CN109178137B - 基于三自由度机械腿的多足机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于三自由度机械腿的多足机器人，包括机身、电气单元和三自由度机械腿，电气单元固定在机身上，多个三自由度机械腿均布在机身的两侧；三自由度机械腿包括机械腿底座、电机减速器组件、转动轴、带传动组件、大腿单元、T形小腿件以及足端件，机械腿底座的上部与机身固连，机械腿底座的两端分别与电机减速器组件、带传动组件和转动轴连接，大腿单元的第一端与电机减速器组件和转动轴连接，大腿单元的第二端与T形小腿件的水平段连接，T形小腿件的垂直段的端部与足端件连接，在电机减速器组件、带传动组件和转动轴的带动下实现机械腿足端的一个转动和两个移动。本发明的机器人越障能力强、承载能力大、动力学特性好、装配工艺性好。

Description

基于三自由度机械腿的多足机器人

技术领域

本发明属于机器人技术领域，涉及一种基于三自由度机械腿的多足机器人。

背景技术

随着机器人技术的不断发展，移动式机器人已经逐渐的参与到工、农业生产以及服务业中。多足机器人作为移动式机器人的一种，相比于轮式与履带式移动机器人，它具有落足点离散，运动灵活及对地面适应性强等特点，是山地、丘陵、楼梯等非结构地面中理想的移动运载平台。根据足的数量的多少，多足机器人又被划分为二足、四足、六足、八足等。由于四足、六足或八足机器人在行走过程中可三足着地，其稳定性和承载能力较好。目前，大多数四足、六足、八足机器人的机械腿采用并联或者串联机构，难以兼具越障能力好和承载能力大的特性。此外，这些机器人的部分驱动器随机械腿一起摆动，导致动力学特性较差。这些不足都使得四足、六足或八足机器人的应用范围比较局限、作业能力不强，大大的限制了这些多足机器人的工程化应用。因此，为了拓展足数大于四的多足机器人的应用范围，设计具有越障能力强、承载能力大、动力学特性好的多足机器人显得十分必要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于三自由度机械腿的多足机器人，采用具有三自由度的机械腿，足端能够实现一个转动和两个移动，该机器人具有较好的越障能力、较大的承载力和较好的动力学特性。

本发明是这样实现的：

一种基于三自由度机械腿的多足机器人，其包括机身、电气单元和三自由度机械腿，所述电气单元固定在所述机身上，多个所述三自由度机械腿均布在所述机身的两侧；所述三自由度机械腿包括机械腿底座、电机减速器组件、转动轴、带传动组件、大腿单元、T形小腿件以及足端件，所述机械腿底座的上部与所述机身固连，所述机械腿底座的两端分别连接有所述电机减速器组件和转动轴，所述电机减速器组件包括第一电机减速器组件、第二电机减速器组件和第三电机减速器组件，所述转动轴包括第一转动轴、第二转动轴和第三转动轴，所述第一电机减速器组件的输出轴与所述第一转动轴固定连接，所述第二电机减速器组件的输出轴与所述第二转动轴固定连接，所述第三电机减速器组件的输出轴与所述第三转动轴固定连接，所述带传动组件包括第一带传动组件和第二带传动组件，所述第一带传动组件和第二带传动组件均包括齿形带、主动齿形带轮、转动副和被动齿形带轮，所述齿形带套设在所述主动齿形带轮和所述被动齿形带轮上，所述转动副固定在所述被动齿形带轮上，所述第一带传动组件和第二带传动组件的被动齿形带轮均通过所述转动副与所述第一转动轴转动连接，所述第一带传动组件的主动齿形带轮与所述第二转动轴固连，所述第二带传动组件的主动齿形带轮与所述第三转动轴固连，所述大腿单元包括第一摆杆、第二摆杆、第一H形摆杆、第二H形摆杆、第三H形摆杆和第四H形摆杆，所述第一摆杆的第一端与所述第二带传动组件的被动齿形带轮的侧面固定连接，所述第一摆杆的第二端与所述第一H形摆杆的第一端转动连接，所述第一H形摆杆的第二端与所述T形小腿件的水平段的第一端转动连接，所述T形小腿件的水平段的第二端与所述第三H形摆杆的第一端转动连接，所述第三H形摆杆的中部与所述第二H形摆杆的第一端转动连接，所述第三H形摆杆的第二端与所述第四H形摆杆的第一端转动连接，所述第四H形摆杆的第二端与所述第一转动轴固定连接，所述第二H形摆杆的第二端分别与两个所述第二摆杆的第一端转动连接，靠近所述第一带传动组件的所述第二摆杆的第二端与所述第一带传动组件的被动齿形带轮的侧面固定连接，靠近所述第二带传动组件的第二摆杆的第二端与所述第一转动轴转动连接；所述T形小腿件的垂直段的端部固连有所述足端件。

