CN111891251B - 机械腿以及机器狗 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种机械腿以及机器狗。该机械腿包括：驱动装置、大腿单元和小腿单元；所述大腿单元的根端与驱动装置连接，所述大腿单元的关节端和所述小腿单元的关节端通过转轴铰接，所述转轴上固定有行进轮，所述转轴上还形成有插销孔，所述驱动装置通过传动装置与所述转轴相连；所述小腿单元具有插销部件；在所述插销部件插入所述转轴上的插销孔的第一模态下，所述小腿单元通过所述行进轮与所述转轴固定连接；在所述插销部件拔出所述转轴上的插销孔的第二模态下，所述小腿单元和所述转轴转动连接。该机械腿仅需要一套驱动装置即可实现轮式和足式双模态。

Description

机械腿以及机器狗

技术领域

本申请实施例涉及机器人领域，特别涉及一种机械腿以及机器狗。

背景技术

常见的机器人分为轮式机器人和足式机器人两种。轮式机器人是采用车轮运动的机器人，足式机器人是采用两足、四足或六足等足式运动的机器人。

相关技术中提供了一种轮足复合式机器人，在机器人的机械腿另一端安装了行进轮，使得该机器人同时具有轮式和足式两种运动模态。该机械腿需要两套驱动装置，第一套驱动装置用于驱动机械腿采用足式运动行进；第二套驱动装置用于驱动行进轮采用车轮运动行进。

由于上述机械腿需要两套驱动装置，结构相对复杂，不利于机械腿的小型化和轻便化。

发明内容

本申请实施例提供了一种机械腿以及机器狗，可以只需要一套驱动装置，即可同时实现轮足双模态的驱动。所述技术方案如下：

根据本申请的一个方面，提供了一种机械腿，所述机械腿包括：驱动装置、大腿单元和小腿单元；

所述大腿单元的根端与驱动装置连接，所述大腿单元的关节端和所述小腿单元的关节端通过转轴铰接，所述转轴上固定有行进轮，所述转轴上还形成有插销孔，所述驱动装置通过传动装置与所述转轴相连；

所述小腿单元具有插销部件；

在所述插销部件插入所述转轴上的插销孔的第一模态下，所述小腿单元通过所述行进轮与所述转轴固定连接；

在所述插销部件拔出所述转轴上的插销孔的第二模态下，所述小腿单元和所述转轴转动连接。

在本申请的一个可选的设计中，所述插销部件包括直线电机和平销，所述平销固定在所述直线电机的输出端；

在所述平销插入所述转轴上的插销孔的第一模态下，所述小腿单元通过所述行进轮与所述转轴固定连接；

在所述平销拔出所述转轴上的插销孔的第二模态下，所述小腿单元和所述转轴转动连接。

在本申请的一个可选的设计中，所述转轴上沿径向分布有至少两组所述插销孔，每组所述插销孔包括两个并列的插销孔；

所述平销包括两个并列的销轴，所述销轴与所述插销孔对应。

在本申请的一个可选的设计中，所述小腿单元内具有电机固定座，所述电机固定座将所述直线电机和所述小腿单元的内壁固定。

在本申请的一个可选的设计中，所述转轴上还固定连接有驱动轮；

所述驱动轮通过所述传动装置与所述驱动装置相连。

在本申请的一个可选的设计中，所述传动装置包括：皮带；

所述驱动轮通过所述皮带与所述驱动装置相连。

在本申请的一个可选的设计中，所述大腿单元内包括皮带压紧装置，所述皮带压紧装置与所述皮带的外表面压紧接触。

在本申请的一个可选的设计中，所述行进轮包括：并列的第一行进轮和第二行进轮。

在本申请的一个可选的设计中，所述小腿单元上具有第一磁性部件，所述大腿单元上具有第二磁性部件；在所述插销部件中处于所述锁定态时，所述第一磁性部件和所述第二磁性部件吸合；

