CN111038617A - 一种四足机器人单腿结构及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种四足机器人单腿结构及其工作方法，包括机架及位于机架下方的小腿架，小腿架的上部两侧各铰接有一平行设置的大腿板，机架下部固定连接有第一电机，其中一个大腿板与第一电机的输出端固定连接，另一个大腿板与机架铰接连接，两个大腿板上端摆动处同轴设置，所述小腿架中部还铰接有连杆，连杆的上端铰接有一曲柄，机架上还固定有第二电机，第二电机的输出端与曲柄的上端固定连接，曲柄的下端与连杆上端铰接连接，小腿架下端固定有弧形足部，本发明结构简单紧凑、响应迅速、传力效果好，利用两个电机实现大腿板的摆动及小腿板之间形成的膝关节的摆动，避免了在膝关节处直接安装电机造成腿部惯性大的问题，有利于实现小腿的及时响应，便于安装调试。
Description
技术领域
本发明涉及一种四足机器人单腿结构及其工作方法。
背景技术
目前，腿足式机器人由于因其出色的运动能力和优异的负载能力，在野外运输、行星探测、军事作战、反恐救援等非结构化环境下扮演着不可替代的角色。四足仿生机器人从仿生学角度观察更接近四足哺乳动物，与单足、双足机器人相比动态行走条件更易于保证，更能适应复杂的地形，而与六足及以上多足机器人相比结构更简单，机构的冗余和控制复杂程度更低。四足机器人不仅能以静态步行的方式在崎岖复杂的地形上行走，还能以动态步行的方式在平地上高速行走，还能实现大负载的运输需求，具备在非结构环境中的实用潜力和应用价值。
国内外足式机器人腿部结构大多在关节处直接添加驱动电机来驱动关节的运动，此类设计简单有效，但是机器人腿部质量大，载荷主要集中在各关节处，直接影响了腿部的灵活性和强度。针对这一问题，本发明提出将电机转移到机架上，通过曲柄连杆机构来实现膝关节的运动控制的方法。
发明内容
本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是现有的足式机器人腿部结构大多在关节处直接添加驱动电机来驱动关节的运动，机器人腿部质量大，载荷主要集中在各关节处，直接影响了腿部的灵活性和强度。
本发明的具体实施方案是：一种四足机器人单腿结构，包括机架及位于机架下方的小腿架，所述小腿架的上部两侧各铰接有一平行设置的大腿板，所述机架下部固定连接有第一电机，所述其中一个大腿板与第一电机的输出端固定连接，另一个大腿板与机架铰接连接，两个大腿板上端摆动处同轴设置，所述小腿架中部还铰接有连杆，所述连杆的上端铰接有一曲柄，所述机架上还固定有第二电机，所述第二电机的输出端与曲柄的上端固定连接，曲柄的下端与连杆上端铰接连接，所述小腿架下端固定有弧形足部。
进一步的，所述机架包括顶板及固定于顶部由顶板向下部延伸的一对竖向支撑板，所述第一电机及第二电机分别固定于两个竖向支撑板上且输出轴相向设置。
进一步的，所述小腿架下端固定有足端连接块，所述弧形足部固定于足端连接块上。
进一步的，所述小腿架由一对平行设置的小腿板构成，一对小腿板之间经连接柱固定连接。
进一步的，所述小腿架上部两侧与大腿板经贯穿的轴杆实现铰接连接，所述轴杆两端螺纹连接有螺母，小腿架两侧与大腿板之间还设置有膝关节垫片，轴杆与小腿架之间经轴承实现与小腿架铰接连接。
进一步的，所述连杆下端套于连接柱外部，连杆上端经贯穿连杆及曲柄下端的光轴螺栓实现曲柄与连杆的铰接连接。
进一步的，所述弧形足部材料为弹性橡胶。
本发明还包括一种四足机器人单腿工作方法，其特征在于，利用如上所述的一种四足机器人单腿结构，通过利用第一电机驱动大腿板的抬升，利用第二电机带动小腿架绕与大腿板铰接处摆动，从而实现对小腿架和大腿板构成的膝关节实现运动和控制。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明结构简单紧凑、响应迅速、传力效果好，利用两个电机实现大腿板的摆动及与小腿板之间形成的膝关节的摆动，避免了在膝关节处直接安装电机造成腿部惯性大的问题，有利于实现小腿的及时响应，便于安装调试。大腿板、小腿架；、曲柄、连杆构成四连杆机构，能显著提高足端的响应速度，在所述的足部下端铰接有半圆形的弹性材料的弹性足端，所述的足底可以根据地面调整接触点，并可吸收一定的地面缓冲，使得四足机器人行走更加平稳。
附图说明
图1为单腿结构的主视图；
