CN109747731B - 机器人及其腿部结构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于机器人技术领域，涉及机器人及其腿部结构。腿部舵机的动力通过第一传动机构带动大腿前后移动，通过第二传动机构带动小腿在大腿向后移动时向后转动而在大腿向前移动时向前转动，通过第三传动机构带动脚部在小腿向后转动时转动抬起而在小腿向前转动时转动着地。该机器人腿部结构单腿只采用一个舵机，就可以控制机器人腿部运动，实现抬腿收脚动作的正常运动，成本降低。

Description

机器人及其腿部结构
技术领域
本发明属于机器人技术领域，更具体地说，是涉及机器人及其腿部结构。
背景技术
机器人模拟人体运动是通过在其关节处设置提供动力输出的伺服舵机实现的，通常每个舵机提供一个自由度。采用这种设计的机器人，需要在每个关节处设置一个舵机，其成本相对较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机器人腿部结构，以解决现有机器人需要在每个关节处设置一个舵机引起成本较高的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种机器人腿部结构，包括：
大腿；
枢接于所述大腿的小腿；
枢接于所述小腿的脚部；
固定于所述大腿的腿部舵机；
用于将所述腿部舵机的动力传递至所述大腿以驱动所述大腿前后移动的第一传动机构；
在所述大腿向后移动时使所述小腿向后转动而在所述大腿向前移动时使所述小腿向前转动的第二传动机构；以及
在所述小腿向后转动时使所述脚部转动抬起而在所述小腿向前转动时使所述脚部转动着地的第三传动机构。
进一步地，所述第一传动机构包括设于机器人腰部且具有安装槽的安装部、以及固定于所述腿部舵机的输出轴的偏心轮，所述偏心轮限位于所述安装槽内。
进一步地，所述偏心轮的外表面设有限位凸缘，所述安装部具有用于供所述限位凸缘伸入以限定所述偏心轮的轴向位置的第一限位槽。
进一步地，所述第二传动机构包括设于机器人腰部的固定架、以及依次铰接的第一连杆、第二连杆与第三连杆，所述第一连杆远离于所述第二连杆的一端枢接于所述固定架，所述第二连杆的中心枢接于所述大腿，所述第三连杆的末端枢接于所述小腿，所述大腿与所述小腿之间的枢接轴线位于所述第二连杆与所述大腿之间的枢接轴线的前方。
进一步地，所述第一连杆的端部设有连接轴，所述连接轴的末端设有限位部，所述固定架开设有供所述限位部伸入以限定所述连接轴的轴向位置的第二限位槽。
进一步地，所述第三传动机构包括两端分别枢接于所述大腿与所述脚部的第四连杆，所述小腿与所述脚部之间的枢接轴线位于所述第四连杆与所述脚部之间的枢接轴线的前方，所述第三连杆与所述小腿之间的枢接轴线位于所述第四连杆与所述大腿之间的枢接轴线的前方。
进一步地，所述大腿与所述小腿之间的枢接轴线位于所述大腿与所述第四连杆之间的枢接轴线的上方。
进一步地，所述脚部固定有安装座，所述脚部通过所述安装座枢接于所述小腿，所述第四连杆通过所述安装座枢接于所述脚部。
进一步地，所述大腿具有悬挂部，所述悬挂部开设有滑槽，所述滑槽穿设有用于限定所述大腿的移动范围的悬杆。
本发明提供一种机器人，包括上述机器人腿部结构。
本发明相对于现有技术的技术效果是：腿部舵机的动力通过第一传动机构带动大腿前后移动，通过第二传动机构带动小腿在大腿向后移动时向后转动而在大腿向前移动时向前转动，通过第三传动机构带动脚部在小腿向后转动时转动抬起而在小腿向前转动时转动着地。该机器人腿部结构单腿只采用一个舵机，就可以控制机器人腿部运动，实现抬腿收脚动作的正常运动，成本降低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的机器人的立体装配图；