其中，所述第一磁性部件和所述第二磁性部件中的一个为磁铁，所述第一磁性部件和所述第二磁性部件中的另一个为磁铁或铁块。

在本申请的一个可选的设计中，所述大腿单元包括可拆连接的第一大腿部和第二大腿部，所述小腿单元包括可拆连接的第一小腿部和第二小腿部；

所述第一大腿部和所述第一小腿部位于所述传动装置的第一侧，所述第二大腿部和所述第二小腿部位于所述传动装置的第二侧。

在本申请的一个可选的设计中，所述转轴上还安装有第一轴套和第二轴套；

所述第一轴套安装在所述第一大腿部和所述第一小腿部之间；

所述第二轴套安装在所述第二大腿部和所述第二小腿部之间。

在本申请的一个可选的设计中，所述小腿单元的另一端连接有足底部。

在本申请的一个可选的设计中，该机器狗为双足、四足或六足机器狗。该机器狗包括机械身体和四条机械腿。

所述机械腿包括大腿单元和小腿单元；所述大腿单元的关节端和所述小腿单元的关节端通过转轴铰接，所述转轴上固定有行进轮；

所述小腿单元具有插销部件；

在所述插销部件插入所述转轴上的插销孔的第一模态下，所述小腿单元通过所述行进轮与所述转轴固定连接；

在所述插销部件拔出所述转轴上的插销孔的第二模态下，所述小腿单元和所述转轴转动连接。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

通过在小腿单元中设置插销部件，该插销部件插入转轴上的插销孔时，小腿单元和转轴之间锁定，小腿单元与转轴固定连接，使得驱动装置通过转轴驱动带动小腿单元采用足式模态行进；该插销部件拔出转轴上的插销孔时，小腿单元和转轴之间解锁，小腿单元和转轴转动连接，使得驱动装置通过转轴驱动行进轮采用轮式模态行进，本申请仅需要一套驱动装置即可实现机械腿，简化了机械腿的结构，有利于机械腿的小型化和轻便化。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本申请一个示例性实施例提供的机械腿的立体图；

图2是本申请一个示例性实施例提供的插销部件的示意图；

图3是本申请一个示例性实施例提供的销轴的主视图；

图4是本申请一个示例性实施例提供的销轴的侧视图；

图5是本申请一个示例性实施例提供的转轴的剖视图；

图6是本申请一个示例性实施例提供的转轴的主视图；

图7是本申请一个示例性实施例提供的机械腿的爆炸立体图；

图8是本申请一个示例性实施例提供的机械腿的爆炸俯视图；

图9是本申请一个示例性实施例提供的足底部和直线电机的连接示意图；

图10是本申请一个示例性实施例提供的磁编码器的示意图；

图11是本申请一个示例性实施例提供的磁性部件的示意图；

图12是本申请一个示例性实施例提供的机器狗在足式模态下的结构图；

图13是本申请一个示例性实施例提供的机器狗在轮式模态下的结构图。

附图中的各个标号说明如下：

1-驱动装置、11-旋转电机、12-传动轮；

2-大腿单元、21-第一大腿部、22-第二大腿部、23-皮带压紧装置、201-大腿单元的一端、202-大腿单元的另一端；

3-小腿单元、31-第一小腿部、32-第二小腿部、33-电机固定座、301-小腿单元的一端；

4-转轴、41-第一轴套、42-第二轴套、43-插销孔、44-磁编码器；

5-行进轮、51-第一行进轮、52-第二行进轮、53-驱动轮；

6-传动装置；

7-插销部件、71-直线电机、72-平销、73-销轴；

8-足底部；

91-第一磁性部件、92-第二磁性部件。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

本申请实施例提供了一种机械腿，该机械腿仅需要一套驱动装置，就可以同时实现轮式模态和足式模态的双模态驱动。

图1示出了本申请一个示例性实施例提供的机械腿10的示意图。该机械腿包括：驱动装置1、大腿单元2和小腿单元3；

大腿单元2的根端201与驱动装置1连接，大腿单元2的关节端202和小腿单元3的关节端301通过转轴4铰接，转轴4上固定有行进轮5，转轴4上形成有插销孔，驱动装置1通过传动装置6与行进轮5相连；

