CN109050709B - 驱动机构、机器人下肢结构以及机器人 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种驱动机构、机器人下肢结构以及机器人。该驱动机构包括用于连接小腿装配体的下连接架(1)、传动机构(2)、第一连杆(3)、连接在髋部装配体上的第一动力源(4)和第二动力源(5)；所述第一动力源(4)的输出端与所述第一连杆(3)的首端固定连接，所述第一连杆(3)的尾端与所述下连接架(1)铰接；所述第二动力源(5)的输出端与所述传动机构(2)的首端固定连接，所述传动机构(2)的尾端与所述下连接架(1)铰接。本申请解决了机器下肢运动过程中惯性较大的技术问题。
Description
技术领域
本申请涉及仿生机器人领域，具体而言，涉及一种驱动机构、机器人下肢结构以及机器人。
背景技术
近十年以来，仿生机器人已经逐渐成为国内外研究的热点，而仿生机器人的行走则是研究的重点。
相关技术中双足仿人机器包括机器人躯干部、与躯干部连接的髋部装配体、连接在髋部装配体下部的大腿装配体、小腿装配体以及设置在大腿装配体和小腿装配体间用于驱动小腿装配体运动的驱动电机。
但相关技术中为控制机器人小腿装配体的运动，在运动关节处均设置有驱动电机以控制该关节的转动。但上述电机设置方式会使机器下肢运动过程中产生较大的惯性，不易控制精度与力度；同时由于机器人自身重量的原因，机器人的腿部设置的电机功率需求较大，也造成了机器人腿部重量较大，更加重了机器下肢运动过程中惯性较大的问题。
针对相关技术中机器下肢运动过程中惯性较大的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种驱动机构、机器人下肢结构以及机器人，以解决机器下肢运动过程中惯性较大的问题。
为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种驱动机构。
根据本申请的驱动机构包括用于连接小腿装配体的下连接架、传动机构、第一连杆、连接在髋部装配体上的第一动力源和第二动力源；所述第一动力源的输出端与所述第一连杆的首端固定连接，所述第一连杆的尾端与所述下连接架铰接；所述第二动力源的输出端与所述传动机构的首端固定连接，所述传动机构的尾端与所述下连接架铰接；当所述第二动力源驱动所述传动机构移动时，所述传动机构带动所述下连接架围绕所述第一连杆与所述下连接架的铰接点转动；当所述第一动力源驱动所述第一连杆转动时，所述下连接架沿所述第一连杆的转动轨迹移动。
进一步的，所述驱动机构还包括上连接架；所述第二动力源与所述上连接架固定连接，所述第一动力源的输出端与所述上连接架固定连接并驱动所述上连接架移动。
进一步的，所述驱动机构还包括与所述髋部装配体连接的髋部连接架；所述第一动力源固定连接在所述髋部连接架上，所述第一动力源通过所述髋部连接架与所述髋部装配体连接。
进一步的，所述上连接架包括对称设置的动力源安装板和连接所述动力源安装板的连接板，所述第一动力源与所述第二动力源方向相对的安装在所述动力源安装板上。
进一步的，所述传动机构包括第二连杆与第三连杆；所述第二连杆的尾端与所述第三连杆的首端铰接，所述第二连杆的首端与所述第二动力源的输出端固定连接，所述第三连杆的尾端与所述下连接架铰接。
进一步的，所述下连接架包括对称设置的两侧壁和连接所述两侧壁的底板；与所述第二动力源同侧的所述侧壁向靠近所述传动机构方向延伸形成连接端，所述传动机构的尾端与所述连接端铰接。
进一步的，所述第一连杆呈“T”型，所述第一连杆较短的一端分别与所述侧壁铰接，所述第一连杆较长的一端与所述第一动力源的输出端连接。
进一步的，所述下连接架的底部具有用于连接小腿装配体的连接部。
为了实现上述目的，根据本申请的另一方面，提供了一种机器人下肢结构。
