CN108974173A - 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，其技术方案要点是包括用于与机器人主体相连接的主体支架以及设置于主体支架两侧的行走组件，主体支架上设置传动轴以及第一电机，传动轴的两端均固定连接有第一齿轮，行走组件包括支撑板和底板，支撑板的下端与底板固定连接，支撑板面向主体支架一侧固定连接有第二齿轮，第一齿轮与第二齿轮之间设置有保持两个齿轮啮合状态的第一铰接杆，两个支撑板上的第二齿轮沿传动轴的圆周方向错开设置，支撑板与主体支架之间均设置有用于保持主体支架成竖直状态的第二铰接杆，第一电机带动传动轴旋转状态下，两个行走组件依次交替向前跨越式移动。该机构能够带动机器人在不平整路段、台阶路段或有障碍物的路段行走。

Description

一种机器人行走机构

技术领域

本发明涉及机器人领域，更具体的说是涉及一种机器人行走机构。

背景技术

机器人是按照既定程序，执行相应任务的智能化机械设备。它可以接受人类指挥，可以协助或取代人类的工作，也可以根据以人工智能技术制定的规则来运行，在生产、建筑、服务等行业都可以发挥重要作用。

近年来关于机器人的研究持续火热，机器人技术的发展也十分迅速，然而机器人的移动一直是机器人相关研究的重点和难点，特别是在一些不平整路段、台阶路段以及有障碍物的路段，普通的轮子滚动以及履带滚动已经难以满足要求，因此迫切的需要一种即便在不平整路段、台阶路段或有障碍物的路段依旧能够带动机器人行走的行走机构。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种机器人行走机构，即便在不平整路段、台阶路段或有障碍物的路段，该机构依旧能够带动机器人顺利行走。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种机器人行走机构，包括有用于与机器人主体相连接的主体支架以及设置于主体支架相对两侧的行走组件，所述主体支架上设置有传动轴以及用于带动传动轴旋转的第一电机，所述传动轴与主体支架旋转连接且传动轴的两端均同轴固定连接有第一齿轮，所述行走组件均包括有竖直设置的支撑板以及用于与地面相接触的底板，所述支撑板的下端与底板固定连接，所述支撑板面向主体支架的一侧均固定连接有与第一齿轮相啮合的第二齿轮，所述第一齿轮与第二齿轮之间均设置有于第一齿轮旋转状态下保持两个齿轮啮合状态的第一铰接杆，两个支撑板上的第二齿轮沿传动轴的圆周方向错开设置，所述传动轴旋转状态下通过两个第一齿轮带动两个第二齿轮绕传动轴圆周方向错开旋转，所述支撑板与主体支架之间均设置有用于保持主体支架成竖直状态的第二铰接杆，所述第二铰接杆两端分别与支撑板以及主体支架相铰接，位于主体支架同侧的第一铰接杆与第二铰接杆长度相同且平行设置，所述第一电机带动传动轴旋转状态下，两个行走组件依次交替向前跨越式移动。

作为本发明的进一步改进，所述传动轴设置有两条，两条传动轴平行设置且沿竖直方向排布，所述第一电机同时带动两条传动轴同向旋转，所述第一齿轮、第二齿轮以及第一铰接杆均对应设置有四个，位于主体支架同侧的两个第一铰接杆长度相同且平行设置。

作为本发明的进一步改进，所述第一电机位于两条传动轴之间且所述第一电机的输出轴上固定连接有第三齿轮，所述传动轴的中间均固定连接有与第三齿轮相啮合的第四齿轮，所述第一电机带动第三齿轮旋转状态下，两个第四齿轮带动两个传动轴同向旋转。

作为本发明的进一步改进，所述支撑板沿机器人行进方向的两侧均设置有于机器人倾覆状态下支撑机器人的辅助支撑臂，所述辅助支撑臂的上端均与支撑板相铰接，所述辅助支撑臂与第一铰接杆于翻转状态下所处平面相互平行，所述支撑板上均设置有用于带动辅助支撑臂翻转且能够保持辅助支撑臂翻转位置的翻转驱动组件。

