CN108639184A - 一种新型仿生关节机械腿 - Google Patents
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Abstract
一种新型仿生关节机械腿,包括驱动部分和行走部分,驱动部分由驱动器和支架组成,驱动器为圆柱体结构,横向放置在支架后端开口驱动器支座上,驱动器两端设置有小轮,小轮与大腿一连接;行走部分由大腿一、大腿二、牵连件一、牵连件二以及足部组成,大腿一、大腿二、牵连件二和小腿以相互的连接孔为支点组成曲柄摇杆机构,大腿二、牵连件一、小腿和足部以相互的连接孔为支点组成曲柄摇杆机构。本发明整体性好、传力明确、仿生效果理想、灵活性能优越、轻便、结构简单独特、稳定性高、经济效果好、驱动力需求小、能耗低,应用范围广。对仿生机器人的设计和应用具有理论意义和实用价值,同时提高了社会生产效率,为我国机器人事业发展助力。
Description
技术领域
本发明涉及拟人机器人运动控制领域,特别是涉及一种新型仿生关节机械腿。
背景技术
我国机器人产业正处于高速发展期,市场对机器人的需求持续增长,对于机器人的设计尤为迫切,对于仿生机器人的需求更是如此。仿生机器人是仿生学与机构学的完美结合与应用,涉及到力学、机构学、仿生学等诸多学科,以实际应用为目的的第四代机器人,通常包括有拟人机器人、步行机器人等。
仿生机械腿是拟人机器人的重要支撑部分,通过一系列的连杆和相应的运动副组成,实现复杂的运动,进而完成规划的动作,是拟人机器人保持平衡的基础,并且是提高拟人机器人运动速度的关键。长期的科学实验和工程实践结果表明,机械结构中采用仿生机械腿可以取得十分明显的效益,同时也达到了机器与人的完美融合。
目前国内外对仿生机械腿的研究,无论采用串联结构还是并联结构,都有着仿生效果不理想、灵活性能不优越、笨重、驱动力需求大、结构复杂、美观性不高、平衡性能差、行走速度慢的问题。
发明内容
为了解决上述存在的技术问题,本发明提供一种可模仿人类走路关节运动,平衡性好,利于奔跑的一种新型仿生关节机械腿。
为实现上述目的,提供技术方案如下:
一种新型仿生关节机械腿,包括驱动部分和行走部分,驱动部分由驱动器和支架组成,驱动器为圆柱体结构,横向放置在支架后端开口驱动器支座上,驱动器两端设置有小轮,小轮与大腿一连接;行走部分由大腿一、大腿二、牵连件一、牵连件二以及足部组成,大腿一、大腿二、牵连件二和小腿以相互的连接孔为支点组成曲柄摇杆机构,大腿二、牵连件一、小腿和足部以相互的连接孔为支点组成双摇杆机构。
驱动器轴向贯穿设置有驱动轴,驱动轴贯穿小轮圆心处的小轮内孔与其连接。
小轮还设置有小轮外孔,小轮外孔与大腿一连接做定轴转动。
小腿为三角形结构,三个顶点设置有连接孔。
足部为J形结构。
驱动器支座为带有开口的半圆形结构。
大腿一设置有3个以上连接孔。
大腿二设置有4个以上连接孔。
足部设置有2个以上连接孔。
部件采用镂空结构。
机械腿整体为模拟人类走路关节的双对称结构, 大大增加了其平衡性能, 在功能上能实现膝关节和踝关节的运动,和人类运动原理更加相似;在外观上仿生效果好,具有完整的类似人腿的结构;在部件设计上,采用镂空设计,减少重量节约材料;在部件连接上,采用销轴和轴承的结合大大减少了运动过程中的摩擦,使动作更加连贯省力。支架架起驱动器并与腿部连接,是整个机械腿的主体,相当于人类的腰部,具有连接下肢和承载上肢的作用;驱动器等固定件靠近机械腿腰部,使得腿部运动时能够减少固定件产生的力矩和运动惯性;驱动器通过驱动轴与小轮连接,通过大腿一将小轮和大腿二连接起来,大腿一、大腿二、牵连件二和小腿组成曲柄摇杆机构,大腿二、牵连件一、小腿和足部组成双摇杆机构;驱动器带动小轮做定轴转动,小轮带动大腿一,利用曲柄摇杆机构把旋转运动变成往复运动,进而使大腿二做前后摆动,大腿二与三角形结构的小腿连接,小腿与J型结构的足部连接,利用双摇杆机构作用,使之能承受较大的水平力,而且一个构件运动即可带动其他构件运动,在保证其完成腿部运动的前提下又限制其自由度,使之完成规范运动,对腿部整体结构起到了稳定平衡的作用。整体的串联机构使动作连贯,用较小驱动力获得较大的冲程,达到省力降低能耗的目的。
本发明的有益效果:整体性好、传力明确、仿生效果理想、灵活性能优越、轻便、结构简单独特、稳定性高、经济效果好、驱动力需求小、能耗低,应用范围广。对仿生机器人的设计和应用具有理论意义和实用价值,同时提高了社会生产效率,为我国机器人事业发展助力。
附图说明
图1为本发明整体示意图;
图2为支架结构示意图;
图3为大腿一结构示意图;
图4为大腿二结构示意图;
图5为足部结构示意图;
图6为小腿结构示意图;
图7为牵连件一结构示意图;
图8为牵连件二结构示意图;
图9为小轮结构示意图;
