CN110203301A - 一种行走机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种行走机器人，包括机架部件、传动部件和行走装置；所述传动部件和所述行走装置均设置在所述机架部件上；所述传动部件能够为所述行走装置提供行走的动力；其中，所述行走装置包括：第一行走单元、第二行走单元、第三行走单元和第四行走单元；所述第一行走单元、第二行走单元、第三行走单元和第四行走单元依次排列设置在所述机架部件的两侧；所述第一行走单元、第二行走单元、第三行走单元和第四行走单元的结构相同；其中，所述第一行走单元包括左行走机构、右行走机构和第一传动横轴；本发明提供的行走机器人，具有结构简单，适应性好，能量利用效率高的优点。

Description

一种行走机器人
技术领域
本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种行走机器人。
背景技术
随着科技的发展，机器人在我们生活中的运用越来越广泛，我们身边的的服务行业，医疗行业以及家居行业已经开始大量出现机器人。但目前的行走机器人一方面结构十分复杂，成本较高，且路面适应性较差；另一方面则是其能量的利用方面不尽如人意。并且由于足式机器人在行走的过程中不可避免的会对接地处的结构造成冲击，因此如何减少冲击，延长使用寿命也是其亟待解决的问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对现有存在的技术问题，本发明提供一种行走机器人，具有结构简单，适应性好，能量利用效率高的优点。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种行走机器人，包括机架部件、传动部件、行走装置；
所述传动部件和所述行走装置均设置在所述机架部件上；
所述传动部件能够为所述行走装置提供行走的动力；
其中，所述行走装置包括：第一行走单元、第二行走单元、第三行走单元和第四行走单元；
所述第一行走单元、第二行走单元、第三行走单元和第四行走单元依次排列设置在所述机架部件的两侧；
所述第一行走单元、第二行走单元、第三行走单元和第四行走单元的结构相同；
其中，所述第一行走单元包括左行走机构、右行走机构和第一传动横轴；
所述左行走机构和所述右行走机构的结构相同；
所述左行走机构和所述右行走机构分别位于所述第一传动横轴的两端，并能够同时借助于所述第一传动横轴获得行走的动力；
所述第一传动横轴借助于锥齿轮与纵向的传动部件传动连接。
优选地，所述机架部件为一长方体形架体；
所述机架部件包括机架主体、第一稳定架和第二稳定架；
所述第一稳定架和所述第二稳定架分别设置在所述机架主体左右两侧的下方，并与所述机架主体固定连接；
所述第一稳定架和所述第二稳定架的结构相同。
优选地，所述传动部件包括：第一传动轴和第二传动轴；
所述第一传动轴和所述第二传动轴均纵向布置在所述机架主体的中间部分；
所述第一传动轴和所述第二传动轴之间借助于齿轮同步转动；
所述第一传动轴分别与所述第一行走单元和所述第三行走单元传动连接；
所述第二传动轴分别与所述第二行走单元和所述第四行走单元传动连接。
优选地，所述左行走机构包括：弹簧复位减震组件、凸轮和行走脚；
所述凸轮与所述第一传动横轴的一端连接；
所述第一传动横轴能够借助于所述凸轮带动所述行走脚在竖直方向和水平方向移动；
所述弹簧复位减震组件设置在所述行走脚上方的机架部件上；
在所述行走脚在竖直方向上移动时，所述所述弹簧复位减震组件能够辅助所述行走脚进行减震和复位。
优选地，所述弹簧复位减振组件包括：复位导轨、升降横梁和复位弹簧；
所述复位导轨为一U形结构体，且所述U形结构体开口朝下固定设置在所述机架主体上；
所述升降横梁的两端能够分别与所述U形结构体的两臂配合可滑动地卡设于所述两臂之间；
所述所述复位弹簧竖直设置于所述升降横梁与所述U形结构体之间。
优选地，所述行走脚包括：腿部、减振弹簧和脚部；
