CN109178136A - 机器人下肢结构及包含该结构的机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种机器人下肢结构及包含该结构的机器人。该机器人下肢结构包括驱动腿、主动腿、第一转动座、第一零点标定装置和第二零点标定装置；所述驱动腿与所述主动腿分别与所述第一转动座铰接；所述第一零点标定装置与所述第二零点标定装置均设置在所述第一转动座上；当所述第一转动座相对所述驱动腿转动以使所述第一零点标定装置与所述驱动腿相抵接时，所述第一转动座位于零点位置；当所述主动腿相对所述第一转动座转动并与所述第二零点标定装置相抵接时，所述主动腿位于零点位置。本申请解决了机器人无法快速完成零点标定的技术问题。

Description

机器人下肢结构及包含该结构的机器人

技术领域

本申请涉及机器人领域，具体而言，涉及一种机器人下肢结构及包含该结构的机器人。

背景技术

零点位置是机器人坐标系的基准，机器人通过零点位置判断自身的位置。因此在机器人完成组装后或机器人丢失零点位置时，需将机器人各部位调节至零点位置，以获得机器人的运动状态并方便控制机器人运动。

相关技术所采用的标定方式有自标定法和外部标定法。自标定法利用机器人自身在各关节位置所布置的传感器标定，但传感器一方面价格高昂，布设精度要求高，另一方面也使机器人安装过程复杂。而外部标定法则是利用外部传感器，如激光跟踪仪、经纬仪、三坐标测量仪等精密测量设备，但此方法操作繁琐，数据采集费时，难以实现快速标定。

针对相关技术中机器人无法快速完成零点标定的问题，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机器人下肢结构及包含该结构的机器人，以解决机器人无法快速完成零点标定的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种机器人下肢结构。

根据本申请的机器人下肢结构包括：驱动腿、主动腿、第一转动座、第一零点标定装置和第二零点标定装置；所述驱动腿与所述主动腿分别与所述第一转动座铰接；所述第一零点标定装置与所述第二零点标定装置均设置在所述第一转动座上；当所述第一转动座相对所述驱动腿转动以使所述第一零点标定装置与所述驱动腿相抵接时，所述第一转动座位于零点位置；当所述主动腿相对所述第一转动座转动并与所述第二零点标定装置相抵接时，所述主动腿位于零点位置。

进一步的，所述第一转动座包括对称设置的第一安装架和第二安装架，以及连接所述第一安装架和第二安装架的第一连接架；所述第二安装架靠近所述第一安装架的端面上铰接有所述主动腿；所述第一零点标定装置设置在位于第一安装架和第二安装架之间的所述第一连接架上。

进一步的，所述第一转动座还包括第二连接架；所述第一连接架与所述第一安装架连接的一端向外延伸形成所述第二连接架，所述第二零点标定装置设置在所述第二连接架上；所述第一安装架远离所述第二安装架的端面上铰接有所述驱动腿。

进一步的，所述机器人下肢结构还包括第一连杆、第二连杆和第二转动座；所述第一连杆的一端与主动腿自由端铰接，所述第一连杆的另一端与所述第二转动座铰接；所述第二连杆一端与所述第二连接架固定连接，另一端与所述第二转动座铰接；当所述主动腿相对所述第一转动座转动并与所述第一零点标定装置相抵时，所述第二转动座的下端面与所述第一连接架的下端面平行，且所述第二转动座位于零点位置。

进一步的，所述驱动腿包括用于与所述第一转动座铰接的铰接部、用于与髋部装配体铰接的髋部连接部、以及用于连接铰接部和髋部连接部的转接部；所述铰接部和所述第一转动座铰接的铰接轴与所述髋部连接部和所述髋部装配体铰接的铰接轴垂直；当所述第一转动座相对所述铰接部转动以使所述第一零点标定装置与所述驱动腿相抵接时，所述第二连接架的下端面与所述髋部连接部和所述髋部装配体铰接的铰接轴垂直，且所述第一转动座位于零点位置。

进一步的，所述机器人下肢结构还包括第一零点匹配装置，所述第一零点匹配装置设置在所述驱动腿上，当所述第一转动座相对所述动腿转动以使所述第一零点标定装置与所述第一零点匹配装置相抵时，所述第一转动座位于零点位置。