小腿单元3具有插销部件。示意性的，小腿单元3的内部设置有插销部件(图中未示出)；

在插销部件插入转轴4上的插销孔的第一模态下，小腿单元3和转轴4之间锁定，小腿单元3与转轴4固定连接，使得驱动装置1通过转轴4带动小腿单元3采用足式运动方式行进。

在插销部件拔出转轴4上的插销孔的第二模态下，小腿单元3和转轴4之间解锁，小腿单元3和转轴4转动连接，使得驱动装置1通过转轴4带动行进轮5采用轮式运动方式行进，而不带动小腿单元3发生运动。

上述机械腿10的工作原理包括：

在插销部件插入转轴上的插销孔的第一模态下，小腿单元3与转轴4固定连接。当驱动装置1通过转轴4带动行进轮5向前转动时，小腿单元3也被带动向前转动；当驱动装置1通过转轴4带动行进轮5向后转动时，小腿单元3也被带动向后转动。重复执行上述过程，即可实现足式运动。

在插销部件拔出转轴上的插销孔的第二模态下，小腿单元3和转轴4转动连接，也即转轴4和行进轮5可相对小腿单元3进行自由转动。驱动装置1通过转轴4驱动行进轮5向前转动，从而实现轮式运动。

综上所述，本实施例提供的机械腿，通过在小腿单元中设置插销部件，该插销部件插入转轴上的插销孔时，小腿单元和转轴之间锁定，小腿单元与转轴固定连接，使得驱动装置通过转轴驱动带动小腿单元采用足式模态行进；该插销部件拔出转轴上的插销孔时，小腿单元和转轴之间解锁，小腿单元和转轴转动连接，使得驱动装置通过转轴驱动行进轮采用轮式模态行进，本申请仅需要一套驱动装置即可实现机械腿，简化了机械腿的结构，有利于机械腿的小型化和轻便化。

图2示出了本申请一个示意性实施例提供的插销部件7的结构图。插销部件7用于将小腿单元3和转轴4之间进行锁定或解锁。该插销部件7包括：直线电机71和平销72。

直线电机71是一种将电能转换成直线运动机械能的传动装置。可选地，小腿单元3内具有电机固定座，电机固定座将直线电机71和小腿单元3的内壁固定。

平销72固定在直线电机71的输出端。在平销72插入转轴4上的插销孔43时，小腿单元3通过行进轮5与转轴4固定连接；在平销72拔出转轴4上的插销孔43时，小腿单元3和转轴4转动连接。

在平销72插入插销孔43的第一模态下，小腿单元3和转轴4之间锁定，小腿单元3与转轴4固定连接。当转轴4带动行进轮5转动时，小腿单元3也跟随转动。

在平销72拔出插销孔43的第二模态下，小腿单元3和转轴4之间解锁，小腿单元3和转轴4转动连接。当转轴4带动行进轮5转动时，小腿单元3不跟随转动。

在一些实施例中，转轴4上沿径向分布有至少两组插销孔43，每组插销孔43包括两个并列的插销孔。图2中以插销孔43为四组为例，每组插销孔43之间的夹角为90度。

在一些实施例中，平销72包括两个并列的销轴73，销轴73与插销孔对应。也即，两个并列的销轴73的间距等于两个并列的插销孔43之间的间距，销轴73的末端形状与插销孔43的销孔形状相适配。至少两组插销孔43可沿转轴径向均匀分布或非均匀分布。

在一些实施例中，行进轮5包括至少一个行进轮。图2以行进轮5包括第一行进轮51和第二行进轮52来示例。

综上所述，本实施例提供的插销部件，通过直线电机71驱动平销72插入行进轮5的插销孔43来锁定，直线电机71驱动平销72拔出行进轮5的插销孔来解锁，由于直线电机71隐藏在小腿单元3的内部，因此结构较为简洁，能够较好地保证小腿单元3的小型化和轻便化。