优选的，所述第一转动轴、第二转动轴和第三转动轴构成倒三角形，所述第一转动轴位于三角形的顶角。

优选的，所述机械腿底座为U型结构，所述机械腿底座的封闭端与所述机身固连，所述机械腿底座的开口端分别与所述转动轴和电机减速器组件连接。

优选的，所述三自由度机械腿的数量为4个、6个或8个。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的多足机器人所拥有的三自由度机械腿能实现一个转动和两个移动的三自由度运动，具有结构简单、越障能力强的特点。

(2)本发明的多足机器人的驱动元件、控制元件均固定于机架上，使得多足机器人的机械腿比较轻盈，使多足机器人具有较好的动力学特性。

(3)本发明的多足机器人的大腿单元采用并联结构，使得多足机器人的承载能力较好。

(4)本发明的所有运动副均采用转动副、工艺性好且易于安装。

附图说明

图1为本发明的基于三自由度机械腿的多足机器人的结构示意图；

图2为本发明的三自由度机械腿的结构示意图；

图3为本发明的带传动组件的结构示意图；

图4为本发明的大腿单元的结构图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和性能方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

如图1所示，一种基于三自由度机械腿的多足机器人，其包括机身1、电气单元2和三自由度机械腿3，电气单元2固定在机身1上，多个三自由度机械腿3均布在机身1的两侧；

如图2所示，三自由度机械腿3包括机械腿底座31、电机减速器组件33、转动轴32、带传动组件34、大腿单元35、T形小腿件36以及足端件37，机械腿底座31的上部与机身1固连，机械腿底座31的两端分别连接有电机减速器组件33和转动轴32，电机减速器组件33包括第一电机减速器组件331、第二电机减速器组件332和第三电机减速器组件333，转动轴32包括第一转动轴321、第二转动轴322和第三转动轴323，第一电机减速器组件331的输出轴与第一转动轴321固定连接，第二电机减速器组件332的输出轴与第二转动轴322固定连接，第三电机减速器组件333的输出轴与第三转动轴323固定连接，第一电机减速器组件331、第二电机减速器组件332和第三电机减速器组件333的机身与机械腿底座31固定；

带传动组件34包括第一带传动组件341和第二带传动组件342，如图3所示，第一带传动组件341和第二带传动组件342均包括齿形带3411、主动齿形带轮3412、转动副3414和被动齿形带轮3413，齿形带3411套设在主动齿形带轮3412和被动齿形带轮3413上，转动副3414固定在被动齿形带轮3413上，第一带传动组件341和第二带传动组件342的被动齿形带轮3413均通过转动副3414与第一转动轴321转动连接，第一转动轴321、第一带传动组件341的被动齿形带轮和第二带传动组件342的被动齿形带轮同轴安装，第一带传动组件341的主动齿形带轮与第二转动轴322固连，第二带传动组件342的主动齿形带轮与第三转动轴323固连；

如图2和4所示，大腿单元35包括第一摆杆351、第二摆杆353、第一H形摆杆352、第二H形摆杆355、第三H形摆杆354和第四H形摆杆356，第一摆杆351的第一端与第二带传动组件342的被动齿形带轮的侧面固定连接，第一摆杆351的第二端与第一H形摆杆352的第一端转动连接，第一H形摆杆352的第二端与T形小腿件36的水平段的第一端转动连接，T形小腿件36的水平段的第二端与第三H形摆杆354的第一端转动连接，第三H形摆杆354的中部与第二H形摆杆355的第一端转动连接，第三H形摆杆354的第二端与第四H形摆杆356的第一端转动连接，第四H形摆杆356的第二端与第一转动轴321固定连接，第二H形摆杆355的第二端分别与两个第二摆杆353的第一端转动连接，靠近第一带传动组件341的第二摆杆353的第二端与第一带传动组件341的被动齿形带轮的侧面固定连接，靠近第二带传动组件342的第二摆杆的第二端与第一转动轴转动连接；T形小腿件36的垂直段的端部固连有足端件37。第三电机减速器组件333通过第二带传动组件342带动第一摆杆351绕第一转动轴321摆动，从而带动T形小腿件36，使T形小腿件36绕第三H形摆杆354的第一端摆动，第二电机减速器组件332通过第一带传动组件341带动第二摆杆353绕第一转动轴321摆动，第一电机减速器组件331带动第四H形摆杆356绕第一转动轴321的轴线摆动；在电机减速器组件的协同作用下，机械腿足端能够实现一个转动和两个移动运动。

优选的，本发明的转动连接通过转动轴实现。

优选的，第一转动轴321位于第二转动轴322和第三转动轴323的中间，避免机器人运动时，各部件之间产生交叉干扰。

或者，优选的，第一转动轴321、第二转动轴322和第三转动轴323构成倒三角形，第一转动轴321位于三角形的顶角，便于在电机减速器组件33、转动轴32和带传动组件34的带动下，机械腿进行有序运动。