所述腿部包括顶端和末端；
所述末端与所述脚部连接；
所述减振弹簧设置于所述腿部和所述脚部之间，用以减振。
所述升降横梁的底面设有横向滑槽；
所述顶端固定设有滑块；
所述滑块与所述横向滑槽相匹配，并能够在外力的作用下在所述横向滑槽内往复水平横向滑动。
优选地，所述凸轮上布置有销；
所述腿部的侧面设有竖向滑槽；
所述销与所述竖向滑槽相匹配，在所述凸轮的转动下，所述销能够在所述竖向滑槽内滑动，并带动所述腿部在竖直方向和水平横向上往复运动。
优选地，所述凸轮包括上端面和下端面；
所述第一行走单元和所述第三行走单元的凸轮的安装相比所述第二行走单元和所述第四行走单元的凸轮的安装相位相差180°；
在所述第一行走单元和所述第三行走单元的凸轮的上端面均朝上时，所述第二行走单元和所述第四行走单元的凸轮的下端面均朝上。
优选地，所述第一传动轴的水平高度与所述第二传动轴的水平高度相差X；
所述第一行走单元和所述第三行走单元的腿部长度相比所述第二行走单元和所述第四行走单元的腿部长度相差X。
优选地，还包括驱动电机；
所述驱动电机位于所述机架部件的上方，并与所述传动部件传动连接；
所述行走脚还包括固定套；
所第一稳定架上设有滑轨适于所述固定套滑动；
所述固定套套设在所述脚部上，并卡设于所述第一稳定架上的滑轨。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：本发明提供的一种走行机器人，具有以下有益效果：
(1)采用凸轮传动代替了现有技术中的复杂传动结构，其成本低廉、结构简单。
(2)机器人采取的足式行走方式能够适应多种路况，而且比轮式机器人的应用范围更广，同时采取的四足交替运动方式可以弥补目前大多数机器人运动不稳的缺陷。
(3)采用复位弹簧提高了行走过程中的能量利用率。
附图说明
图1为本发明提供的一种行走机器人的整体结构示意图；
图2为本发明提供的一种行走机器人的传动机构的结构示意图；
图3为本发明提供的一种行走机器人的第一种姿态示意图；
图4为本发明提供的一种行走机器人的第二种姿态示意图；
图5为本发明提供的一种行走机器人的左行走机构的结构示意图；
图6a为本发明提供的一种行走机器人的腿部侧面结构示意图；
图6b为本发明提供的一种行走机器人的腿部侧面结构示意图；
图7a为本发明提供的一种行走机器人的升降横梁的结构示意图；
图7b为本发明提供的一种行走机器人的升降横梁的底面结构示意图；
图8a为本发明提供的一种行走机器人的凸轮的正面结构示意图；
图8b为本发明提供的一种行走机器人的的凸轮的侧面结构示意图。
【附图标记说明】
1：机架部件；2：传动部件；3：行走装置；
Z1：第一传动轴；Z11：传动横轴；Z12：传动横轴；
Z2：第二传动轴；Z21：传动横轴；Z22：传动横轴；
A：第一行走单元；A1：复位导轨；A2：升降横梁；A3：机架主体；A4：加强梁；A5：腿部；A6：减振弹簧；A7：脚部；A8：固定套；A9：凸轮；A10：复位弹簧；
B：第二行走单元；
C：第三行走单元；
D：第四行走单元；
a：竖向滑槽；b’：滑块；b：横向滑槽；a’：销。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例一
如图1-图4所示：本实施例公开了一种行走机器人，包括机架部件1、传动部件2、行走装置3；所述传动部件2和所述行走装置3均设置在所述机架部件1上；所述传动部件2能够为所述行走装置3提供行走的动力。
详细地，其中，所述行走装置3包括：第一行走单元A、第二行走单元B、第三行走单元C和第四行走单元D。
所述第一行走单元A、第二行走单元B、第三行走单元C和第四行走单元D依次排列设置在所述机架部件A的两侧；所述第一行走单元A、第二行走单元B、第三行走单元C和第四行走单元D的结构相同。
应说明的是：其中，所述第一行走单元A包括左行走机构、右行走机构和第一传动横轴；所述左行走机构和所述右行走机构的结构相同。