作为本发明的进一步改进，所述翻转驱动组件包括有驱动滑移块，所述驱动滑移块与支撑板滑移连接且滑移方向为竖直方向，所述辅助支撑臂上均设置有滑移槽，所述滑移槽的长度方向与辅助支撑臂的长度方向保持一致，所述驱动滑移块沿机器人行进方向的两侧均设置有能够在滑移槽内滑移的滑移柱，所述滑移柱的外径与滑移槽的槽宽相适配，两个滑移柱之间的距离大于两个辅助支撑臂与支撑板铰接处之间的距离，所述驱动滑移块滑移状态下带动同一支撑板上的两个辅助支撑臂同时翻转，所述翻转驱动组件还包括有旋转连接于支撑板上的驱动丝杆以及带动驱动丝杆旋转的第二电机，所述驱动丝杆的长度方向为竖直方向且驱动丝杆与驱动滑移块相螺接，所述第二电机固定连接于支撑板上且第二电机的输出轴与驱动丝杆相连接，所述第二电机旋转状态下通过驱动丝杆带动驱动滑移块滑移。

作为本发明的进一步改进，所述底板均成“U”形设置且底板的中心与支撑板固定连接，所述底板的“U”形开口均朝向主体支架一侧。

本发明的有益效果：当第一电机旋转时，带动传动轴旋转，所述传动轴两侧的第一齿轮同步旋转，由于第一齿轮均与第二齿轮相啮合且两个第二齿轮沿传动轴的圆周方向错开设置，因此两个第二齿轮通常不会处于同一水平面上，因此通常只有高度较低的第二齿轮所对应的底板与地面相接触，处于低位的第二齿轮保持静止状态，传动轴旋转状态下，第一齿轮绕该第二齿轮旋转使得传动轴以及主体支架均发生移动，同时传动轴带动位于高位的第二齿轮绕第一齿轮旋转至高位的第二齿轮由高位转变为低位，此时该由高位转变为低位的第二齿轮所对应的底板也由悬空状态转变为与地面接触状态，且另一个底板则由与地面接触状态转变为悬空状态，两者不断交替状态下带动主体支架不断移动，且当第一电机的转向改变时，主体支架的移动方向相反，因此该机构能够带动机器人行走，且由于该机构的行走方式为跨越式移动，因此相对于滑移式或滚动式移动而言，其对移动路段的平整度要求低，且其在移动过程中能够越过障碍物、沟壑以及台阶等，因此该机构能够带动机器人在不平整路段、台阶路段或有障碍物的路段行走，显著提高机器人的复杂地形行走能力。

附图说明

图1为一种机器人行走机构的结构示意图；

图2为翻转驱动组件的结构示意图；

图3为驱动滑移块的结构示意图；

图4为底板的结构示意图。

附图标记：1、主体支架；11、传动轴；111、第一齿轮；112、第四齿轮；12、第一电机；121、第三齿轮；2、行走组件；21、支撑板；211、第二齿轮；22、底板；23、第一铰接杆；24、第二铰接杆；25、辅助支撑臂；251、滑移槽；26、翻转驱动组件；261、驱动滑移块；2611、滑移柱；262、驱动丝杆；263、第二电机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

参照图1至4所示，本实施例的一种机器人行走机构，包括有用于与机器人主体相连接的主体支架1以及设置于主体支架1相对两侧的行走组件2，主体支架1上设置有传动轴11以及用于带动传动轴11旋转的第一电机12，传动轴11与主体支架1旋转连接且传动轴11的两端均同轴固定连接有第一齿轮111，行走组件2均包括有竖直设置的支撑板21以及用于与地面相接触的底板22，支撑板21的下端与底板22固定连接，支撑板21面向主体支架1的一侧均固定连接有与第一齿轮111相啮合的第二齿轮211，第一齿轮111与第二齿轮211之间均设置有于第一齿轮111旋转状态下保持两个齿轮啮合状态的第一铰接杆23，两个支撑板21上的第二齿轮211沿传动轴11的圆周方向错开设置，所述传动轴11旋转状态下通过两个第一齿轮111带动两个第二齿轮211绕传动轴11圆周方向错开旋转，支撑板21与主体支架1之间均设置有用于保持主体支架1成竖直状态的第二铰接杆24，第二铰接杆24两端分别与支撑板21以及主体支架1相铰接，位于主体支架1同侧的第一铰接杆23与第二铰接杆24长度相同且平行设置，第一电机12带动传动轴11旋转状态下，两个行走组件2依次交替向前跨越式移动。

