CN108974175B - 一种双足机器人的骨盆结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于伺服控制相关技术领域，其公开了一种双足机器人的骨盆结构，该骨盆结构包括骨盆大板、两个驱动机构、摆动板件及两个转盘，该骨盆大板呈阶梯状，其包括第一支撑板、第二支撑板及连接板，该连接板的两端分别垂直连接该第一支撑板及该第二支撑板；两个该转盘分别活动地连接于该第二支撑板；两个该驱动机构分别设置在该第一支撑板及该第二支撑板上，且分别连接于两个该转盘；该驱动机构用于将直线移动转换为该转盘的转动，进而带动双足机器人的腿部转动；该摆动板件活动地连接于该第二支撑板，其与两个该驱动机构在同一个高度空间运动，并带动该双足机器人摆动。本发明降低了脚底到骨盆的高度，减小了体积，提高了空间利用率。

Description

一种双足机器人的骨盆结构

技术领域

本发明属于伺服控制相关技术领域，更具体地，涉及一种双足机器人的骨盆结构。

背景技术

双足机器人的骨盆结构设计是双足机器人设计中的重要环节，它的设计既要满足其外形尺寸要求，又要满足其功能要求。目前，国内外双足机器人在骨盆处各个关节的驱动方式主要有两种：一种为电机驱动模块直接连接驱动；另一种为摆动液压缸模块直接驱动。

然而，如果将上述传统设计方式应用到机器人中则会导致机器人脚底到骨盆处的高度太高，使得机器人不协调，体积较大。相应地，本领域存在着发展一种体积较小的双足机器人的骨盆结构的技术需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种双足机器人的骨盆结构，其基于现有骨盆的驱动特点，针对骨盆结构整体及其部件之间的链接关系进行了设计。所述骨盆结构采用两个连杆机构来驱动双腿，并采用台阶状的骨盆大板来承载连杆机构，如此既能降低机器人脚底到骨盆处的高度，又能满足机器人的性能要求，减小了体积，结构较为紧凑。

为实现上述目的，本发明提供了一种双足机器人的骨盆结构，所述骨盆结构包括骨盆大板、两个驱动机构、摆动板件、两个转盘及两个四点接触球轴承，所述骨盆大板呈阶梯状，其包括第一支撑板、第二支撑板及连接板，所述连接板的两端分别垂直连接所述第一支撑板的一端及所述第二支撑板的一端；两个所述四点接触球轴承嵌套在所述第二支撑板上，两个所述转盘分别设置在两个所述四点接触球轴承上且与对应的所述四点接触球轴承的内圈同步运动；两个所述驱动机构分别设置在所述第一支撑板上及所述第二支撑板上，且分别连接于两个所述转盘；所述驱动机构用于将直线移动转换为所述转盘的转动，进而带动双足机器人的腿部转动；所述摆动板件活动地连接于所述第二支撑板，其与两个所述驱动机构在同一个高度空间运动，并带动所述双足机器人摆动。

进一步地，所述摆动板件位于两个所述驱动机构之间。

进一步地，所述骨盆结构还包括电机接谐波减速器模块，所述电机接谐波减速器模块固定在所述第二支撑板上；所述转盘与所述电机接谐波减速器模块分别位于所述第二支撑板相背的两侧。

进一步地，所述骨盆结构还包括固定轴及交叉滚子轴承，所述固定轴设置在所述第二支撑板上，所述交叉滚子轴承设置在所述固定轴上。

进一步地，所述第二支撑板远离所述连接板的一端开设有两个收容孔，两个所述四点接触球轴承分别收容于两个所述收容孔内；所述第二支撑板还开设有一个通孔，所述通孔位于两个所述驱动机构之间。

进一步地，所述摆动板件呈n型，其一端穿过所述通孔后连接于所述交叉滚子轴承，另一端连接于所述电机接谐波减速器模块的输出端；所述电机接谐波减速器模块位于两腿部之间。

进一步地，两个所述驱动机构的结构相同。

进一步地，固定在所述第一支撑板上的驱动机构包括第一液压缸、第一导轨、第一滑块、第一杆件、第二杆件、第二滑块及第二导轨，所述第一液压缸连接于所述第一支撑板，其液压杆连接于所述第一滑块；所述第一导轨固定在所述第一支撑板上，所述第一滑块滑动地连接于所述第一导轨；所述第一杆件的两端分别与所述第一滑块及所述第二滑块铰接，所述第二滑块滑动地连接于所述第二导轨，所述第二导轨固定连接于所述转盘上；所述第二杆件的一端与所述第一杆件的中部铰接，另一端铰接于所述第一支撑板。

