CN111891250B - 一种具有迈步前进功能的仿人机器腿 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有迈步前进功能的仿人机器腿，属于仿人机器腿领域。它包括髋关节、转动装设于髋关节上的机器腿A和机器腿B；髋关节包括髋关节底板、支架A、支架B、丝杠、导轨、空心转轴A、空心转轴B、主动轮A、主动轮B和转轴，转轴上装设有摩擦轮A、抗压螺旋弹簧A、止推轴承A、止推轴承B、抗压螺旋弹簧B、施压滑块和摩擦轮B；机器腿A和机器腿B的结构完全相同，均包括机器大腿、固定轴、从动轮、机器小腿和机器足。本发明是一种结构简单合理、能够实现迈步前后重心平移、适用于机器人迈步行走、运动稳定性更高的迈步机器腿。

Description

一种具有迈步前进功能的仿人机器腿
技术领域
本发明主要涉及仿人机器腿领域，特指一种具有迈步前进功能的仿人机器腿。
背景技术
随着机器人技术的不断发展，双足机器人的应用将要求它具有较强的越障能量，以适应自然界复杂的地貌环境。现有技术中的双足机器人行走大多都是基于滚动前进的，即行走过程中机器足始终不离开地面。这是因为，双足机器人如果有其中一个机器足离开地面，其受力平衡必然被打破，进而容易发生倾斜。即现有的双足机器人存在一定的缺陷：因重心无法平移而导致无法实施迈步行走。因此，设计一种能够实现重心平移，具有迈步前进效果的机器腿具有重要的意义。
发明内容
本发明需解决的技术问题是：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单合理、能够实现迈步前后重心平移、适用于机器人迈步行走、运动稳定性更高的迈步机器腿。
为了解决上述问题，本发明提出的解决方案为：一种具有迈步前进功能的仿人机器腿，包括髋关节、转动装设于所述髋关节上的机器腿A和机器腿B，其特征在于：
所述髋关节包括髋关节底板，固定装设于所述髋关节底板上的支架A和支架B，两端分别装设于所述支架A和所述支架B上的丝杠和导轨，固定装设于所述髋关节底板上共线的空心转轴A和空心转轴B，转动装设于所述空心转轴A上的主动轮A，转动装设于所述空心转轴B上的主动轮B，穿过所述空心转轴A和所述空心转轴B平行于所述导轨方向装设的转轴，自左向右依次滑动装置于所述转轴上的摩擦轮A、抗压螺旋弹簧A、止推轴承A、止推轴承B、抗压螺旋弹簧B、施压滑块和摩擦轮B；所述抗压螺旋弹簧A的两端分别与所述摩擦轮A、所述止推轴承A相连；所述抗压螺旋弹簧B的两端分别与所述摩擦轮B、所述止推轴承B相连；
套筒的中部铰接装设于所述髋关节底板上，滑动杆A的一端与所述螺母滑块铰接，其另一端与所述套筒的一端滑动相连；滑动杆B的一端与所述施压滑块铰接，其另一端与所述套筒的另一端滑动相连；
所述丝杠与所述导轨相互平行装设；所述转轴可相对于所述空心转轴A和所述空心转轴B自由转动；螺母滑块设有与所述丝杠啮合传动的内螺纹和与所述导轨相对滑动的直线轴承；所述螺母滑块装设于所述丝杠上，所述导轨穿过所述直线轴承；电机B固定装设于所述支架B上，其输出轴与所述丝杠的右端相连；电机A固定装设于所述髋关节底板上，其输出轴与所述转轴的一端相连；
所述机器腿A和所述机器腿B的结构完全相同，均包括转动装设于所述髋关节底板上的机器大腿，固定装设于所述机器大腿上的固定轴，固定装设于所述固定轴上的从动轮，滑动装设于所述机器大腿下端的机器小腿，转动装设于所述机器小腿下端的机器足；所述机器大腿形状为空心圆筒状，其内部装设有腿部弹簧，所述腿部弹簧的两端分别与所述机器大腿的上端、所述机器小腿的上端相连；所述机器足上还装设有防止所述机器小腿前倾的前倾挡板；所述机器足与所述机器小腿之间装设有扭转弹簧；
所述机器腿A中的所述从动轮与所述主动轮A啮合传动，所述机器腿B的所述从动轮与所述主动轮B啮合传动；
进一步地，所述腿部弹簧为金属螺旋弹簧，在行走过程中，其压缩量不超过机器腿A长度的二十分之一。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：本发明的髋关节不仅可以实现机器大腿相对于机器人躯体的向前转动，而且可以实现整个机器人的重心左、右移动，进而有效防止迈步过程中因力矩不平衡所导致的倾斜现象发生；此外，本发明还设有腿部弹簧和前倾挡板，使得迈步过程中，向前迈步的那条机器腿仍然可以解除到地面，进而在扭转弹簧和前倾挡板的作用下，使机器足相对于机器小腿发生微小的向前转动，进而使得第二次迈步时，机器人躯体的重心发生微小的前移，提高了迈步的稳定性。由此可知，本发明是一种结构简单合理、能够实现迈步前后重心平移、运动稳定性更高的迈步机器腿。