图2为本发明实施例提供的机器人腿部结构的立体分解图；
图3为图2的机器人腿部结构的进一步立体分解图，其中部分大腿外壳与小腿外壳未示；
图4为图1的机器人腿部结构的结构示意图；
图5为图4的机器人腿部结构的立体分解图；
图6为图4的机器人腿部结构的另一角度的结构示意图；
图7为图2的机器人腿部结构的立体分解图；
图8为图7的机器人腿部结构的进一步立体分解图；
图9为图6的机器人腿部结构在站立时的工作示意图；
图10为图9的机器人腿部结构在转为大腿向后移动、小腿向后转动、脚部转动抬起时的工作示意图；
图11为图10的机器人腿部结构在转为大腿逐渐向前移动、小腿逐渐向前转动、脚部保持抬起时的工作示意图；
图12为图11的机器人腿部结构在转为大腿向前移动、小腿向前转动、脚部转动着地时的工作示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1、图7至图9，先对本发明提供的机器人腿部结构进行说明。机器人腿部结构包括大腿10、枢接于大腿10的小腿20、枢接于小腿20的脚部30、固定于大腿10的腿部舵机40、用于将腿部舵机40的动力传递至大腿10以驱动大腿10前后移动的第一传动机构50、在大腿10向后移动时使小腿20向后转动(图9、图10所示)而在大腿10向前移动时使小腿20向前转动(图11、图12所示)的第二传动机构60、在小腿20向后转动时使脚部30转动抬起(图9、图10所示)而在小腿20向前转动时使脚部30转动着地(图11、图12所示)的第三传动机构70。
腿部舵机40的动力通过第一传动机构50带动大腿10前后移动，通过第二传动机构60带动小腿20在大腿10向后移动时向后转动而在大腿10向前移动时向前转动，通过第三传动机构70带动脚部30在小腿20向后转动时转动抬起而在小腿20向前转动时转动着地。该机器人腿部结构单腿只采用一个舵机，就可以控制机器人腿部运动，实现抬腿收脚动作的正常运动，成本降低。
请参阅图1、图2，大腿10通过两个大腿外壳11扣合形成，小腿20通过两个小腿外壳21扣合形成。大腿外壳11外设有大腿护甲12，小腿20外设有小腿护甲22。大腿10与小腿20的枢接处前方设有膝盖护甲23。脚部30设有脚部护甲31。第一传动机构50设于大腿外壳11的内侧。配置两个腿部结构时，第一传动机构50设于两个大腿外壳11之间，结构紧凑。机器人腰部200通过两个腰部外壳210扣合形成。机器人大腿外壳11内部设有腿部舵机40，腿部舵机40与机器人的主控芯片信号连接，执行来自主控芯片的转动指令。腿部舵机40的输出轴穿出于大腿外壳11的第一过孔113。
进一步地，请参阅图5至图8，作为本发明提供的机器人腿部结构的一种具体实施方式，第一传动机构50包括设于机器人腰部200且具有安装槽511的安装部51、以及固定于腿部舵机40的输出轴的偏心轮52，偏心轮52限位于安装槽511内。安装部51的安装槽511部分直接成型于机器人前侧的腰部外壳210，下述的固定架61固定于该腰部外壳210以封闭安装槽511。偏心轮52呈圆形，安装槽511具有与偏心轮52相适配的形状。腿部舵机40带动偏心轮52转动时，偏心轮52转动，带动固定于腿部舵机40的大腿10前后移动。具体地，大腿10的上端部是在以偏心轮52的中心为圆心、偏心半径为半径的圆作转动运动。舵机的输出轴与偏心轮52之间型面联接，容易装配。