本实施例中所述左行走机构和所述右行走机构分别位于所述第一传动横轴的两端，并能够同时借助于所述第一传动横轴获得行走的动力；所述第一传动横轴借助于锥齿轮与纵向的传动部件传动连接。
需要说明的是：本实施例中所述的行走机器人在行走时，第一行走单元A与所述第三行走单元C同步，所述第二行走单元B和所述第四行走单元D同步。
机架部件
本实施例中所述的机架部件1为一长方体形架体；
所述机架部件包括机架主体A3、第一稳定架和第二稳定架；
所述第一稳定架和所述第二稳定架分别设置在所述机架主体A3左右两侧的下方，并与所述机架主体A3固定连接；所述第一稳定架和所述第二稳定架的结构相同。
应说明的是：本实施例中所述的第一稳定架和所述第二稳定架的功能相同，用以保障每一行走单元能够平稳行走。
这里所述的第一稳定架和所述第二稳定架实质上均为加强梁A4。
传动部件
如图2所示：本实施中所述的传动部件2包括：第一传动轴和第二传动轴。
所述第一传动轴Z1和所述第二传动轴Z2均纵向布置在所述机架主体A3的中间部分。
所述第一传动轴Z1和所述第二传动轴Z2之间借助于齿轮同步转动；所述第一传动轴Z1分别与所述第一行走单元A和所述第三行走单元C传动连接；所述第二传动轴Z2分别与所述第二行走单元B和所述第四行走单元D传动连接。
最后应说明的是本实施例中所述的第一传动轴Z1和所述第二传动轴Z2的结构相同。
左行走机构
如图5所示：本实施例中所述左行走机构包括：弹簧复位减震组件、凸轮和行走脚。
详细地，这里所述的凸轮与所述第一传动横轴的一端连接。
所述第一传动横轴能够借助于所述凸轮带动所述行走脚在竖直方向和水平方向移动。
所述弹簧复位减震组件设置在所述行走脚上方的机架部件上。
在所述行走脚在竖直方向上移动时，所述所述弹簧复位减震组件能够辅助所述行走脚进行减震和复位。
弹簧复位减振组件
如图7a和图7b所示：本实施例中所述的弹簧复位减振组件包括：复位导轨A1、升降横梁A2和复位弹簧A10。
所述复位导轨A1为一U形结构体，且所述U形结构体开口朝下固定设置在所述机架主体A3上。
所述升降横梁A2的两端能够分别与所述U形结构体的两臂配合可滑动地卡设于所述两臂之间。
所述所述复位弹簧A10竖直设置于所述升降横梁A2与所述U形结构体之间。
应说明的是：本实施例中所述弹簧复位减振组件用以辅助所述行走脚在行走时的减振工作，同时还能够在行走脚向上运动时将机械能转换为势能存储起来，在行走脚向下运动时，再将存储起来的势能转换为机械能，优化了能量的利用效率。
行走脚
如图6a和图6b所示：本实施例中所述的行走脚包括：腿部A5、减振弹簧A6和脚部A7；所述腿部A5包括顶端和末端；所述末端与所述脚部A7连接。
所述减振弹簧A6设置于所述腿部A5和所述脚部A7之间，用以减振。
所述升降横梁A2的底面设有横向滑槽b；所述顶端固定设有滑块b’；
所述滑块b’与所述横向滑槽b相匹配，并能够在外力的作用下在所述横向滑槽b内往复水平横向滑动。
凸轮
如图8a和图8b所示：本实施例中所述凸轮A9上布置有销a’；所述腿部A5的侧面设有竖向滑槽a；
所述销a’与所述竖向滑槽a相匹配，在所述凸轮A9的转动下，所述销a’能够在所述竖向滑槽a内滑动，并带动所述腿部A5在竖直方向和水平横向上往复运动。
应说明的是：本实施例中所述的凸轮A9能够通过所述销a’和竖向滑槽a的配合将运动传递和转化给脚部A7，带动所述脚部A7完成行走姿态。
本实施例中所述的凸轮A9包括：上端面和下端面。
所述第一行走单元A和所述第三行走单元C的凸轮的安装相比所述第二行走单元B和所述第四行走单元D的凸轮的安装相位相差180°。
在所述第一行走单元A和所述第三行走单元C的凸轮的上端面均朝上时，所述第二行走单元B和所述第四行走单元D的凸轮的下端面均朝上。
在实际行走中，机器人的所述第一行走单元A和所述第三行走单元C同步行走，所述第二行走单元B和所述第四行走单元D同步行走；比如，当所述第一行走单元A和所述第三行走单元C抬起脚行走时，所述第二行走单元B和所述第四行走单元D处于静止驻地状态。