进一步地，所述第一液压缸为单杆伺服液压缸，所述驱动机构用于将所述第一液压缸的直线运动转换为所述转盘的转动，继而带动所述腿部转动。

进一步地，所述骨盆结构还包括集成阀块，所述集成阀块分别连接于所述第一支撑板及所述驱动机构；所述集成阀块与连接于所述第一支撑板的驱动机构分别位于所述第一支撑板相背的两侧。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的双足机器人的骨盆结构主要具有以下有益效果：

1.所述骨盆大板呈阶梯状，两个所述驱动机构分别设置在所述第一支撑板及所述第二支撑板上，所述摆动板件活动地连接于所述第二支撑板，其与两个所述驱动机构在同一个高度空间运动，如此降低了脚底到骨盆处的高度，减小了体积，提高了空间利用率及结构紧凑性。

2.所述摆动板件位于两个所述驱动机构之间，所述转盘与所述电机接谐波减速器模块分别位于所述第二支撑板相背的两侧，如此提高了结构紧凑性及集成度，同时提高了空间利用率。

3.所述集成阀块分别连接于所述第一支撑板及所述驱动机构；所述集成阀块与连接于所述第一支撑板的驱动机构分别位于所述第一支撑板相背的两侧，阶梯状的骨盆大板为所述集成阀块及两个所述驱动机构提供了足够的安装空间，且增强了双足机器人行走的换向能力和稳定性。

附图说明

图1是本发明较佳实施方式提供的双足机器人的骨盆结构的立体示意图。

图2中的a图及b图分别是图1中的双足机器人的骨盆结构的局部示意图。

图3是图1中的双足机器人的骨盆结构沿另一个角度的立体示意图。

图4是图3中的双足机器人的骨盆结构的局部示意图。

图5是图3中的双足机器人的骨盆结构的另一个角度的局部示意图。

图6是图1中的双足机器人的骨盆结构的骨盆大板的示意图。

图7是图1中的双足机器人的骨盆结构的连杆机构的原理示意图。

图8中的a图及b图分别是图1中的双足机器人的骨盆结构的连杆机构处于两个极限状态时的示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-固定环，2-第一液压缸，3-第一连接件，4-第一导轨，5-第一滑块，6-第二连接件，7-集成阀块，8-第一杆件，9-第二杆件，10-第二滑块，11-第三连接件，12-第二导轨，13-转盘，14-摆动板件，15-电机接谐波减速器模块，16-第四连接件，17-第五连接件，18-绝对角度传感器，19-第六连接件，20-固定轴，21-交叉滚子轴承，22-四点接触球轴承，23-骨盆大板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1、图2、图3、图4及图5，本发明较佳实施方式提供的双足机器人的骨盆结构，所述骨盆结构包括两个驱动机构、两个转盘13、摆动板件14、电机接谐波减速器模块15、第四连接件16、第五连接件17、绝对角速度传感器18、第六连接件19、固定轴20、交叉滚子轴承21、两个四点接触球轴承22及骨盆大板23。

所述骨盆大板23呈阶梯状，其包括第一支撑板、第二支撑板及连接板，所述连接板的两端分别垂直连接所述第一支撑板的一端及所述第二支撑板的一端，使得所述骨盆大板23呈阶梯状。本实施方式中，所述第一支撑板及所述第二支撑板均沿水平方向设置，且所述第一支撑板位于所述第二支撑板斜上方。所述第二支撑板远离所述连接板的一端开设有两个收容孔，两个所述收容孔分别用于收容两个所述四点接触球轴承22。所述第二支撑板还开设有方形的通孔，所述通孔用于供所述摆动板件14的一端通过。

两个所述驱动机构分别设置在所述第一支撑板及所述第二支撑板上。所述集成阀块7设置在所述第一支撑板上，且所述集成阀块7与连接于所述第一支撑板上的驱动机构分别位于所述第一支撑板相背的两侧，阶梯状的所述骨盆大板为所述集成阀块7及两个所述驱动机构中的一个提供了安装空间，所述集成阀块7连接于所述驱动机构。

