还包括第二从动锥齿轮，所述第二从动锥齿轮自由套设于所述膝关节轴上，所述第二从动锥齿轮和所述第一从动锥齿轮相对于所述主动锥齿轮的轴线对称设置。
本发明还提供一种四足机器人，包括所述三腿节腿部结构及机身，所述三腿节腿部结构设置为四个且分别固定于所述机身左前部、左后部、右前部和右后部。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明的三腿节腿部结构及四足机器人，关节电机直接作用于关节部位，小型高效，能够在满足四足机器人运动需求的同时，使腿部结构更加紧凑，充分减小关节电机在四足机器人腿部结构中占据的空间体积，同时不影响电机的正常工作，最大程度地优化了四足机器人腿部的空间构型形式，增大了腿部关节的运动范围，使得四足机器人腿部运动更加灵活，更加适用于四足机器人在非结构化地形下的运动要求，能够适应更加复杂的地形环境。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明四足机器人的整体结构示意图；
图2为本发明三腿节腿部结构的整体结构示意图；
图3为本发明侧摆关节模块的结构示意图；
图4为本发明髋关节模块的结构示意图；
图5为本发明膝关节模块的结构示意图；
图6为本发明膝关节电机和锥齿轮传动布局示意图。
附图标记说明：1、侧摆电机；2、侧摆轴；3、第一侧摆连接件；4、第二侧摆连接件；5、第三侧摆连接件；6、第一轴承端盖；7、第二轴承；8、第二轴承端盖；9、髋关节电机；10、第一髋关节连接件；11、第二髋关节连接；12、第三髋关节连接件；13、膝关节电机；14、第一大腿外壳；15、第二大腿外壳；16、主动锥齿轮；17、第一从动锥齿轮；18、第二从动锥齿轮；19、膝关节轴；20、小腿组件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图2-6所示，本实施例提供一种三腿节腿部结构，包括侧摆关节模块、髋关节模块和膝关节模块，侧摆关节模块包括侧摆电机1和侧摆轴2，侧摆电机1的输出轴与侧摆轴2固定连接；髋关节模块包括髋关节电机9、第一髋关节连接件10、第二髋关节连接件11和第三髋关节连接件12，第二髋关节连接件11和第三髋关节连接件12为L型部件，第一髋关节连接件10一端与侧摆轴2固定连接，第一髋关节连接件10另一端固定髋关节电机9，髋关节电机9的输出轴与第三髋关节连接件12的一端固定连接，髋关节电机9和第二髋关节连接件11的一端形成绕髋关节电机9的输出轴轴线的转动连接，第二髋关节连接件11的另一端和第三髋关节连接件12的另一端固定连接，通过将髋关节电机9固定于第一髋关节连接件10内且使其位于第二髋关节连接件11和第三髋关节连接件12之间，减小髋关节电机9在髋关节模块中占据的空间体积，使得髋关节模块更加紧凑；膝关节模块包括膝关节电机13、大腿外壳、主动锥齿轮16、第一从动锥齿轮17、膝关节轴19和小腿组件20，大腿外壳固定于第二髋关节连接件11和第三髋关节连接件12上，膝关节电机13固定于大腿外壳内，进而减小膝关节电机13在膝关节模块中占据的空间体积，使得膝关节模块更加紧凑，膝关节电机13的输出轴连接主动锥齿轮16，主动锥齿轮16与第一从动锥齿轮17啮合，第一从动锥齿轮17套设于膝关节轴19外且固定连接于小腿组件20上，且膝关节轴19的两端穿过小腿组件20并在大腿外壳上形成绕膝关节轴19轴线的转动连接，通过设置主动锥齿轮16和第一从动锥齿轮17传递膝关节电机13输出的动力，改变输出力的方向，实现小腿组件20的转动。
为了对侧摆关节模块进行固定，侧摆关节模块还包括第一侧摆连接件3、第二侧摆连接件4、第一轴承和第一轴承端盖6，第一侧摆连接件3固定套设于侧摆电机1外部，侧摆轴2远离侧摆电机1的一端固定有第一轴承，通过第一轴承端盖6将第一轴承固定于第二侧摆连接件4上。通过将第一侧摆连接件3和第二侧摆连接件4固定于机身上对侧摆关节模块进行固定。
为了更好地对侧摆轴2进行支撑及固定，侧摆关节模块还包括第三侧摆连接件5、第二轴承7和第二轴承端盖8，侧摆轴2靠近侧摆电机1的一端固定有第二轴承7，通过第二轴承端盖8将第二轴承7固定于第三侧摆连接件5上，第三侧摆连接件5用于与机身进行固定连接。
侧摆关节模块设置有侧摆轴2、第一轴承、第一轴承端盖6、第二轴承7和第二轴承端盖，通过设置侧摆轴2进行传动，并设置第一轴承、第一轴承端盖6、第二轴承7和第二轴承端盖8对侧摆轴进行支撑固定，由此减小侧摆电机1的压力，利于动力传递并提高传动效率。