图3和图4分别示出了本申请一个示例性实施例提供的销轴73的主视图和俯视图。该销轴73包括末端731和固定端732。

末端731的末端形状呈第一楔形形状，用于插入插销孔43。固定端732形成有固定孔，固定端732用于固定在直线电机71的平销72的基台上。结合参考图2，平销72的基台可包括并列的2根固定梁。2个固定梁在上下两侧夹持两个销轴73的固定端732，并采用铆钉或螺丝固定。2个固定梁的中部与直线电机71的输出端固定。

图5和图6分别示出了本申请一个示例性实施例提供的转轴4的剖视图和主视图。该转轴4的中部固定或形成有驱动轮53，在位于驱动轮53两侧的轴体上形成有四组插销孔43，每组插销孔43包括两个插销孔43，插销孔43的销孔形状为第二楔形形状。第一楔形形状和第二楔形形状互相适配。

插销孔43的插孔形状与销轴73的末端形状相适配。也即，插销孔43的插孔形状与销轴73的末端形状紧密配合。

综上所述，本实施例提供的销轴73和插销孔43，通过采用相适配的楔形外形结构(15，16)，可以保证销轴与转轴实现紧密配合，不会出现间隙，这样机器狗在轮式或者足式运动时就不会出现松动或者间隙的出现。

结合图1，图7和图8分别示出了本申请另一个示意性实施例提供的机械腿10在两个视角下的爆炸图。该机械腿包括：驱动装置1、大腿单元2、小腿单元3、转轴4、行进轮5、传动装置6、插销部件7和足底部8。

驱动装置1包括旋转电机11和传动轮12。旋转电机11和传动轮12固定连接。该旋转电机11用于提供旋转驱动力。传动轮12与传动装置6相连。传动装置6为皮带或链条，本实施例采用皮带来举例说明。

大腿单元2的一端201与驱动装置1固定。大腿单元2的另一端202与小腿单元3的一端301通过转轴4铰接。可选地，大腿单元2包括：可拆连接的第一大腿部21和第二大腿部22。第一大腿部21和第二大腿部22插接或螺钉连接或螺帽连接。第一大腿部21和第二大腿部22围合形成大腿单元2的外壳部分，且形成大腿单元2的内部容置腔。可选地，第一大腿部21位于传动装置6的第一侧，第二大腿部22位于传动装置6的第二侧。可选地，大腿单元2内还包括皮带压紧装置23，皮带压紧装置23与皮带的外表面压紧接触。

小腿单元3包括：可拆连接的第一小腿部31和第二小腿部32。第一小腿部31和第二小腿部32插接或螺钉连接或螺帽连接。第一小腿部31和第二小腿部32围合形成小腿单元3的外壳部分，且形成小腿单元3的内部容置腔。可选地，第一小腿部31位于传动装置6的第一侧，第二小腿部32位于传动装置6的第二侧。小腿单元3的另一端连接有足底部8，该足底部8的材质可以为橡胶、木材等耐磨性材料。

示意性的，第一大腿部21、第二大腿部22、第一小腿部31和第二小腿部32中的至少一个由属于同一侧的两块板状结构拼接而成，两块板状结构之间铆接或卡接或插接或螺钉连接。比如图中的第一大腿部21包括两块板状结构，从而便于维修和更换。

示意性的，第一大腿部21、第二大腿部22、第一小腿部31和第二小腿部32通过轴承套接在转轴4上。第一大腿部21和第一小腿部31之间还套接有第一轴套41，第一轴套41用于将第一大腿部21对应的轴承和第一小腿部31对应的轴承的轴承内圈隔开，避免两者之间的直接摩擦；第二大腿部22和第二小腿部32之间还套接有第二轴套42，第二轴套42用于将第二大腿部22对应的轴承和第二小腿部32对应的轴承的轴承内圈，避免两者之间的直接摩擦。除此之外，第一轴套41和第二轴套42还起到轴向定位作用。

转轴4的中部固定或形成有驱动轮53，驱动轮53通过传动装置6与驱动装置1相连。以传动装置6为皮带为例，驱动轮53通过皮带与传动轮12相连。在位于驱动轮53两侧的轴体上形成有四组插销孔43，每组插销孔43包括两个插销孔43。