进一步地，请参阅图8，作为本发明提供的机器人腿部结构的一种具体实施方式，偏心轮52的外表面设有限位凸缘521，安装部51具有用于供限位凸缘521伸入以限定偏心轮52的轴向位置的第一限位槽512。该结构便于偏心轮52定位与装配，确保配置两个第一传动机构50时不会相互影响，保证两个腿部结构正常工作。固定架61的固定座611背离于第二限位槽6111的一侧开设有避让槽，用于避让偏心轮52的限位凸缘521，便于偏心轮52定位与装配。
进一步地，请参阅图3至图5、图9，作为本发明提供的机器人腿部结构的一种具体实施方式，第二传动机构60包括设于机器人腰部200的固定架61、以及依次铰接的第一连杆62、第二连杆63与第三连杆64，第一连杆62远离于第二连杆63的一端枢接于固定架61，第二连杆63的中心枢接于大腿10，第三连杆64的末端枢接于小腿20，大腿10与小腿20之间的枢接轴线A位于第二连杆63与大腿10之间的枢接轴线B的前方。该方案能实现小腿20的转动控制。请同时参考图9、图10，机器人腿部结构运动时，腿部舵机40执行旋转指令，由于偏心轮52的作用，机器人大腿10向上、后方移动，第一连杆62使得第二连杆63的左端下降、右端上升，进而使得第三连杆64向上运动，机器人小腿20绕与大腿10之间的枢接轴线A向后转动。请参考图11、图12，机器人腿部由高向下运动时，过程与此相反。具体地，第一连杆62与第二连杆63之间、第二连杆63与第三连杆64之间、第三连杆64与小腿20之间分别采用枢接轴枢接。
进一步地，请参阅图4、图7、图8，作为本发明提供的机器人腿部结构的一种具体实施方式，第一连杆62的端部设有连接轴621，连接轴621的末端设有限位部622，固定架61开设有供限位部622伸入以限定连接轴621的轴向位置的第二限位槽6111。固定架61包括固定座611与压盖612，第二限位槽6111形成于固定座611与压盖612，将压盖612固定于固定座611后，限位部622限位于第二限位槽6111且连接轴621只能转动而不能轴向移动，确保配置两个第一传动机构50时不会相互影响，保证两个腿部结构正常工作。两个第一传动机构50中的第一连杆62连接轴621共用同一个固定架61，便于装配。连接轴621穿出于大腿10的第二过孔114，且限位部622安装于固定架61。
进一步地，请参阅图3、图9，作为本发明提供的机器人腿部结构的一种具体实施方式，第三传动机构70包括两端分别枢接于大腿10与脚部30的第四连杆71，小腿20与脚部30之间的枢接轴线C位于第四连杆71与脚部30之间的枢接轴线D的前方，第三连杆64与小腿20之间的枢接轴线F位于第四连杆71与大腿10之间的枢接轴线E的前方。该方案能实现机器人脚部的转动抬起与转动着地动作。请同时参考图9、图10，在机器人小腿20向后转动的同时，第四连杆71使得机器人脚部30转动抬起。请参考图11、图12，机器人腿部由高向下运动时，过程与此相反，使得机器人脚部30转动着地。第四连杆71与大腿10之间、第四连杆71与脚部30之间分别采用枢接轴枢接。
进一步地，请参阅图3、图9，作为本发明提供的机器人腿部结构的一种具体实施方式，大腿10与小腿20之间的枢接轴线A位于大腿10与第四连杆71之间的枢接轴线E的上方。该方案能让小腿20向后转动脚部30转动抬起，而在小腿20向前转动时脚部30转动着地。
进一步地，请参阅图3、图9，作为本发明提供的机器人腿部结构的一种具体实施方式，脚部30固定有安装座72，脚部30通过安装座72枢接于小腿20，第四连杆71通过安装座72枢接于脚部30。该结构容易装配，让脚部30枢接于小腿20，让第四连杆71枢接于脚部30。