附图说明
图1是本发明的一种具有迈步前进功能的仿人机器腿的结构原理示意图。
图2是本发明的髋关节的结构原理示意图。
图3是本发明的机器足与机器小腿的连接原理示意图。
图中，10—髋关节底板；11—丝杠；12—导轨；13—螺母滑块；14—转轴；15—滑动杆A；16—套筒；17—滑动杆B；18—施压滑块；21—空心转轴A；22—空心转轴B；23—主动轮A；24—主动轮B；25—摩擦轮A；26—摩擦轮B；27—抗压螺旋弹簧A；28—抗压螺旋弹簧B；29—电机A；31—止推轴承A；32—止推轴承B；33—支架A；34—支架B；35—电机B；4—机器腿A；40—机器足；41—固定轴；42—从动轮；43—腿部弹簧；44—机器大腿；45—机器小腿；46—扭转弹簧；47—前倾挡板；5—机器腿B。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1和图2所示，本发明的一种具有迈步前进功能的仿人机器腿，它包括髋关节、转动装设于髋关节上的机器腿A4和机器腿B5。
参见图2所示，髋关节包括髋关节底板10，固定装设于髋关节底板10上的支架A33和支架B34，两端分别装设于支架A33和支架B34上的丝杠11和导轨12，固定装设于髋关节底板10上共线的空心转轴A21和空心转轴B22，转动装设于空心转轴A21上的主动轮A23，转动装设于空心转轴B22上的主动轮B24，穿过空心转轴A21和空心转轴B22平行于导轨12方向装设的转轴14，自左向右依次滑动装置于转轴14上的摩擦轮A25、抗压螺旋弹簧A27、止推轴承A31、止推轴承B32、抗压螺旋弹簧B28、施压滑块18和摩擦轮B26；抗压螺旋弹簧A27的两端分别与摩擦轮A25、止推轴承A31相连；抗压螺旋弹簧B28的两端分别与摩擦轮B26、止推轴承B32相连；
参见图1、图2和图3所示，套筒16的中部铰接装设于髋关节底板10上，滑动杆A15的一端与螺母滑块13铰接，其另一端与套筒16的一端滑动相连；滑动杆B17的一端与施压滑块18铰接，其另一端与套筒16的另一端滑动相连；
参见图1、图2和图3所示，丝杠11与导轨12相互平行装设；转轴14可相对于空心转轴A21和空心转轴B22自由转动；螺母滑块13设有与丝杠11啮合传动的内螺纹和与导轨12相对滑动的直线轴承；螺母滑块13装设于丝杠11上，导轨12穿过直线轴承；电机B35固定装设于支架B34上，其输出轴与丝杠11的右端相连；电机A29固定装设于髋关节底板10上，其输出轴与转轴14的一端相连；
参见图1和图3所示，机器腿A4和机器腿B5的结构完全相同，均包括转动装设于髋关节底板10上的机器大腿44，固定装设于机器大腿44上的固定轴41，固定装设于固定轴41上的从动轮42，滑动装设于机器大腿44下端的机器小腿44，转动装设于机器小腿44下端的机器足40；机器大腿44形状为空心圆筒状，其内部装设有腿部弹簧43，腿部弹簧43的两端分别与机器大腿44的上端、机器小腿45的上端相连；机器足40上还装设有防止机器小腿45前倾的前倾挡板47；机器足40与机器小腿45之间装设有扭转弹簧46；
参见图1所示，机器腿A4中的从动轮42与主动轮A23啮合传动，机器腿B5的从动轮42与主动轮B24啮合传动；
作为优选地，腿部弹簧43为金属螺旋弹簧，在行走过程中，其压缩量不超过机器腿A4长度的二十分之一。
本发明的工作过程如下：
首先将机器人躯体装设于螺母滑块13上；电机B35正向转动，带动丝杠11正向转动，进而带动螺母滑块13和机器人躯体向左移动，从而将机器人躯体的重心由中部移向机器腿A4处；
与此同时，螺母滑块13带动套筒16顺时针方向转动，滑动杆A15和滑动杆B17相互远离，进而带动施压滑块18向右移动，直至压缩抗压螺旋弹簧B28，使得摩擦轮B26与主动轮B24摩擦同步转动；