进一步的，所述机器人下肢结构还包括第二零点匹配装置，所述第二零点匹配装置设置在所述主动腿上，当所述主动腿相对所述第一转动座转动以使所述第二零点匹配装置与所述第二零点标定装置相抵时，所述主动腿位于零点位置。

进一步的，所述第一零点标定装置为凸块，所述凸块设置有用于与所述驱动腿相抵的倾斜端面。

进一步的，所述第二零点标定装置为凸块，所述凸块的上端面与所述第一转动座的下端面平行。

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。

根据本申请的机器人包括：髋部装配体，零点定位架和至少一对前述的机器人下肢结构；所述零点定位架包括对称设置的定位部和连接所述定位部的定位连杆；所述驱动腿的自由端均与所述髋部装配体铰接，所述驱动腿上设置有与所述定位部相匹配的对接部；当所述定位部均与对应的所述对接部匹配时，一对所述驱动腿均位于零点位置。

在本申请实施例中，采用在转动座上设置零点标定装置的方式，通过第一转动座的转动以使第一零点标定装置与驱动腿相抵、主动腿的转动以使其与第二零点标定装置相抵，达到了通过转动即可实现机器人零点标定的目的，从而实现了快速标定机器人零点位置的技术效果，进而解决了机器人无法快速完成零点标定的技术问题。

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的示意图；

图2是根据本申请实施例1中主动腿处于零位的剖视图；

图3是根据本申请实施例1中驱动腿处于零位的示意图；

图4是根据本申请实施例2的示意图；

图5是根据本申请实施例3的示意图；

图6是根据本申请实施例4的示意图。

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”、“顶”、“底”、“中”、“垂直”、“平行”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”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至3所示，本实施例涉及一种机器人下肢结构A，该机构包括：驱动腿1、主动腿2、第一转动座3、第一零点标定装置4和第二零点标定装置5；

本实施例中，驱动腿1用于驱动第一转动座3转动，具体的，驱动腿1上具有动力源，如步进电机或伺服电机等，具体的可采用伺服电机可精确调控第一转动座3的转动精度。相应的，主动腿2铰接在第一转动座3上并围绕铰接点转动，该主动腿2上也具有动力源，如步进电机或伺服电机等，具体的可采用伺服电机可精确调控主动腿2的转动精度。

此外，驱动腿1的结构可以为多种形式，如当将驱动腿1设置在人型仿生机器人上时，可将该驱动腿1对称的设置在机器人侧面，模仿人的大腿的运动模式。本实施例中，结合人体髋部关节运动自由度，将驱动腿1设置为包括用于与第一转动座3铰接的铰接部101、用于与髋部装配体铰接的髋部连接部102、以及用于连接铰接部101和髋部连接部102的转接部103的更适合于人型机器人的结构，铰接部101和第一转动座3铰接的铰接轴与髋部连接部102和髋部装配体铰接的铰接轴垂直。

本实施例中的髋部连接部102与髋部装配体之间的连接方式为在髋部装配体同侧对称的铰接，具体的髋部装配体前端面设置有动力源，髋部连接部102与该动力源连接后可使本机器人下肢结构A在机器人左右方向上运动，并为避免第一转动座3与髋部装配体在运动过程中发生干涉，通过设置转接部103使铰接部101在一定程度上远离髋部装配体。

同时为使本机器人下肢结构A能够在机器人前后方向运动，本实施例还进一步对驱动腿1两端的铰接方向做了限定。具体的，驱动腿1的铰接部101和第一转动座3铰接的铰接轴与髋部连接部102和髋部装配体铰接的铰接轴垂直，采用上述结构能够实现在机器人左右方向运动的基础上，通过驱动腿1驱动第一转动座3转动以实现带动主动腿2前后运动的目的。

本实施例中，第一转动座3包括对称设置的第一安装架301和第二安装架302、连接第一安装架301和第二安装架302的第一连接架303，以及第一连接架303与第一安装架301连接的一端向外延伸形成的第二连接架304。

本实施例采用上述结构一方面可以使第一转动座3满足机器人运动过程中的结构强度要求，另一方面，驱动腿1和主动腿2上的伺服电机可相应的设置在该第一安装架301和第二安装架302上，同时为使驱动腿1、主动腿2和第一转动座3之间的结构更为紧凑，可将驱动腿1上的伺服电机与主动腿2上的伺服电机相对设置在第一安装架301和第二安装架302上。