优选的，机械腿底座31为U型结构，机械腿底座31的封闭端与机身1固连，机械腿底座31的开口端分别与转动轴32和电机减速器组件33连接。

优选的，三自由度机械腿的数量为4个、6个或8个，机械腿的数量可根据具体工作环境和需要进行设置。

在本实施例中，三自由度机械腿的数量为6个，机器人为六足机器人，第一转动轴321、第二转动轴322和第三转动轴323构成倒三角形，第一转动轴321位于三角形的顶角，第一带传动组件341和第二带传动组件342的被动齿形带轮3413均通过转动副3414与第一转动轴321转动连接，第一转动轴321、第一带传动组件341的被动齿形带轮和第二带传动组件342的被动齿形带轮同轴安装，第一带传动组件341的主动齿形带轮与第二转动轴322固连，第二带传动组件342的主动齿形带轮与第三转动轴323固连；第三电机减速器组件333通过第二带传动组件342带动大腿单元35的第一摆杆351绕第一转动轴321摆动，从而带动T形小腿件36，使T形小腿件36绕第三H形摆杆354的第一端摆动，第二电机减速器组件332通过第一带传动组件341带动大腿单元35的第二摆杆353绕第一转动轴321摆动，第一电机减速器组件331带动大腿单元35的第四H形摆杆356绕第一转动轴321的轴线摆动；在电机减速器组件的协同作用下，机械腿足端能够实现一个转动和两个移动运动。在实际工作中，电气单元对多条机械腿进行控制，机械腿同时运动，完成机器人的行走及作业。

综上，本发明的机器人越障能力强、承载能力大、动力学特性好、装配工艺性好。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种基于三自由度机械腿的多足机器人，其特征在于：其包括机身、电气单元和三自由度机械腿，

所述电气单元固定在所述机身上，多个所述三自由度机械腿均布在所述机身的两侧；

所述三自由度机械腿包括机械腿底座、电机减速器组件、转动轴、带传动组件、大腿单元、T形小腿件以及足端件，所述机械腿底座的上部与所述机身固连，所述机械腿底座的两端分别连接有所述电机减速器组件和转动轴，

所述电机减速器组件包括第一电机减速器组件、第二电机减速器组件和第三电机减速器组件，所述转动轴包括第一转动轴、第二转动轴和第三转动轴，所述第一电机减速器组件的输出轴与所述第一转动轴固定连接，所述第二电机减速器组件的输出轴与所述第二转动轴固定连接，所述第三电机减速器组件的输出轴与所述第三转动轴固定连接，

所述带传动组件包括第一带传动组件和第二带传动组件，所述第一带传动组件和第二带传动组件均包括齿形带、主动齿形带轮、转动副和被动齿形带轮，所述齿形带套设在所述主动齿形带轮和所述被动齿形带轮上，所述转动副固定在所述被动齿形带轮上，所述第一带传动组件和第二带传动组件的被动齿形带轮均通过所述转动副与所述第一转动轴转动连接，所述第一带传动组件的主动齿形带轮与所述第二转动轴固连，所述第二带传动组件的主动齿形带轮与所述第三转动轴固连，

所述大腿单元包括第一摆杆、第二摆杆、第一H形摆杆、第二H形摆杆、第三H形摆杆和第四H形摆杆，所述第一摆杆的第一端与所述第二带传动组件的被动齿形带轮的侧面固定连接，所述第一摆杆的第二端与所述第一H形摆杆的第一端转动连接，所述第一H形摆杆的第二端与所述T形小腿件的水平段的第一端转动连接，所述T形小腿件的水平段的第二端与所述第三H形摆杆的第一端转动连接，所述第三H形摆杆的中部与所述第二H形摆杆的第一端转动连接，所述第三H形摆杆的第二端与所述第四H形摆杆的第一端转动连接，所述第四H形摆杆的第二端与所述第一转动轴固定连接，所述第二H形摆杆的第二端分别与两个所述第二摆杆的第一端转动连接，靠近所述第一带传动组件的第二摆杆的第二端与所述第一带传动组件的被动齿形带轮的侧面固定连接，靠近所述第二带传动组件的第二摆杆的第二端与所述第一转动轴转动连接；

所述T形小腿件的垂直段的端部固连有所述足端件。

2.根据权利要求1所述的基于三自由度机械腿的多足机器人，其特征在于：所述第一转动轴、第二转动轴和第三转动轴构成倒三角形，所述第一转动轴位于三角形的顶角。

3.根据权利要求1所述的基于三自由度机械腿的多足机器人，其特征在于：所述机械腿底座为U型结构，所述机械腿底座的封闭端与所述机身固连，所述机械腿底座的开口端分别与所述转动轴和电机减速器组件连接。

4.根据权利要求1所述的基于三自由度机械腿的多足机器人，其特征在于：所述三自由度机械腿的数量为4个、6个或8个。