图2为单腿结构的侧视图；
图3为单腿结构的俯视图；
图4为图3的轴测图；
图5为曲柄与连杆连接处的局部放大图；
图6为小腿架与大腿板连接部分的局部放大图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1～6所示，一种四足机器人单腿结构，包括机架10及位于机架下方的小腿架20，所述小腿架20的上部两侧各铰接有一平行设置的大腿板30，所述机架10下部固定连接有第一电机110，所述其中一个大腿板30与第一电机110的输出端固定连接，另一个大腿板110与机架10铰接连接，两个大腿板上端摆动处同轴设置，所述小腿架中部还铰接有连杆，所述连杆的上端铰接有一曲柄，所述机架上还固定有第二电机120，所述第二电机120的输出端与曲柄40的上端固定连接，曲柄40的下端与连杆50上端铰接连接，所述小腿架下端固定有弧形足部60。
所述机架包括顶板101及固定于顶部由顶板向下部延伸的一对竖向支撑板102，所述第一电机110及第二电机120分别固定于两个竖向支撑板上且输出轴相向设置。
本实施例中，所述小腿架20下端固定有足端连接块610，所述弧形足部60固定于足端连接块上，本实施例中，所述弧形足部材料为弹性橡胶，足底可以根据地面调整接触点，并可吸收一定的地面缓冲，使得四足机器人行走更加平稳。
本实施例中，所述小腿架20由一对平行设置的小腿板210构成，一对小腿板之间经连接柱220固定连接。
本实施例中，所述小腿架上部两侧与大腿板经贯穿的轴杆230实现铰接连接，所述轴杆两端螺纹连接有螺母，小腿架20两侧与大腿板之间还设置有膝关节垫片240，轴杆230与小腿架之间经轴承250实现与小腿架铰接连接。
本实施例中，所述的轴承250为角接触球轴承。
本实施例中，所述连杆下端套于连接柱外部，连杆上端经贯穿连杆及曲柄下端的光轴螺栓510实现曲柄与连杆的铰接连接。
工作时，通过利用第一电机驱动大腿板的抬升，利用第二电机带动小腿架绕与大腿板铰接处摆动，从而实现对小腿架和大腿板构成的膝关节实现运动和控制。
上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。
同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (8)
1.一种四足机器人单腿结构，其特征在于，包括机架及位于机架下方的小腿架，所述小腿架的上部两侧各铰接有一平行设置的大腿板，所述机架下部固定连接有第一电机，所述其中一个大腿板与第一电机的输出端固定连接，另一个大腿板与机架铰接连接，两个大腿板上端摆动处同轴设置，所述小腿架中部还铰接有连杆，所述连杆的上端铰接有一曲柄，所述机架上还固定有第二电机，所述第二电机的输出端与曲柄的上端固定连接，曲柄的下端与连杆上端铰接连接，所述小腿架下端固定有弧形足部。
2.根据权利要求1所述的一种四足机器人单腿结构，其特征在于，所述机架包括顶板及固定于顶部由顶板向下部延伸的一对竖向支撑板，所述第一电机及第二电机分别固定于两个竖向支撑板上且输出轴相向设置。
3.根据权利要求1所述的一种四足机器人单腿结构，其特征在于，所述小腿架下端固定有足端连接块，所述弧形足部固定于足端连接块上。
4.根据权利要求1～3任一所述的一种四足机器人单腿结构，其特征在于，所述小腿架由一对平行设置的小腿板构成，一对小腿板之间经连接柱固定连接。
5.根据权利要求1～3任一所述的一种四足机器人单腿结构，其特征在于，所述小腿架上部两侧与大腿板经贯穿的轴杆实现铰接连接，所述轴杆两端螺纹连接有螺母，小腿架两侧与大腿板之间还设置有膝关节垫片，轴杆与小腿架之间经轴承实现与小腿架铰接连接。
6.根据权利要求4所述的一种四足机器人单腿结构，其特征在于，所述连杆下端套于连接柱外部，连杆上端经贯穿连杆及曲柄下端的光轴螺栓实现曲柄与连杆的铰接连接。
7.根据权利要求4所述的一种四足机器人单腿结构，其特征在于，所述弧形足部材料为弹性橡胶。
8.一种四足机器人单腿工作方法，其特征在于，利用如权利要求1～3任一所述的一种四足机器人单腿结构，通过利用第一电机驱动大腿板的抬升，利用第二电机带动小腿架绕与大腿板铰接处摆动，从而实现对小腿架和大腿板构成的膝关节实现运动和控制。
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