根据本申请的机器人下肢结构包括：上述的驱动机构。
为了实现上述目的，根据本申请的再一方面，提供了一种机器人。
根据本申请的机器人包括：髋部装配体以及与所述髋部装配体连接的至少一对下肢，所述下肢包括上述的机器人下肢结构。
在本申请实施例中，采用将膝关节运动处的动力源上移至髋关节运动处的方式，通过设置第一连杆与驱动机构，达到了由设置在髋关节运动处的第一动力源与第二动力源控制髋关节处和膝关节处灵活运动的目的，通过连杆及驱动机构传递动力从而实现了可以精细控制肢端运动的技术效果，进而解决了相关技术中机器下肢运动过程中惯性较大的技术问题。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例1驱动机构的立体结构图；
图2是根据本申请实施例1驱动机构另一视角的立体结构图；
图3是根据本申请实施例2驱动机构的立体结构图；
图4是根据本申请实施例2驱动机构另一视角的立体结构图；
图5是根据本申请实施例3驱动机构中下连接架的立体结构图；
图6是根据本申请实施例4机器人下肢结构的立体结构图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。
此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“铰接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
实施例1
如图1所示，本申请涉及一种驱动机构，该驱动机构包括用于连接小腿装配体8的下连接架1、传动机构2、第一连杆3、连接在髋部装配体上的第一动力源4和第二动力源5；本实施例中的第一动力源4和第二动力源5可以为步进电机或伺服电机，采用上述电机可以精确的控制驱动机构的运动轨迹与动作力度。同时，本实施例中的第一动力源4为固定连接在髋部装配体上，第二动力源5为活动连接在髋部装配体上。由于第一动力源4需驱动与其连接的第一连杆3以带动下连接架1运动，为实现上述效果此时又需除第一动力源4外其余部分均为运动状态，因此第二动力源5为活动连接在髋部装配体上，活动连接的方式可以为通过滑轨、滑槽或弹性件等。
第一动力源4的输出端与第一连杆3的首端固定连接，第一连杆3的尾端与下连接架1铰接；第二动力源5的输出端与传动机构2的首端固定连接，传动机构2的尾端与下连接架1铰接；本实施例中的传动机构可以为包含多节连杆、多个曲轴或多个齿轮的动力传动装置。具体的，本实施例中的传动机构2包括第二连杆201与第三连杆202；其中，第二连杆201的尾端与第三连杆202的首端铰接，第二连杆201的首端与第二动力源5的输出端固定连接，第三连杆202的尾端与下连接架1铰接。本实施例采用包含有两节连杆的连杆组件作为传动机构2，由于传动机构2的作用是在通过第二动力源5，使自身结构变化带动下连接架1转动，因此采用第二连杆201与第三连杆202即可实现该效果，避免结构过于复杂导致增加重量，也不便于维修与更换。
本申请的下连接架1的结构可为多种形式，具体的本实施例中的下连接架1包括对称设置的两侧壁101和连接两侧壁的底板102；与第二动力源5同侧的侧壁101向靠近传动机构2方向延伸形成连接端103，传动机构2的尾端与连接端103铰接。与之相对应的，第一连杆3呈“T”型，第一连杆3较短的一端分别与侧壁101铰接，第一连杆3较长的一端与第一动力源4的输出端连接。
当第二动力源5驱动传动机构2移动时，传动机构2带动下连接架1围绕第一连杆3与下连接架1的铰接点转动；当单独依靠第二动力源5驱动本驱动机构时，可以使下连接架1在固定的铰接点做转动运动，具体的将本驱动机构应用在机器人下肢时，即可控制大腿部分位置固定，而小腿部分前后摆动。