电机B35停止转动，电机A29正向转动，带动摩擦轮B26和主动轮B24正向转动，从而使得机器腿B5中的机器大腿44相对于机器人躯体向前转动，实施迈步；
机器腿B5向前迈步过程中，由于机器人躯体的中心已经移动到机器腿A4处，从而使得迈步过程中直立的稳定性增高，不会发生倾斜现象；由于机器腿B5向前迈步过程中脱离了地面，从而使得机器腿A4所受重力显著增加，进而压缩腿部弹簧43，从而使得机器腿B5接触地面时，机器人躯体的中心略微向前移动，进而使得扭转弹簧46发生一定的扭转变形，在前倾挡板47的作用下，整个机器人的中心相对于迈步前发生了前移；
按照类似的原理，可以实现机器腿A4也向前迈步，从而实现了迈步式前进效果。
当机器腿停止前进时，电机B35转动，使得机器人躯体和螺母滑块13回到初始的中部位置，即中心位于两个机器腿之间。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应该属于本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种具有迈步前进功能的仿人机器腿，包括髋关节、转动装设于所述髋关节上的机器腿A(4)和机器腿B(5)，其特征在于：
所述髋关节包括髋关节底板(10)，固定装设于所述髋关节底板(10)上的支架A(33)和支架B(34)，两端分别装设于所述支架A(33)和所述支架B(34)上的丝杠(11)和导轨(12)，固定装设于所述髋关节底板(10)上共线的空心转轴A(21)和空心转轴B(22)，转动装设于所述空心转轴A(21)上的主动轮A(23)，转动装设于所述空心转轴B(22)上的主动轮B(24)，穿过所述空心转轴A(21)和所述空心转轴B(22)平行于所述导轨(12)方向装设的转轴(14)，自左向右依次滑动装置于所述转轴(14)上的摩擦轮A(25)、抗压螺旋弹簧A(27)、止推轴承A(31)、止推轴承B(32)、抗压螺旋弹簧B(28)、施压滑块(18)和摩擦轮B(26)；所述抗压螺旋弹簧A(27)的两端分别与所述摩擦轮A(25)、所述止推轴承A(31)相连；所述抗压螺旋弹簧B(28)的两端分别与所述摩擦轮B(26)、所述止推轴承B(32)相连；
所述丝杠(11)与所述导轨(12)相互平行装设；所述转轴(14)可相对于所述空心转轴A(21)和所述空心转轴B(22)自由转动；螺母滑块(13)设有与所述丝杠(11)啮合传动的内螺纹和与所述导轨(12)相对滑动的直线轴承；所述螺母滑块(13)装设于所述丝杠(11)上，所述导轨(12)穿过所述直线轴承；电机B(35)固定装设于所述支架B(34)上，其输出轴与所述丝杠(11)的右端相连；电机A(29)固定装设于所述髋关节底板(10)上，其输出轴与所述转轴(14)的一端相连；
套筒(16)的中部铰接装设于所述髋关节底板(10)上，滑动杆A(15)的一端与所述螺母滑块(13)铰接，其另一端与所述套筒(16)的一端滑动相连；滑动杆B(17)的一端与所述施压滑块(18)铰接，其另一端与所述套筒(16)的另一端滑动相连；
所述机器腿A(4)和所述机器腿B(5)的结构完全相同，均包括转动装设于所述髋关节底板(10)上的机器大腿(44)，固定装设于所述机器大腿(44)上的固定轴(41)，固定装设于所述固定轴(41)上的从动轮(42)，滑动装设于所述机器大腿(44)下端的机器小腿(45 )，转动装设于所述机器小腿(45 )下端的机器足(40)；所述机器大腿(44)形状为空心圆筒状，其内部装设有腿部弹簧(43)，所述腿部弹簧(43)的两端分别与所述机器大腿(44)的上端、所述机器小腿(45)的上端相连；所述机器足(40)上还装设有防止所述机器小腿(45)前倾的前倾挡板(47)；所述机器足(40)与所述机器小腿(45)之间装设有扭转弹簧(46)；
所述机器腿A(4)中的所述从动轮(42)与所述主动轮A(23)啮合传动，所述机器腿B(5)的所述从动轮(42)与所述主动轮B(24)啮合传动。
2.根据权利要求1所述的一种具有迈步前进功能的仿人机器腿，其特征在于：所述腿部弹簧(43)为金属螺旋弹簧，在行走过程中，其压缩量不超过机器腿A(4)长度的二十分之一。
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