这里应说明的是：本实施例中所述的第一传动轴Z1的水平高度与所述第二传动轴Z2的水平高度相差X。
所述第一行走单元A和所述第三行走单元C的腿部长度相比所述第二行走单元B和所述第四行走单元D的腿部长度相差X。
因此，本实施例中所述的脚部A7包括两个类型，分别为长腿部和短腿部，且所述长腿部与所述短腿部之间长度差为X，以此保证本实施例中所述的行走机器人能够平稳的行走。
驱动电机
本实施例中所述的行走机器人还包括驱动电机。
具体地，本实施例中所述的驱动电机位于所述机架部件1的上方，并与所述传动部件2传动连接。
最后，应说明的是：本实施例中所述的行走脚还包括固定套A8，所第一稳定架上设有滑轨适于所述固定套A8滑动。
具体地。所述固定套A8套设在所述脚部A7上，并卡设于所述第一稳定架上的滑轨。
这样设置能够避免本实施例中所述的行走脚在行走的时候产生钟摆显现，而导致的行走过程中的稳定性差的问题。
实施例二
如图1所示为本发明行走机器人的整体结构示意图，图2为该行走机器人的传动结构示意图。该机器人的驱动装置---电机(未画出)安装于机器人的上部，通过传动装置输出动力到各个机械腿(行走单元)。机器人开始工作时，电机轴通过机器人甲板上方的开槽带动第一传动轴Z1转动，第二传动轴Z2通过齿轮与第一传动轴Z1相连，进而将运动传递到第一传动轴Z2；横轴(第一传动横轴和其它行走单元的传动横轴)则通过锥齿轮与第一传动轴或第二传动轴传相连，将运动传递到各运动腿(机械腿)。
如图3与图4所示是本实施例中所述行走机器人的不同运动姿态示意图。第一传动轴Z1与第二传动Z2由于齿轮传动，始终保持转动状态；传动横轴轴Z21与传动横轴Z22均由第二传动轴Z2带动，故保持同步运动；传动横轴Z11与传动横轴Z12均由第一传动轴Z1带动，故保持同步运动。机器人按图所示方向运动，传功横轴Z21带动A组腿中的凸轮A9运动(以下将简称为A9)，凸轮上布置有销a’，此销与腿部上的竖向滑槽a相配合，以此实现凸轮与腿部的互相联系；凸轮A9按图3所示安装，此时凸轮的上端面(行程改变端)与升降横梁A2接触；升降横梁A2上方安装有复位弹簧，该设计能够保持升降横梁与凸轮轮廓线始终紧密接触，并且能够有效避免腿部与上端的碰撞冲击，增加机器人行走时的稳定性，同时能够将这部分动能转化为弹性势能，储存起来，能量利用率高。C腿部与A腿部均由第二传动轴Z2带动，故彼此动作一致，此时，C腿与A腿处于抬腿状态。而带动B腿(D腿)的凸轮B9(D9)安装相位与A9(C9)相差180°，即此时凸轮B9(D9)的下端面(行程不变端)与升降横梁B2(D2)相接触，B腿(D腿)不做上下运动，仍保持接地姿态，但由于传动横轴Z11与传动横轴Z12的继续运动，根据机械运动的最小阻力定律可知，凸轮B9的转动迫使升降横梁B2与机械腿B产生相对运动，带动机器人主体向前运动。(升降横梁上有横向滑槽b，腿部上方设有滑块b’)
当凸轮A9(B9)由行程改变端(行程不变端)运转进入行程不变端(行程改变端)时，机器人行走的第一姿态结束，进入行走第二姿态，如图4所示。由第一姿态向第二姿态转变的过程中，复位弹簧A10(B10)由压缩状态(正常状态)转为正常状态(压缩状态)，此时A10在上一姿态中积攒的弹性势能转化为动能输出，辅助腿部A5归位；并且在机器人脚部与腿部的连接处设置有缓冲装置A6，该装置主要由减震弹簧与减震衬套组成；在机器人脚部A7与地面相接触时，缓冲装置发挥作用，吸收多余的动能，转化为势能储存起来，不仅提高了能量的利用率，也减少了机器人脚部与地面的冲击，能够保证机器人在姿态变换时更加平稳；并且该装置与复位弹簧的相互配合，能够在一定程度上弥补路面不平带来的影响。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种行走机器人，其特征在于，包括机架部件、传动部件、行走装置；
所述传动部件和所述行走装置均设置在所述机架部件上；
所述传动部件能够为所述行走装置提供行走的动力；