进一步地，请参阅图4、图5，作为本发明提供的机器人腿部结构的一种具体实施方式，大腿10具有悬挂部111，悬挂部111开设有滑槽112，滑槽112穿设有用于限定大腿10的移动范围的悬杆13。悬杆13固定于机器人腰部200，悬杆13的两端部分别插设于腰部外壳210的安装孔211以限位于腰部外壳210。滑槽112大致沿竖直方向延伸。悬杆13穿设于大腿10的滑槽112，限定大腿10的移动范围。在配置两个大腿10时，同一根悬杆13穿过于两个大腿10悬挂部111的滑槽112，以限定两个大腿10的移动范围。
以上提到两个结构件的枢接都可以通过枢接轴穿过两个结构件来实现。
本发明还提供一种机器人，包括上述任一实施例机器人腿部结构。腿部舵机40的动力通过第一传动机构50带动大腿10前后移动，通过第二传动机构60带动小腿20在大腿10向后移动时向后转动而在大腿10向前移动时向前转动，通过第三传动机构70带动脚部30在小腿20向后转动时转动抬起而在小腿20向前转动时转动着地。该机器人腿部结构单腿只采用一个舵机，就可以控制机器人腿部运动，实现抬腿收脚动作的正常运动，成本降低。
以上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 (9)

1.机器人腿部结构，其特征在于，包括：
大腿，其包括大腿外壳；
枢接于所述大腿的小腿；
枢接于所述小腿的脚部；
固定于所述大腿的腿部舵机，所述腿部舵机设于所述大腿外壳内部；
用于将所述腿部舵机的动力传递至所述大腿以驱动所述大腿前后移动的第一传动机构；所述第一传动机构包括设于机器人腰部且具有安装槽的安装部、以及其偏心固定于所述腿部舵机的输出轴的偏心轮，所述偏心轮限位于所述安装槽内；
在所述大腿向后移动时使所述小腿向后转动而在所述大腿向前移动时使所述小腿向前转动的第二传动机构；以及
在所述小腿向后转动时使所述脚部转动抬起而在所述小腿向前转动时使所述脚部转动着地的第三传动机构。
2.如权利要求1所述的机器人腿部结构，其特征在于，所述偏心轮的外表面设有限位凸缘，所述安装部具有用于供所述限位凸缘伸入以限定所述偏心轮的轴向位置的第一限位槽。
3.如权利要求1或2所述的机器人腿部结构，其特征在于，所述第二传动机构包括设于机器人腰部的固定架、以及依次铰接的第一连杆、第二连杆与第三连杆，所述第一连杆远离于所述第二连杆的一端枢接于所述固定架，所述第二连杆的中心枢接于所述大腿，所述第三连杆的末端枢接于所述小腿，所述大腿与所述小腿之间的枢接轴线位于所述第二连杆与所述大腿之间的枢接轴线的前方。
4.如权利要求3所述的机器人腿部结构，其特征在于，所述第一连杆的端部设有连接轴，所述连接轴的末端设有限位部，所述固定架开设有供所述限位部伸入以限定所述连接轴的轴向位置的第二限位槽。
5.如权利要求3所述的机器人腿部结构，其特征在于，所述第三传动机构包括两端分别枢接于所述大腿与所述脚部的第四连杆，所述小腿与所述脚部之间的枢接轴线位于所述第四连杆与所述脚部之间的枢接轴线的前方，所述第三连杆与所述小腿之间的枢接轴线位于所述第四连杆与所述大腿之间的枢接轴线的前方。
6.如权利要求5所述的机器人腿部结构，其特征在于，所述大腿与所述小腿之间的枢接轴线位于所述大腿与所述第四连杆之间的枢接轴线的上方。
7.如权利要求5所述的机器人腿部结构，其特征在于，所述脚部固定有安装座，所述脚部通过所述安装座枢接于所述小腿，所述第四连杆通过所述安装座枢接于所述脚部。
8.如权利要求1或2所述的机器人腿部结构，其特征在于，所述大腿具有悬挂部，所述悬挂部开设有滑槽，所述滑槽穿设有用于限定所述大腿的移动范围的悬杆。
9.机器人，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的机器人腿部结构。
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