当第一动力源4驱动第一连杆3转动时，下连接架1沿第一连杆3的转动轨迹移动。当单独依靠第一动力源4驱动本驱动机构时，可以使第一连杆3做圆周运动，具体的将本驱动机构应用在机器人下肢时，即可控制大腿与小腿部分整体在圆周轨迹上运动。
需要注意的是，本驱动机构的第一动力源4与第二动力源5均可独立控制本驱动机构，当第一动力源4与第二动力源5同时驱动本驱动机构运动时，能够使本驱动机构的下连接架1在圆周轨迹上运动的同时围绕铰接点做转动运动。
为更好地实现本驱动机构的驱动效果，如图2所示，本实施例中对第一连杆3与第一动力源4的位置加以限制，使第一连杆3的纵长方向的轴线与第一动力源4输出端的轴线相垂直。此时第一动力源4驱动第一连杆3运动时可保证第一连杆3与第一动力源4的转动角度的转动速度都更为可控。
在本实施例中，采用将膝关节运动处的动力源上移至髋关节运动处的方式，通过设置第一连杆与驱动机构，达到了由设置在髋关节运动处的第一动力源与第二动力源控制髋关节处和膝关节处灵活运动的目的，通过连杆及驱动机构传递动力从而实现了可以精细控制肢端运动的技术效果，进而解决了相关技术中机器下肢运动过程中惯性较大的技术问题。
实施例2
如图3所示，在实施例1的基础上增加了上连接架6和髋部连接架7。其中，第二动力源5与上连接架6固定连接，第一动力源4的输出端与上连接架6固定连接并驱动上连接架6移动，第一动力源4固定连接在髋部连接架7上，第一动力源4通过髋部连接架7与髋部装配体连接。
本实施例中，通过设置髋部连接架7和上连接架6以使第一动力源4和第二动力源5并不直接的连接到髋部装配体上。由于髋关节活动处具有前后及左右两个方向的自由度，因此通过髋部连接架7可以将本驱动机构整体的与髋部装配体分离，并通过髋部连接架7一端与髋部装配体上的电机连接，可以实现左右方向的自由度，将髋部连接架7的另一端与第一动力源4连接能够实现前后方向的自由度，因此采用髋部连接架7可以更加灵活的将本驱动机构安装在机器人髋部装配体上。
本申请的上连接架6的结构可为多种形式，具体的，本实施例中的上连接架6包括对称设置的动力源安装板601和连接动力源安装板601的连接板602，第一动力源4与第二动力源5方向相对的安装在动力源安装板601上。相对设置的动力源可以减少本驱动机构的体积，也将传动机构2与第一连杆3设置的更为贴近，避免两者距离过远导致在运动过程导致传动机构2与第一连杆3易发生弯折。
如图4所示，本实施例进一步也对传动机构2与下连接架1和第二动力源5的相对位置加以限制，以实现更加稳定和高效的动力传输。具体的，本实施例中将第二连杆201的铰接点与连接端103的铰接点相对应的设置，以使第二连杆201与上连接架6相抵时，第三连杆202与连接板602相垂直，以实现稳定和高效的动力传输。
实施例3
如图5所示，本实施例在实施例2的基础上，在该下连接架1的底部还具有用于连接小腿装配体8的连接部104。该连接部104可以为通孔、卡扣或螺纹等结构。具体的，连接部104为圆周阵列的多个通孔，小腿装配体8与该下连接架1连接的部位设置有与该通孔相对应的法兰，当该法兰与连接部104对接时，将紧固螺栓穿过每个通孔并拧紧即可将下连接架1与小腿装配体8紧固连接。本实施例的下连接架1通过设置连接部104，使本驱动机构的可延伸性得到加强，同时也可根据不同场景的具体需求灵活配置不同的小腿装配体8，使本驱动机构适用范围更广。
实施例4
如图6所示，本申请还涉及一种机器人下肢结构，与本申请的实施例三相比增加有小腿装配体8。通过小腿装配体8使本申请构成一完整的下肢结构，通过设置的第一动力源4和第二动力源5能够控制小腿装配体8的转动与平移，与相关技术中各关节均设置驱动电机的下肢结构相比，通过连杆及驱动机构传递动力从而实现了可以精细控制肢端运动的技术效果。