其中，第二安装架302靠近第一安装架301的端面上铰接有主动腿2；第一零点标定装置4设置在位于第一安装架301和第二安装架302之间的第一连接架303上；第二安装架302靠近第一安装架301的端面上铰接有主动腿2；第一零点标定装置4设置在位于第一安装架301和第二安装架302之间的第一连接架303上。

本实施例通过将主动腿2设置在第二安装架302靠近第一安装架301的端面上，使两侧的第一安装架301和第二安装架302形成保护空间，避免主动腿2在运动过程中受到磕碰，整体结构重量分配上也更加均衡。同时为使主动臂转动后，第一零点标定装置4设置可与其相抵，相应的将第二零点标定装置5设置在第一安装架301和第二安装架302之间的第一连接架303上。为更好的简化零点标定过程，本实施例进一步将第二零点标定装置5设置在第一连接架303的边缘位置，在主动腿2转动过程中可直观、不被遮挡的查看主动腿2与第二零点标定装置5之间的位置关系。

其中，第二零点标定装置5可以为凸出设置在第一连接架303上端面的凸块、凸台等，具体的本实施例中采用凸台作为第二零点标定装置5，采用凸台一方面由于其制造难度小、具有成本优势，另一方面在第一连接架303上端面凸出的设置也使主动腿2与第二零点标定装置5之间的位置关系更为明显，观察更加容易。

当主动腿2相对第一转动座3转动并与第二零点标定装置5相抵接时，主动腿2位于零点位置。本实施例中，可通过伺服电机驱动主动腿2转动至与第二零点标定装置5相抵接的位置，也可以采用手动施加外力以使主动腿2转动至与第二零点标定装置5相抵接的位置，当主动腿2处于该位置时即可将主动臂标定为零点位置。

由于本实施例中的主动臂占据了第一安装架301和第二安装之间的空间，因此为更好的安排各结构间的空间关系避免干涉和合理分配结构重量，本实施例将驱动腿1设置在第一安装架301远离第二安装架302的一侧，同时为使第一安装架301转动后可将第一零点标定装置4与驱动腿1相抵，相应的将第一零点标定装置4设置在第二连接架304上。为更好的简化零点标定过程，本实施例进一步将第一零点标定装置4设置在第二连接架304的边缘位置，在第二连接架304转动过程中可直观、不被遮挡的查看驱动腿1与第一零点标定装置4之间的位置关系。

其中第一零点标定装置4可以为凸出设置在第一连接架303上端面的凸块、凸台等，具体的本实施例中采用凸台作为第一零点标定装置4，采用凸台一方面由于其制造难度小、具有成本优势，另一方面在第二连接架304上端面凸出的设置也使驱动腿1与第一零点标定装置4之间的位置关系更为明显，观察更加容易。

当第一转动座3相对驱动腿1转动以使第一零点标定装置4与驱动腿1相抵接时，第一转动座3位于零点位置。本实施例中，可通过伺服电机驱动第一转动座3转动，也可以采用手动施加外力驱动转动第一座转动，具体的，本实施例中当第一转动座3相对铰接部101转动以使第一零点标定装置4与驱动腿1相抵接时，第二连接架304的下端面与髋部连接部102和髋部装配体铰接的铰接轴垂直，且第一转动座3位于零点位置。

本实施例中，当第一转动座3位于零点位置时，第一转动座3也相应的运动至极限位置，无法再继续转动，因此将该位置设置为零点位置方便对第一转动座3转动角度的测量与计算，也仅当第一转动座3无法继续转动时出现零点位置，避免误标定。

本实施例采用在第一转动座3上设置第一零点标定装置4和第二零点标定装置5的方式，通过第一转动座3的转动以使第一零点标定装置4与驱动腿1相抵、主动腿2的转动以使其与第二零点标定装置5相抵，达到了通过转动即可实现机器人零点标定的目的，从而实现了快速标定机器人零点位置的技术效果，进而解决了机器人无法快速完成零点标定的技术问题。