底板22可向主体支架1一侧延伸，使得当只有一个支撑板21与地面相接触时，该机器人的重心在水平方向的投影位于支撑板21上，有利于提高机器人行走时的稳定性；第二铰接杆24的设置使得电机不会绕传动轴11翻转，主体支架1能够始终保持竖直状态；当第一电机12旋转时，带动传动轴11旋转，所述传动轴11两侧的第一齿轮111同步旋转，由于第一齿轮111均与第二齿轮211相啮合且两个第二齿轮211沿传动轴11的圆周方向错开设置，因此两个第二齿轮211通常不会处于同一水平面上，因此通常只有高度较低的第二齿轮211所对应的底板22与地面相接触，处于低位的第二齿轮211保持静止状态，传动轴11旋转状态下，第一齿轮111绕该第二齿轮211旋转使得传动轴11以及主体支架1均发生移动，同时传动轴11带动位于高位的第二齿轮211绕第一齿轮111旋转至高位的第二齿轮211由高位转变为低位，此时该由高位转变为低位的第二齿轮211所对应的底板22也由悬空状态转变为与地面接触状态，且另一个底板22则由与地面接触状态转变为悬空状态，两者不断交替状态下带动主体支架1不断移动，且当第一电机12的转向改变时，主体支架1的移动方向相反，因此该机构能够带动机器人行走，且由于该机构的行走方式为跨越式移动，因此相对于滑移式或滚动式移动而言，其对移动路段的平整度要求低，且其在移动过程中能够越过障碍物或越过沟壑，当其行走于台阶路段时，若台阶高度小于底板22的抬高高度且两个底板22能够分别稳定的位于上下两个台阶面上时，该机构能够以位于上方台阶的底板22为支撑带动主体支架1越上台阶，因此该机构能够带动机器人在不平整路段、台阶路段或有障碍物的路段行走，显著提高机器人的复杂地形行走能力。

作为改进的一种具体实施方式，传动轴11设置有两条，两条传动轴11平行设置且沿竖直方向排布，第一电机12同时带动两条传动轴11同向旋转，第一齿轮111、第二齿轮211以及第一铰接杆23均对应设置有四个，位于主体支架1同侧的两个第一铰接杆23长度相同且平行设置。

通过两条传动轴11的设置，使得第一电机12旋转状态下能够通过两个第二齿轮211带动同一行走组件2运动，行走组件2两处同时受力更容易带动行走组件2运动，且驱动力通过两个第一齿轮111与两个第二齿轮211来传动，有利于减小第一齿轮111和第二齿轮211的载荷，提高第一齿轮111与第二齿轮211的使用寿命。

作为改进的一种具体实施方式，第一电机12位于两条传动轴11之间且第一电机12的输出轴上固定连接有第三齿轮121，传动轴11的中间均固定连接有与第三齿轮121相啮合的第四齿轮112，第一电机12带动第三齿轮121旋转状态下，两个第四齿轮112带动两个传动轴11同向旋转。

通过第三齿轮121与两个第四齿轮112同步啮合的设置，实现了第一电机12同步带动两个传动轴11旋转，且由于第三齿轮121位于两个第四齿轮112之间，因此第三齿轮121旋转状态下，两个第四齿轮112同步同向旋转，该结构简单实用，便于加工，生产成本低。