本实施方式中，两个所述驱动机构的结构相同，现以固定在所述第一支撑板上的驱动机构为例来对所述驱动机构进行说明。所述驱动机构包括固定环1、第一液压缸2、第一连接件3、第一导轨4、第一滑块5、第二连接件6、第一杆件8、第二杆件10、第三连接件11及第二导轨12，所述第一连接件3及所述固定环1间隔固定在所述第一支撑板上，所述第一液压缸2的一端通过螺钉连接于所述第一连接件3，另一端穿过所述固定环1后连接于所述第二连接件6。本实施方式中，所述第一液压缸2为单杆伺服液压缸。所述第一导轨4固定在所述第一支撑板上，其位于所述第一液压缸2的液压杆下方。所述第一滑块5滑动地连接于所述第一导轨4，其能够沿所述第一液压缸2的长度方向移动。所述第二连接件6固定连接于所述第一滑块5，其与所述第一杆件8的一端铰接。所述第一杆件8的另一端与所述第三连接件11铰接，且其中部与所述第二杆件9的一端铰接。所述第二杆件9的另一端铰接于固定块，所述固定块固定在所述第一支撑板上，且其邻近所述第二连接件6设置。所述第三连接件11固定连接于所述第二滑块10，所述第二滑块10滑动地连接于所述第二导轨12，所述第二导轨12固定连接于所述转盘13。

请参阅图6及图7，所述第一导轨4、所述第一滑块5、所述第二连接件6、所述第一杆件8、所述第二杆件9、所述第二滑块10、所述第三连接件11及所述第二导轨12组成了连杆机构，所述连杆机构用于将直线运动转换为转动。具体地，所述第一液压缸2的液压杆推动所述第一滑块5沿所述第一导轨4滑动，所述第一滑块5带动所述第一杆件8转动，继而所述第一杆件8及所述第二杆件9带动所述第二滑块10在所述第二导轨12上滑动，所述第二滑块10带动所述转盘13绕其中心轴转动，进而带动腿部旋转。

所述转盘13设置在对应的所述四点接触球轴承22上，其与所述四点接触球轴承22的内圈一起转动。所述第四连接件16固定在所述第二支撑板上，且其与所述转盘13分别位于所述第二支撑板相背的两侧。所述电机接谐波减速器模块15连接于所述第四连接件16上。所述第五连接件17连接于所述第二支撑板上，其与所述第四连接件16间隔设置。所述固定轴20固定连接于所述第五连接件17，且两者之间形成过盈配合。所述交叉滚子轴承21设置在所述固定轴20上。所述摆动板件14呈n型，其一端连接于所述电机接谐波减速器模块15的输出端，另一端穿过所述通孔后连接于所述交叉滚子轴承21以进行同步摆动，同时，所述摆动板件14的左右摆动带动所述双足机器人的上半身运动。所述绝对角速度传感器18与所述第六连接件19依靠顶丝连接于一体，且所述绝对角速度传感器18连接于所述固定轴20，以测量所述摆动板件14摆动的角度。

本实施方式中，所述电机接谐波减速器模块15用于输出一个较大力矩来使所述骨盆大板14左右摆动，继而带动所述双足机器人的左右摆动；所述连杆机构的自由度为1，表明所述第一滑块5为原动件时，连杆机构具有唯一的运动，则所述转盘13具有唯一的转动；所述摆动板件14位于两个所述转盘13之间，如此两个连杆机构为所述摆动板件14的摆动提供了空间，且所述电机接谐波减速器模块15位于双足机器人的两条腿之间，如此进一步提高了空间利用率及结构紧凑性。

所述第一液压缸2的直线运动通过对应的所述连杆机构转换为所述转盘13的转动，继而所述转盘13带动连接于所述四点接触球轴承22的左腿转动；所述双足机器人的右腿转动的原理与左腿转动的原理相同。此外，两个连杆机构与所述摆动板件14在同一个高度空间内运动，如此极大地提高了空间利用率，降低了骨盆结构的高度，减小了体积。

本发明提供的双足机器人的骨盆结构，所述骨盆结构通过骨盆大板结构的设计，以及摆动板件与两个连杆机构之间的位置设置，使得两个所述连杆机构与摆动板件在同一个高度空间运动，由此降低了所述骨盆结构的高度，提高了空间利用率，减小了体积，增强了双足机器人行走的换向能力和稳定性。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双足机器人的骨盆结构，其特征在于：