图中,1、驱动器,2、支架,21、支架孔,22、驱动器支座,3、大腿一,31、大腿一小轮孔,32、大腿一牵引孔,33,大腿一连接孔,4、大腿二,41、大腿二支架孔,42、大腿二连接孔,43、大腿二牵引孔,44、大腿二小腿孔,5、足部,51、足部牵引孔;52、足部小腿孔,61、小腿足部孔,62、小腿牵引孔,63、小腿大腿孔,6、小腿,7、牵连件一,8、牵连件二,9、小轮,91、小轮外孔,92、小轮内孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述:
实施例1
如图1和图9所示,驱动器1为圆柱体内部安装有电机和控制板,两端设置有小轮9,小轮9为圆盘状结构,是连接电机与腿部的连接装置,电机通过驱动轴带动小轮9做定轴转动,圆心处的小轮内孔92是连接电机装置的驱动轴,小轮外孔91与大腿一小轮孔31活动连接。
如图2所示,支架2是架起驱动器1和连接大腿二4的装置,后端的半圆形开口驱动器支座22架起放置有驱动器1,支架孔21与大腿二支架孔41活动连接。
如图3所示,大腿一3作为连接小轮9与大腿二4的装置,上段的大腿一小轮孔31与小轮外孔91活动连接,中段的大腿一牵引孔32与牵连件二8一端活动连接,下段的大腿一连接孔33与大腿二连接孔42活动连接。
如图4所示,大腿二4是机械腿重要部件,所连接的部件最多,依次设置有4个连接孔。上段的大腿二支架孔41与支架孔21活动连接,大腿二连接孔42与大腿一连接孔33活动连接,中段的大腿二牵引孔43与牵连件一7一端活动连接,下段的大腿二小腿孔44与小腿大腿孔63活动连接。
如图5所示,足部5采用J形结构,可模拟人脚的能量和吸震区,运动时会根据步幅的阶段(如落地、脚尖离地等)产生能量,足部5弯曲呈C形部分能增加能量的回弹和后蹬的前驱力。J形结构大大增强了机械腿的灵活性和弹跳性,不会出现笨重情况。而且该结构减少了每步的弹起,提高了控制力和效率,使得机械腿更容易被控制,奔跑速度加快;足部5的足部牵引孔51与一7一端活动连接,足部小腿孔52与小腿足部孔61活动连接。
如图6所示,小腿6位于机械腿的下方,需要承受上方大量的重量,所以选择三角形结构,稳固性好,承重大,3个顶点设有三个连接孔, 其中小腿足部孔61与足部小腿孔52活动连接,小腿牵引孔62与牵连件二8一端活动连接,小腿大腿孔63与大腿二小腿孔44活动连接。
如图7和图8所示,牵连件一7两端设有连接孔,分别与足部牵引孔51和大腿二牵引孔43活动连接;牵连件二8两端设有连接孔,分别与大腿一牵引孔32和小腿牵引孔62活动连接。
当机械腿工作时,驱动器中的电机转动,通过驱动轴使小轮9与电机一起转动,并且带动大腿一3随其转动,进而使与大腿一3相连的大腿二4,做前后摆动。这一过程运用了曲柄摇杆机构使旋转运动转换成往复运动,实现了增力功能。大腿二4再带动小腿6,小腿6带动足部5进行一系列连贯运动,从而使机械腿实现步行、跑步等运动。
可以理解的是,以上关于本发明的具体描述,仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案,本领域的普通技术人员应当理解,仍然可以对本发明进行修改或等同替换,以达到相同的技术效果;只要满足使用需要,都在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种新型仿生关节机械腿,包括驱动部分和行走部分,其特征在于:所述驱动部分由驱动器(1)和支架(2)组成,驱动器(1)为圆柱体结构,横向放置在支架(2)后端开口驱动器支座(22)上,驱动器(1)两端设置有小轮(9),小轮(9)与大腿一(3)连接;所述行走部分由大腿一(3)、大腿二(4)、牵连件一(7)、牵连件二(8)以及足部(5)组成,大腿一(3)、大腿二(4)、牵连件二(8)和小腿(6)以相互的连接孔为支点组成曲柄摇杆机构,大腿二(4)、牵连件一(7)、小腿(6)和足部(5)以相互的连接孔为支点组成双摇杆机构。
2.根据权利要求1所述的一种新型仿生关节机械腿,其特征在于驱动器(1)轴向贯穿设置有驱动轴,驱动轴贯穿小轮(9)圆心处的小轮内孔(92)与其连接。
3.根据权利要求1和2所述的一种新型仿生关节机械腿,其特征在于小轮(9)还设置有小轮外孔(91),小轮外孔(91)与大腿一(3)连接做定轴转动。
4.根据权利要求1所述的一种新型仿生关节机械腿,其特征在于小腿(6)为三角形结构,3个顶点分别设置有连接孔。
5.根据权利要求1所述的一种新型仿生关节机械腿,其特征在于足部(5)为J形结构。
6.根据权利要求1所述的一种新型仿生关节机械腿,其特征在于驱动器支座(22)为带有开口的半圆形结构。
7.根据权利要求1或3所述的一种新型仿生关节机械腿,其特征在于大腿一(3)设置有3个以上连接孔。
8.根据权利要求1所述的一种新型仿生关节机械腿,其特征在于大腿二(4)设置有4个以上连接孔。
9.根据权利要求1所述的一种新型仿生关节机械腿,其特征在于足部(5)设置有2个以上连接孔。
10.根据权利要求1-6所述的一种新型仿生关节机械腿,其特征在于部件采用镂空结构。
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