作为改进的一种具体实施方式，支撑板21沿机器人行进方向的两侧均设置有于机器人倾覆状态下支撑机器人的辅助支撑臂25，辅助支撑臂25的上端均与支撑板21相铰接，辅助支撑臂25与第一铰接杆23于翻转状态下所处平面相互平行，支撑板21上均设置有用于带动辅助支撑臂25翻转且能够保持辅助支撑臂25翻转位置的翻转驱动组件26。

当机器人在不平整的路段移动时，人们可通过翻转驱动组件26来带动辅助支撑臂25翻转，当两个辅助支撑臂25绕上端翻转完成至与支撑板21成适宜角度后，在对辅助支撑臂25的位置进行定位，通过辅助支撑臂25的设置，当四个辅助支撑臂25均翻转完成后，若该机器人沿行进方向发生倾倒时，辅助支撑臂25在机器人倾倒时与地面相抵接以支撑机器人，避免机器人继续倾倒导致机器人内部零件以损坏，当机器人在较平缓的路段行进时，可通过翻转驱动组件26将辅助支撑臂25翻转回竖直状态，以减小该机构所占空间。

作为改进的一种具体实施方式，翻转驱动组件26包括有驱动滑移块261，驱动滑移块261与支撑板21滑移连接且滑移方向为竖直方向，辅助支撑臂25上均设置有滑移槽251，滑移槽251的长度方向与辅助支撑臂25的长度方向保持一致，驱动滑移块261沿机器人行进方向的两侧均设置有能够在滑移槽251内滑移的滑移柱2611，滑移柱2611的外径等于或略小于滑移槽251的槽宽，两个滑移柱2611之间的距离大于两个辅助支撑臂25与支撑板21铰接处之间的距离，驱动滑移块261滑移状态下带动同一支撑板21上的两个辅助支撑臂25同时翻转，翻转驱动组件26还包括有旋转连接于支撑板21上的驱动丝杆262以及带动驱动丝杆262旋转的第二电机263，驱动丝杆262的长度方向为竖直方向且驱动丝杆262与驱动滑移块261相螺接，第二电机263固定连接于支撑板21上且第二电机263的输出轴与驱动丝杆262相连接，第二电机263旋转状态下通过驱动丝杆262带动驱动滑移块261滑移。

当第二电机263旋转带动驱动丝杆262旋转状态下，驱动丝杆262带动驱动滑移块261滑移，当滑移块向上滑移不断靠近辅助支撑臂25与支撑板21之间的铰接处时，两个滑移柱2611分别在两个滑移槽251内滑移，由于两个滑移柱2611之间的距离大于两个辅助支撑臂25与支撑板21铰接处之间的距离，因此两个辅助支撑臂25不断翻转，当两个辅助支撑臂25翻转到指定位置时，电机停止，由于丝杆的自锁作用，以及滑移槽251槽壁对滑移柱2611的限位作用，两个辅助支撑臂25将保持翻转位置不变，通过驱动滑移块261、滑移柱2611、滑移槽251、驱动丝杆262以及第二电机263的设置，实现了带动辅助支撑臂25翻转且保持辅助支撑臂25翻转位置的作用，且该结构简单实用、便于加工且操作简单。