所述骨盆结构包括骨盆大板(23)、两个驱动机构、摆动板件(14)、两个转盘(13)及两个四点接触球轴承(22)，所述骨盆大板(23)呈阶梯状，其包括第一支撑板、第二支撑板及连接板，所述连接板的两端分别垂直连接所述第一支撑板的一端及所述第二支撑板的一端；两个所述四点接触球轴承(22)嵌套在所述第二支撑板上，两个所述转盘(13)分别设置在两个所述四点接触球轴承(22)上且与对应的所述四点接触球轴承(22)的内圈同步运动；两个所述驱动机构分别设置在所述第一支撑板上及所述第二支撑板上，且分别连接于两个所述转盘(13)；所述驱动机构用于将直线移动转换为所述转盘(13)的转动，进而带动双足机器人的腿部转动；所述摆动板件(14)活动地连接于所述第二支撑板，其与两个所述驱动机构在同一个高度空间运动，并带动所述双足机器人摆动。

2.如权利要求1所述的双足机器人的骨盆结构，其特征在于：所述摆动板件(14)位于两个所述驱动机构之间。

3.如权利要求1所述的双足机器人的骨盆结构，其特征在于：所述骨盆结构还包括电机接谐波减速器模块(15)，所述电机接谐波减速器模块(15)固定在所述第二支撑板上；所述转盘(13)与所述电机接谐波减速器模块(15)分别位于所述第二支撑板相背的两侧；所述电机接谐波减速器模块(15)用于输出一个力矩来使所述摆动板件(14)左右摆动，继而带动双足机器人的左右摆动。

4.如权利要求3所述的双足机器人的骨盆结构，其特征在于：所述骨盆结构还包括固定轴(20)及交叉滚子轴承(21)，所述固定轴(20)设置在所述第二支撑板上，所述交叉滚子轴承(21)设置在所述固定轴(20)上。

5.如权利要求4所述的双足机器人的骨盆结构，其特征在于：所述第二支撑板远离所述连接板的一端开设有两个收容孔，两个所述四点接触球轴承(22)分别收容于两个所述收容孔内；所述第二支撑板还开设有一个通孔，所述通孔位于两个所述驱动机构之间。

6.如权利要求5所述的双足机器人的骨盆结构，其特征在于：所述摆动板件(14)呈n型，其一端穿过所述通孔后连接于所述交叉滚子轴承(21)，另一端连接于所述电机接谐波减速器模块(15)的输出端；所述电机接谐波减速器模块(15)位于两腿部之间。

7.如权利要求1-6任一项所述的双足机器人的骨盆结构，其特征在于：两个所述驱动机构的结构相同。

8.如权利要求1-6任一项所述的双足机器人的骨盆结构，其特征在于：固定在所述第一支撑板上的驱动机构包括第一液压缸(2)、第一导轨(4)、第一滑块(5)、第一杆件(8)、第二杆件(9)、第二滑块(10)及第二导轨(12)，所述第一液压缸(2)连接于所述第一支撑板，其液压杆连接于所述第一滑块(5)；所述第一导轨(4)固定在所述第一支撑板上，所述第一滑块(5)滑动地连接于所述第一导轨(4)；所述第一杆件(8)的两端分别与所述第一滑块(5)及所述第二滑块(10)铰接，所述第二滑块(10)滑动地连接于所述第二导轨(12)，所述第二导轨(12)固定连接于所述转盘(13)上；所述第二杆件(9)的一端与所述第一杆件(8)的中部铰接，另一端铰接于所述第一支撑板。

9.如权利要求8所述的双足机器人的骨盆结构，其特征在于：所述第一液压缸(2)为单杆伺服液压缸，所述驱动机构用于将所述第一液压缸(2)的直线运动转换为所述转盘(13)的转动，继而带动所述腿部转动。

10.如权利要求1-6任一项所述的双足机器人的骨盆结构，其特征在于：所述骨盆结构还包括集成阀块(7)，所述集成阀块(7)分别连接于所述第一支撑板及所述驱动机构；所述集成阀块(7)与连接于所述第一支撑板的驱动机构分别位于所述第一支撑板相背的两侧。