行进轮5包括：第一行进轮51和第二行进轮52。第一行进轮51、第二行进轮52和驱动轮53固定连接。

小腿单元3还具有插销部件7。插销部件7包括：直线电机71和平销72。

直线电机71是一种将电能转换成直线运动机械能的传动装置。可选地，小腿单元3内具有电机固定座33，电机固定座33将直线电机71和小腿单元3的内壁固定。在一个示例中，足底部8的末端插接在直线电机71的末端，并且由第一小腿部31和第二小腿部32的夹持而固定。

平销72固定在直线电机71的输出端。平销72的基台可包括并列的2根固定梁。2个固定梁在上下两侧夹持两个销轴73的固定端732，并采用铆钉或螺丝固定。2个固定梁的中部与直线电机71的输出端固定。

直线电机71驱动平销72上的两个销轴73插入插销孔43或拔出插销孔43。在一些实施例中，转轴4上还设置有磁编码器44，如图10所示，该磁编码器44用于实时记录转轴4的转动位置，以便与磁编码器44电性相连的控制器能够控制准确地将两个销轴73插入插销孔43中。

插销孔43的插孔形状与销轴73的末端形状相适配。也即，插销孔43的插孔形状与销轴73的末端形状紧密配合。

在平销72插入插销孔43时，插销部件7插入转轴上的插销孔。小腿单元3和行进轮5锁定，小腿单元3与转轴4固定连接。当转轴4带动行进轮5转动时，小腿单元3也跟随行进轮5转动。

在平销72拔出插销孔43时，插销部件7拔出转轴上的插销孔。小腿单元3和行进轮5解锁，小腿单元3和转轴4转动连接。当转轴4带动行进轮5转动时，小腿单元3不跟随行进轮5转动。

不论插销部件7插入转轴上的插销孔或拔出插销孔，大腿单元2和转轴4均处于转动连接，行进轮5能够相对于大腿单元2进行向前转动或向后转动。

结合参考图11，小腿单元3上具有第一磁性部件91，大腿单元2上具有第二磁性部件92；在插销部件7插入转轴上的插销孔时，第一磁性部件91和第二磁性部件92吸合。其中，第一磁性部件91和第二磁性部件92中的一个为磁铁，第一磁性部件91和第二磁性部件92中的另一个为磁铁或铁块。

综上所述，本实施例提供的机械腿，通过在小腿单元中设置插销部件，该插销部件插入转轴上的插销孔时，小腿单元和转轴之间锁定，小腿单元与转轴固定连接，使得驱动装置通过转轴驱动带动小腿单元采用足式模态行进；该插销部件拔出转轴上的插销孔时，小腿单元和转轴之间解锁，小腿单元和转轴转动连接，使得驱动装置通过转轴驱动行进轮采用轮式模态行进，本申请仅需要一套驱动装置即可实现机械腿，简化了机械腿的结构，有利于机械腿的小型化和轻便化。

本实施例提供的插销部件，通过直线电机驱动平销插入行进轮的插销孔来锁定，直线电机驱动平销拔出行进轮的插销孔来解锁，由于直线电机隐藏在小腿单元的内部，因此结构较为简洁，能够较好地保证小腿单元的小型化和轻便化。

本实施例提供的皮带压紧装置，能够保证传动装置中的皮带保持压紧状态，从而保证驱动装置对行进轮的传动力。

本实施例提供的第一磁性部件和第二磁性部件，能够在机械腿处于轮式形态时，固定大腿单元和小腿单元，使得小腿单元不会影响行进轮的正常行进。

图12和图13分别示出了本申请一个示意性实施例提供的机器狗20在两种模态下的示意图。该机器狗20可以为双足、四足或六足机器狗。图7中以四足机器狗来举例说明。该机器狗20包括机械身体00和四条机械腿10，该四条机械腿10均为上述实施例提供的机械腿。

在图12所示的足式模态下，机器狗20通过转轴4带动小腿单元3进行足式行进。在图13所示的轮式模态下，机器狗20通过转轴4带动行进轮5进行轮式行进。

上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。以上所述仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种机械腿，其特征在于，所述机械腿包括：驱动装置（1）、大腿单元（2）和小腿单元（3）；