同时，本实施例还进一步的对各装置间距离加以限定，以方便关节处速度的计算。具体的，本实施例中第二连杆201两端铰接点之间的距离与连接端103的铰接点至同侧侧壁101上铰接点的距离相等，第三连杆202两端铰接点之间的距离与第一连杆3铰接点至第一动力源4输出轴轴心距离相等，第一连杆3、第二连杆201、第三连杆202和下连接架1组成平行四边形机构，这样保证了第一动力源4转速与下连接架1转速相等，后续计算过程中不需要进行第一动力源4与下连接架1的速度转换。
此外，本申请还涉及一种机器人(图中未示)，其包括本体以及与本体连接的至少一对上面所描述的下肢结构，该下肢结构可以用于机器人的小腿部分，本申请所涉及的机器人包括但不限于双足机器人，四足机器人、六足机器人等多足机器人。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种驱动机构，其特征在于，包括：用于连接小腿装配体的下连接架(1)、传动机构(2)、第一连杆(3)、连接在髋部装配体上的第一动力源(4)和第二动力源(5)；
所述第一动力源(4)的输出端与所述第一连杆(3)的首端固定连接，所述第一连杆(3)的尾端与所述下连接架(1)铰接；
所述第二动力源(5)的输出端与所述传动机构(2)的首端固定连接，所述传动机构(2)的尾端与所述下连接架(1)铰接；
当所述第二动力源(5)驱动所述传动机构(2)移动时，所述传动机构(2)带动所述下连接架(1)围绕所述第一连杆(3)与所述下连接架(1)的铰接点转动；第二动力源(5)为活动连接在髋部装配体上；
当所述第一动力源(4)驱动所述第一连杆(3)转动时，所述下连接架(1)沿所述第一连杆(3)的转动轨迹移动；
所述传动机构(2)包括第二连杆(201)与第三连杆(202)；所述第二连杆(201)的尾端与所述第三连杆(202)的首端铰接，所述第二连杆(201)的首端与所述第二动力源(5)的输出端固定连接，所述第三连杆(202)的尾端与所述下连接架(1)铰接。
2.根据权利要求1所述的驱动机构，其特征在于，所述驱动机构还包括上连接架(6)；
所述第二动力源(5)与所述上连接架(6)固定连接，所述第一动力源(4)的输出端与所述上连接架(6)固定连接并驱动所述上连接架(6)移动。
3.根据权利要求2所述的驱动机构，其特征在于，所述驱动机构还包括与所述髋部装配体连接的髋部连接架(7)；
所述第一动力源(4)固定连接在所述髋部连接架(7)上，所述第一动力源(4)通过所述髋部连接架(7)与所述髋部装配体连接。
4.根据权利要求2所述的驱动机构，其特征在于，所述上连接架(6)包括对称设置的动力源安装板(601)和连接所述动力源安装板(601)的连接板(602)，所述第一动力源(4)与所述第二动力源(5)方向相对的安装在所述动力源安装板(601)上。
5.根据权利要求1所述的驱动机构，其特征在于，所述下连接架(1)包括对称设置的两侧壁(101)和连接所述两侧壁的底板(102)；
与所述第二动力源(5)同侧的所述侧壁(101)向靠近所述传动机构(2)方向延伸形成连接端(103)，所述传动机构(2)的尾端与所述连接端(103)铰接。
6.根据权利要求5所述的驱动机构，其特征在于，所述第一连杆(3)呈“T”型，所述第一连杆(3)较短的一端分别与所述侧壁(101)铰接，所述第一连杆(3)较长的一端与所述第一动力源(4)的输出端连接。
7.根据权利要求1所述的驱动机构，其特征在于，所述下连接架(1)的底部具有用于连接小腿装配体的连接部(104)。
8.一种机器人下肢结构，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的驱动机构。
9.一种机器人，其特征在于，包括髋部装配体以及与所述髋部装配体连接的至少一对下肢，所述下肢包括权利要求8所述的机器人下肢结构。
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