作为改进的一种具体实施方式，底板22均成“U”形设置且底板22的中心与支撑板21固定连接，底板22的“U”形开口均朝向主体支架1一侧。

底板22的两端应保持一定的距离且两端均向对面的支撑板21延伸；将底板22设置为“U”形有利于在减小底板22与地面接触面积的情况下增大该机构的稳定性，使得该机构不易倾倒导致机构内部零件损坏。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种机器人行走机构，其特征在于：包括有用于与机器人主体相连接的主体支架(1)以及设置于主体支架(1)相对两侧的行走组件(2)，所述主体支架(1)上设置有传动轴(11)以及用于带动传动轴(11)旋转的第一电机(12)，所述传动轴(11)与主体支架(1)旋转连接且传动轴(11)的两端均同轴固定连接有第一齿轮(111)，所述行走组件(2)均包括有竖直设置的支撑板(21)以及用于与地面相接触的底板(22)，所述支撑板(21)的下端与底板(22)固定连接，所述支撑板(21)面向主体支架(1)的一侧均固定连接有与第一齿轮(111)相啮合的第二齿轮(211)，所述第一齿轮(111)与第二齿轮(211)之间均设置有于第一齿轮(111)旋转状态下保持两个齿轮啮合状态的第一铰接杆(23)，两个支撑板(21)上的第二齿轮(211)沿传动轴(11)的圆周方向错开设置，所述传动轴(11)旋转状态下通过两个第一齿轮(111)带动两个第二齿轮(211)绕传动轴(11)圆周方向错开旋转，所述支撑板(21)与主体支架(1)之间均设置有用于保持主体支架(1)成竖直状态的第二铰接杆(24)，所述第二铰接杆(24)两端分别与支撑板(21)以及主体支架(1)相铰接，位于主体支架(1)同侧的第一铰接杆(23)与第二铰接杆(24)长度相同且平行设置，所述第一电机(12)带动传动轴(11)旋转状态下，两个行走组件(2)依次交替向前跨越式移动。

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：所述传动轴(11)设置有两条，两条传动轴(11)平行设置且沿竖直方向排布，所述第一电机(12)同时带动两条传动轴(11)同向旋转，所述第一齿轮(111)、第二齿轮(211)以及第一铰接杆(23)均对应设置有四个，位于主体支架(1)同侧的两个第一铰接杆(23)长度相同且平行设置。

3.根据权利要求2所述的一种机器人行走机构，其特征在于：所述第一电机(12)位于两条传动轴(11)之间且所述第一电机(12)的输出轴上固定连接有第三齿轮(121)，所述传动轴(11)的中间均固定连接有与第三齿轮(121)相啮合的第四齿轮(112)，所述第一电机(12)带动第三齿轮(121)旋转状态下，两个第四齿轮(112)带动两个传动轴(11)同向旋转。

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：所述支撑板(21)沿机器人行进方向的两侧均设置有于机器人倾覆状态下支撑机器人的辅助支撑臂(25)，所述辅助支撑臂(25)的上端均与支撑板(21)相铰接，所述辅助支撑臂(25)与第一铰接杆(23)于翻转状态下所处平面相互平行，所述支撑板(21)上均设置有用于带动辅助支撑臂(25)翻转且能够保持辅助支撑臂(25)翻转位置的翻转驱动组件(26)。

5.根据权利要求4所述的一种机器人行走机构，其特征在于：所述翻转驱动组件(26)包括有驱动滑移块(261)，所述驱动滑移块(261)与支撑板(21)滑移连接且滑移方向为竖直方向，所述辅助支撑臂(25)上均设置有滑移槽(251)，所述滑移槽(251)的长度方向与辅助支撑臂(25)的长度方向保持一致，所述驱动滑移块(261)沿机器人行进方向的两侧均设置有能够在滑移槽(251)内滑移的滑移柱(2611)，所述滑移柱(2611)的外径与滑移槽(251)的槽宽相适配，两个滑移柱(2611)之间的距离大于两个辅助支撑臂(25)与支撑板(21)铰接处之间的距离，所述驱动滑移块(261)滑移状态下带动同一支撑板(21)上的两个辅助支撑臂(25)同时翻转，所述翻转驱动组件(26)还包括有旋转连接于支撑板(21)上的驱动丝杆(262)以及带动驱动丝杆(262)旋转的第二电机(263)，所述驱动丝杆(262)的长度方向为竖直方向且驱动丝杆(262)与驱动滑移块(261)相螺接，所述第二电机(263)固定连接于支撑板(21)上且第二电机(263)的输出轴与驱动丝杆(262)相连接，所述第二电机(263)旋转状态下通过驱动丝杆(262)带动驱动滑移块(261)滑移。

6.根据权利要求1-5所述的一种机器人行走机构，其特征在于：所述底板(22)均成“U”形设置且底板(22)的中心与支撑板(21)固定连接，所述底板(22)的“U”形开口均朝向主体支架(1)一侧。