实施例2

如图所示，为使零点标定过程更加准确与简便，本实施例的机器人下肢结构B在实施例1的基础上还包括有第一零点匹配装置104和第二零点匹配装置201。

其中，第二零点匹配装置201设置在主动腿2的下端面，该第二零点匹配装置201可以为凸出设置的凸台、凸块等，具体的本实施例将凸块作为该第二零点匹配装置201。与之对应的，为增加第二零点匹配装置201与第二零点标定装置5两凸块之间的接触面积，本实施例将实施例1中的第二零点标定装置5的上端面设置为倾斜的斜面，该斜面的向靠近主动腿2与转动座铰相接的方向延伸，可穿过主动腿2与转动座铰相接的铰接轴，本实施例进一步的还将第二零点匹配装置201与第二零点标定装置5两凸块间相抵的端面设置为相同形状，当两者第二零点匹配装置201与第二零点标定装置5相抵时两凸块可完全的相接。通过查看两凸块间的位置关系，一方面可确认零点位置，另一方面也可确认各结构间的连接关系是否发生松动，如主动腿2与第二安装架302之间发生松动，这会导致主动腿2转动后无法使第二零点匹配装置201与第二零点标定装置5相接的端面完全重合。

相应的，第一零点匹配装置104设置在转接部103的后端面上，该第二零点匹配装置201可以为凸出设置的凸台、凸块等，具体的本实施例将凸块作为该第一零点匹配装置104，且该凸块的后端面与第一零点匹配装置104的后端面平行。本实施例进一步的还将第一零点匹配装置104与第一零点标定装置4两凸块间相抵的端面设置为相同形状，当两者第一零点匹配装置104与第一零点标定装置4相抵时两凸块可完全的相接。通过查看两凸块间的位置关系，一方面可确认零点位置，另一方面也可确认各结构间的连接关系是否发生松动。

实施例3

如图所示，本实施例在实施例3的基础上还增加了第一连杆6、第二连杆7和第二转动座8，以增加本机器人下肢结构C的运动自由度，使本机器人下肢结构C在运动过程中更加灵活。

其中，所述第一连杆6的一端与主动腿2自由端铰接，所述第一连杆6的另一端与所述第二转动座8铰接；第二连杆7一端与所述第二连接架304固定连接，另一端与第二转动座8铰接。

具体的，本实施例中的第二转动座8呈“U型”，该第二转动座8与主动腿2同侧的侧壁向外延伸形成铰接端，第一连杆6与该铰接端铰接。第二连杆7呈“T”型，该第二连杆7较长的一端与第二连接架304固定连接，较短的一端的分别与“U型”第二转动座8两侧壁铰接。通过主动腿2的转动，以使第一连杆6带动第二转动座8围绕第二连杆7与第二转动座8的铰接点转动，使该第二转动座8构成机器人下肢结构C中的膝关节部位。

当所述主动腿2相对所述第一转动座3转动并与所述第一零点标定装置4相抵时，所述第二转动座8的下端面与所述第一连接架303的下端面平行，且所述第二转动座8位于零点位置。

本实施例中，通过主动腿2的转动带动第一连杆6移动，以使第二转动座8转动，并预先的将第一转动座3与第二转动座8下端面相平行的设置，进而在运动过程中主动腿2的转动角度与第二转动座8的转动相同。当主动腿2与第一转动座3相抵时，第二转动座8的下端面与地面平行，具体的在机器人应用场景中，第二转动座8的下端面也可连接小腿装配体，即小腿装配体垂直于地面，使机器人直立站立，当第二转动座8处于该位置时即达到零点位置。

实施例4

此外，如图所示，本申请还涉及一种机器人D，髋部装配体8，零点定位架9和一对实施例3所描述的机器人下肢结构B。

本实施例中零点定位架9包括对称设置的定位部901和连接所述定位部901的定位连杆902；驱动腿1的自由端均与所述髋部装配体8铰接，所述驱动腿1上设置有与所述定位部901相匹配的对接部104。

具体的，髋部装配体8前端面对称的设置有动力源，一对驱动腿1的自由端分别与对应的动力源连接，驱动腿1与该动力源连接后可使本机器人下肢结构B在机器人左右方向上运动。

当所述定位部901均与对应的所述对接部104匹配时，一对所述驱动腿1均位于零点位置。

为同时标定两驱动腿1的零点位置，本实施例中增加了零点定位架9，该零点定位架9包括定位部901和连接所述定位部901的定位连杆902，两端定位部901的形状可以为多种形状，如直角矩形、圆角矩形、椭圆形等，本实施例采用凸出的圆角矩形凸块作为定位部901。相应的驱动腿1上设置的对接部104为与该圆角矩形凸块相匹配的凹槽。此外，为同时标定两驱动腿1的零点位置，设置在定位连杆902两侧的定位部901间的距离与两驱动腿1上的对接部104的距离相同。当零点定位架9同时插入两驱动腿1的圆角矩形凹槽中时，两驱动腿1的铰接部101垂直于地面，同时机器人也就直立于地面，该位置即为驱动腿1的零点位置。因此，仅在机器人双腿直立时才能够使零点定位架9与两驱动腿1相匹配。