所述大腿单元（2）的根端（201）与驱动装置（1）连接，所述大腿单元（2）的关节端（202）和所述小腿单元（3）的关节端（301）通过转轴（4）铰接，所述转轴（4）上固定有行进轮（5），所述转轴（4）上还形成有插销孔（43），所述驱动装置（1）通过传动装置（6）与所述转轴（4）相连；

所述小腿单元（3）具有插销部件（7），所述插销部件（7）包括直线电机（71）和平销（72），所述平销（72）固定在所述直线电机（71）的输出端；

在所述平销（72）插入所述转轴（4）上的插销孔（43）的第一模态下，所述小腿单元（3）通过所述行进轮（5）与所述转轴（4）固定连接；

在所述平销（72）拔出所述转轴（4）上的插销孔（43）的第二模态下，所述小腿单元（3）和所述转轴（4）转动连接。

2.根据权利要求1所述的机械腿，其特征在于，

所述转轴（4）上沿径向分布有至少两组所述插销孔（43），每组所述插销孔（43）包括两个并列的插销孔（43）；

所述平销（72）包括两个并列的销轴（73），所述销轴（73）与所述插销孔对应。

3.根据权利要求2所述的机械腿，其特征在于，所述销轴（73）的末端形状呈第一楔形形状，所述插销孔（43）的销孔形状为第二楔形形状，所述第一楔形形状和所述第二楔形形状相适配。

4.根据权利要求1所述的机械腿，其特征在于，所述转轴（4）上还包括磁编码器（44）。

5.根据权利要求1所述的机械腿，其特征在于，所述小腿单元（3）内具有电机固定座（33），所述电机固定座（33）将所述直线电机（71）和所述小腿单元（3）的内壁固定。

6.根据权利要求1至5任一所述的机械腿，其特征在于，所述转轴（4）上还固定连接有驱动轮（53）；

所述驱动轮（53）通过所述传动装置（6）与所述驱动装置（1）相连。

7.根据权利要求6所述的机械腿，其特征在于，所述传动装置（6）包括：皮带；

所述驱动轮通过所述皮带与所述驱动装置（1）相连。

8.根据权利要求7所述的机械腿，其特征在于，所述大腿单元（2）内包括皮带压紧装置（23），所述皮带压紧装置（23）与所述皮带的外表面压紧接触。

9.根据权利要求1至5任一所述的机械腿，其特征在于，所述行进轮（5）包括：并列的第一行进轮（51）和第二行进轮（52）。

10.根据权利要求1至5任一所述的机械腿，其特征在于，所述小腿单元（3）上具有第一磁性部件（91），所述大腿单元（2）上具有第二磁性部件（92）；在所述插销部件（7）处于锁定态时，所述第一磁性部件（91）和所述第二磁性部件（92）吸合；

其中，所述第一磁性部件（91）和所述第二磁性部件（92）中的一个为磁铁，所述第一磁性部件（91）和所述第二磁性部件（92）中的另一个为磁铁或铁块。

11.根据权利要求1至5任一所述的机械腿，其特征在于，所述大腿单元（2）包括可拆连接的第一大腿部（21）和第二大腿部（22），所述小腿单元（3）包括可拆连接的第一小腿部（31）和第二小腿部（32）；

所述第一大腿部（21）和所述第一小腿部（31）位于所述传动装置（6）的第一侧，所述第二大腿部（22）和所述第二小腿部（32）位于所述传动装置（6）的第二侧。

12.根据权利要求11所述的机械腿，其特征在于，所述转轴（4）上还安装有第一轴套（41）和第二轴套（42）；

所述第一轴套（41）安装在所述第一大腿部（21）和所述第一小腿部（31）之间；

所述第二轴套（42）安装在所述第二大腿部（22）和所述第二小腿部（32）之间。

13.根据权利要求1至5任一所述的机械腿，其特征在于，所述小腿单元（3）的末端连接有足底部（8）。

14.一种机器狗，其特征在于，所述机器狗包括如权利要求1至13任一所述的机械腿。