具体地，第一髋关节连接件10一端设置有安装孔，侧摆轴2穿过安装孔固定套设于第一髋关节连接件10内。
为了便于对膝关节电机13和小腿组件20进行安装，将大腿外壳设置为分体式结构，大腿外壳包括第一大腿外壳14和第二大腿外壳15，第一大腿外壳14与第二髋关节连接件11固定连接，第二大腿外壳15与第三髋关节连接件12固定连接，第一大腿外壳14与第二大腿外壳15固定连接。
为了增强主动锥齿轮16与第一从动锥齿轮17之间传动过程的稳定性，膝关节模块还设置有第二从动锥齿轮18，第二从动锥齿轮18自由套设于膝关节轴19上，第二从动锥齿轮18和第一从动锥齿轮17相对于主动锥齿轮16的轴线对称设置。
如图1所示，本实施例还提供一种四足机器人，包括三腿节腿部结构及机身，三腿节腿部结构设置为四个且分别固定于机身左前部、左后部、右前部和右后部。
本实施例的三腿节腿部结构及四足机器人，关节电机直接作用于关节部位，小型高效，能够在满足四足机器人运动需求的同时，使腿部结构更加紧凑，充分减小了关节电机在四足机器人腿部结构中占据的空间体积，同时不影响电机的正常工作，最大程度地优化了四足机器人腿部的空间构型形式，增大了腿部关节的运动范围，使得四足机器人腿部运动更加灵活，更加适用于四足机器人在非结构化地形下的运动要求，能够适应更加复杂的地形环境。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种三腿节腿部结构，其特征在于，包括侧摆关节模块、髋关节模块和膝关节模块，所述侧摆关节模块包括侧摆电机和侧摆轴，所述侧摆电机的输出轴与所述侧摆轴固定连接；所述髋关节模块包括髋关节电机、第一髋关节连接件、第二髋关节连接件和第三髋关节连接件，所述第一髋关节连接件一端与所述侧摆轴固定连接，所述第一髋关节连接件另一端固定所述髋关节电机，所述髋关节电机的输出轴与所述第三髋关节连接件的一端固定连接，所述髋关节电机和所述第二髋关节连接件的一端形成绕所述髋关节电机的输出轴轴线的转动连接，所述第二髋关节连接件的另一端和所述第三髋关节连接件的另一端固定连接；所述膝关节模块包括膝关节电机、大腿外壳、主动锥齿轮、第一从动锥齿轮、膝关节轴和小腿组件，所述大腿外壳固定于所述第二髋关节连接件和所述第三髋关节连接件上，所述膝关节电机固定于所述大腿外壳内，所述膝关节电机的输出轴连接所述主动锥齿轮，所述主动锥齿轮与所述第一从动锥齿轮啮合，所述第一从动锥齿轮套设于所述膝关节轴外且固定连接于所述小腿组件上，且所述膝关节轴的两端穿过所述小腿组件并在所述大腿外壳上形成绕所述膝关节轴轴线的转动连接。
2.根据权利要求1所述的三腿节腿部结构，其特征在于，所述侧摆关节模块还包括第一侧摆连接件、第二侧摆连接件、第一轴承和第一轴承端盖，所述第一侧摆连接件固定套设于所述侧摆电机外部，所述侧摆轴远离所述侧摆电机的一端固定有所述第一轴承，通过所述第一轴承端盖将所述第一轴承固定于所述第二侧摆连接件上。
3.根据权利要求2所述的三腿节腿部结构，其特征在于，所述侧摆关节模块还包括第三侧摆连接件、第二轴承和第二轴承端盖，所述侧摆轴靠近所述侧摆电机的一端固定有所述第二轴承，通过所述第二轴承端盖将所述第二轴承固定于所述第三侧摆连接件上。
4.根据权利要求1所述的三腿节腿部结构，其特征在于，所述第一髋关节连接件一端设置有安装孔，所述侧摆轴穿过所述安装孔固定套设于所述第一髋关节连接件内。
5.根据权利要求1所述的三腿节腿部结构，其特征在于，所述大腿外壳包括第一大腿外壳和第二大腿外壳，所述第一大腿外壳与所述第二髋关节连接件固定连接，所述第二大腿外壳与所述第三髋关节连接件固定连接，所述第一大腿外壳与所述第二大腿外壳固定连接。
6.根据权利要求1所述的三腿节腿部结构，其特征在于，所述膝关节模块还包括第二从动锥齿轮，所述第二从动锥齿轮自由套设于所述膝关节轴上，所述第二从动锥齿轮和所述第一从动锥齿轮相对于所述主动锥齿轮的轴线对称设置。
7.一种四足机器人，其特征在于，包括如权利要求1-6中任一项所述的三腿节腿部结构及机身，所述三腿节腿部结构设置为四个且分别固定于所述机身左前部、左后部、右前部和右后部。
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