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 (10)

1.一种机器人下肢结构，其特征在于，包括：驱动腿、主动腿、第一转动座、第一零点标定装置和第二零点标定装置；

所述驱动腿与所述主动腿分别与所述第一转动座铰接；

所述第一零点标定装置与所述第二零点标定装置均设置在所述第一转动座上；

当所述第一转动座相对所述驱动腿转动以使所述第一零点标定装置与所述驱动腿相抵接时，所述第一转动座位于零点位置；

当所述主动腿相对所述第一转动座转动并与所述第二零点标定装置相抵接时，所述主动腿位于零点位置。

2.根据权利要求1所述的机器人下肢结构，其特征在于，所述第一转动座包括对称设置的第一安装架和第二安装架，以及连接所述第一安装架和第二安装架的第一连接架；

所述第二安装架靠近所述第一安装架的端面上铰接有所述主动腿；

所述第一零点标定装置设置在位于第一安装架和第二安装架之间的所述第一连接架上。

3.根据权利要求2所述的机器人下肢结构，其特征在于，所述第一转动座还包括第二连接架；

所述第一连接架与所述第一安装架连接的一端向外延伸形成所述第二连接架，所述第二零点标定装置设置在所述第二连接架上；

所述第一安装架远离所述第二安装架的端面上铰接有所述驱动腿。

4.根据权利要求3所述的机器人下肢结构，其特征在于，所述机器人下肢结构还包括第一连杆、第二连杆和第二转动座；

所述第一连杆的一端与主动腿自由端铰接，所述第一连杆的另一端与所述第二转动座铰接；

所述第二连杆一端与所述第二连接架固定连接，另一端与所述第二转动座铰接；

当所述主动腿相对所述第一转动座转动并与所述第一零点标定装置相抵时，所述第二转动座的下端面与所述第一连接架的下端面平行，且所述第二转动座位于零点位置。

5.根据权利要求3所述的机器人下肢结构，其特征在于，所述驱动腿包括用于与所述第一转动座铰接的铰接部、用于与髋部装配体铰接的髋部连接部、以及用于连接铰接部和髋部连接部的转接部；

所述铰接部和所述第一转动座铰接的铰接轴与所述髋部连接部和所述髋部装配体铰接的铰接轴垂直；

当所述第一转动座相对所述铰接部转动以使所述第一零点标定装置与所述驱动腿相抵接时，所述第二连接架的下端面与所述髋部连接部和所述髋部装配体铰接的铰接轴垂直，且所述第一转动座位于零点位置。

6.根据权利要求1所述的机器人下肢结构，其特征在于，所述机器人下肢结构还包括第一零点匹配装置，所述第一零点匹配装置设置在所述驱动腿上，当所述第一转动座相对所述动腿转动以使所述第一零点标定装置与所述第一零点匹配装置相抵时，所述第一转动座位于零点位置。

7.根据权利要求1所述的机器人下肢结构，其特征在于，所述机器人下肢结构还包括第二零点匹配装置，所述第二零点匹配装置设置在所述主动腿上，当所述主动腿相对所述第一转动座转动以使所述第二零点匹配装置与所述第二零点标定装置相抵时，所述主动腿位于零点位置。

8.根据权利要求1所述的机器人下肢结构，其特征在于，所述第一零点标定装置为凸块，所述凸块设置有用于与所述驱动腿相抵的倾斜端面。

9.根据权利要求1所述的机器人下肢结构，其特征在于，所述第二零点标定装置为凸块，所述凸块的上端面与所述第一转动座的下端面平行。

10.一种机器人，其特征在于，包括髋部装配体，零点定位架和至少一对如权利要求1至9任一项所述的机器人下肢结构；

所述零点定位架包括对称设置的定位部和连接所述定位部的定位连杆；

所述驱动腿的自由端均与所述髋部装配体铰接，所述驱动腿上设置有与所述定位部相匹配的对接部；

当所述定位部均与对应的所述对接部匹配时，一对所述驱动腿均位于零点位置。