其中，所述行走装置包括：第一行走单元、第二行走单元、第三行走单元和第四行走单元；
所述第一行走单元、第二行走单元、第三行走单元和第四行走单元依次排列设置在所述机架部件的两侧；
所述第一行走单元、第二行走单元、第三行走单元和第四行走单元的结构相同；
其中，所述第一行走单元包括左行走机构、右行走机构和第一传动横轴；
所述左行走机构和所述右行走机构的结构相同；
所述左行走机构和所述右行走机构分别位于所述第一传动横轴的两端，并能够同时借助于所述第一传动横轴获得行走的动力；
所述第一传动横轴借助于锥齿轮与纵向的传动部件传动连接。
2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，
所述机架部件为一长方体形架体；
所述机架部件包括机架主体、第一稳定架和第二稳定架；
所述第一稳定架和所述第二稳定架分别设置在所述机架主体左右两侧的下方，并与所述机架主体固定连接；
所述第一稳定架和所述第二稳定架的结构相同。
3.根据权利要求2所述的机器人，其特征在于，
所述传动部件包括：第一传动轴和第二传动轴；
所述第一传动轴和所述第二传动轴均纵向布置在所述机架主体的中间部分；
所述第一传动轴和所述第二传动轴之间借助于齿轮同步转动；
所述第一传动轴分别与所述第一行走单元和所述第三行走单元传动连接；
所述第二传动轴分别与所述第二行走单元和所述第四行走单元传动连接。
4.根据权利要求3所述的机器人，其特征在于，
所述左行走机构包括：弹簧复位减震组件、凸轮和行走脚；
所述凸轮与所述第一传动横轴的一端连接；
所述第一传动横轴能够借助于所述凸轮带动所述行走脚在竖直方向和水平方向移动；
所述弹簧复位减震组件设置在所述行走脚上方的机架部件上；
在所述行走脚在竖直方向上移动时，所述所述弹簧复位减震组件能够辅助所述行走脚进行减震和复位。
5.根据权利要求4所述的机器人，其特征在于，
所述弹簧复位减振组件包括：复位导轨、升降横梁和复位弹簧；
所述复位导轨为一U形结构体，且所述U形结构体开口朝下固定设置在所述机架主体上；
所述升降横梁的两端能够分别与所述U形结构体的两臂配合可滑动地卡设于所述两臂之间；
所述所述复位弹簧竖直设置于所述升降横梁与所述U形结构体之间。
6.根据权利要求5所述的机器人，其特征在于，
所述行走脚包括：腿部、减振弹簧和脚部；
所述腿部包括顶端和末端；
所述末端与所述脚部连接；
所述减振弹簧设置于所述腿部和所述脚部之间，用以减振。
所述升降横梁的底面设有横向滑槽；
所述顶端固定设有滑块；
所述滑块与所述横向滑槽相匹配，并能够在外力的作用下在所述横向滑槽内往复水平横向滑动。
7.根据权利要求6所述的机器人，其特征在于，
所述凸轮上布置有销；
所述腿部的侧面设有竖向滑槽；
所述销与所述竖向滑槽相匹配，在所述凸轮的转动下，所述销能够在所述竖向滑槽内滑动，并带动所述腿部在竖直方向和水平横向上往复运动。
8.根据权利要求7所述的机器人，其特征在于，
所述凸轮包括上端面和下端面；
所述第一行走单元和所述第三行走单元的凸轮的安装相比所述第二行走单元和所述第四行走单元的凸轮的安装相位相差180°；
在所述第一行走单元和所述第三行走单元的凸轮的上端面均朝上时，所述第二行走单元和所述第四行走单元的凸轮的下端面均朝上。
9.根据权利要求8所述的机器人，其特征在于，
所述第一传动轴的水平高度与所述第二传动轴的水平高度相差X；
所述第一行走单元和所述第三行走单元的腿部长度相比所述第二行走单元和所述第四行走单元的腿部长度相差X。
10.根据权利要求9所述的机器人，其特征在于，
还包括驱动电机；
所述驱动电机位于所述机架部件的上方，并与所述传动部件传动连接；
所述行走脚还包括固定套；
所第一稳定架上设有滑轨适于所述固定套滑动；
所述固定套套设在所述脚部上，并卡设于所述第一稳定架上的滑轨。
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