CN111942496B

CN111942496B - 一种可用于双足越障机器人的迈步机械腿

Info

Publication number: CN111942496B
Application number: CN202010846259.3A
Authority: CN
Inventors: 班书昊; 李晓艳; 蒋学东
Original assignee: Changzhou University
Current assignee: Changzhou University
Priority date: 2020-08-21
Filing date: 2020-08-21
Publication date: 2021-06-08
Anticipated expiration: 2040-08-21
Also published as: CN111942496A

Abstract

本发明公开了一种可用于双足越障机器人的迈步机械腿，属于迈步机器人领域。它包括转动装设于机器人躯体上的两组结构完全相同的机械单腿，机械单腿包括上端转动装设于机器人躯体上的连杆大腿，与连杆大腿下端铰接的迈步小腿；连杆大腿包括大腿顶板、连杆A、连杆B、连杆C、连杆D、连杆弹簧、升降杆、抗压缩弹簧、钢丝绳A和钢丝绳B；迈步小腿包括小腿杆、锁紧板、电机B、丝杠和螺母；脚底板与小腿杆之间装设有扭转螺旋弹簧B，在迈步小腿向前迈步时发生扭转弹性变形。本发明是一种结构简单合理、可以在迈步时实现重心平移来提高迈步稳定性、具有越障能力、可用于双足越障机器人的迈步机械腿。

Description

一种可用于双足越障机器人的迈步机械腿

技术领域

本发明主要涉及迈步机器人领域，特指一种可用于双足越障机器人的迈步机械腿。

背景技术

双足机器人由于其结构简单，行走方便备受业内人士的青睐，然而由于它只有两足，只适合行走于较为平坦的地面，不利于越障，因此无法应用在在特殊的工作环境中，代替人类工作。因此，设计一种能够拥有越障机器人的迈步机械腿具有十分重要的意义。

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、在迈步前可以左右平行重心、迈步后前后平移重心、具有高稳定性越障能力、可用于双足越障机器人的迈步机械腿。

为了解决上述问题，本发明提出的解决方案为：一种可用于双足越障机器人的迈步机械腿，包括转动装设于机器人躯体上的两组结构完全相同的机械单腿；所述机械单腿包括上端转动装设于所述机器人躯体上的连杆大腿，与所述连杆大腿下端铰接的迈步小腿。

所述连杆大腿包括大腿顶板，与所述大腿顶板同点铰接装设的连杆A和连杆B，大腿底板，与所述大腿底板同点铰接装设的连杆C和连杆D，两端分别与所述连杆A下端、连杆B下端相连的连杆弹簧，滑动装设于所述大腿底板上且可沿所述大腿底板自由升降运动的升降杆，装设于所述升降杆上的抗压缩弹簧，钢丝绳A和钢丝绳B。

所述连杆A的下端与所述连杆C的上端铰接，所述连杆B的下端与所述连杆D的上端铰接；所述连杆弹簧始终处于受压缩状态；所述抗压缩弹簧的下端与所述升降杆相连，其上端与所述大腿底板相接触。

所述机器人躯体的下方固定装设有U型架，所述机器人躯体上固定装设有电机A，所述电机A的输出轴沿水平方向间隙穿过所述U型架；绕线轮A、绕线轮B和所述大腿顶板自左向右依次固定装设于所述电机A的输出轴上。

所述钢丝绳B的下端与所述升降杆上端相连，其上端缠绕于所述绕线轮A上，所述钢丝绳A的下端与所述连杆C的下端相连，其上端自由穿过所述大腿顶板并缠绕于所述绕线轮B上。

所述迈步小腿包括与所述大腿底板转动相连的小腿杆，固定装设于所述小腿杆中上部的锁紧板，固定装设于所述小腿杆下部的电机B，转动装设于所述小腿杆下端的丝杠，与所述丝杠配合传动的螺母；所述锁紧板上设有允许所述升降杆插入的圆孔；销轴A沿水平方向穿过所述小腿杆和所述大腿底板；扭转螺旋弹簧A的两端分别与所述大腿底板和所述小腿杆相连，在所述迈步小腿向前迈步时发生扭转弹性变形；所述螺母下端转动装设有脚底板，所述脚底板与所述小腿杆之间装设有扭转螺旋弹簧B，在所述迈步小腿向前迈步时发生扭转弹性变形。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：本发明的一种可用于双足越障机器人的迈步机械腿，通过电机B的转动带动脚底板相对于机器人躯体的左右移动，进而使得单个机械单腿迈步时不会发生左右倾倒；本发明还设有可伸缩的连杆大腿，从而使得连杆大腿向前迈步时发生缩短，进而使脚底板离开地面向前迈步；迈步结束后，另一个机械单腿利用电机A的反向转动，使得机器人躯体向前倾斜，即重心前移，以便发生迈步的迈步小腿上的脚底板可以接触到地面，形成机器人的前后平衡。由此可知，本发明是一种结构简单合理、在迈步前可以左右平行重心、迈步后前后平移重心、具有高稳定性越障能力、可用于双足越障机器人的迈步机械腿。

附图说明

图1是本发明的一种可用于双足越障机器人的迈步机械腿的结构原理示意图。

图2是本发明的迈步机械腿越过障碍物的结构原理右示图。

图中，1—机器人躯体；2—机械单腿；3—连杆大腿；4—迈步小腿；30—大腿顶板；31—连杆A；32—连杆B；33—连杆C；34—连杆D；35—连杆弹簧；36—钢丝绳A；37—大腿底板；38—升降杆；39—抗压缩弹簧；310—钢丝绳B；40—小腿杆；41—锁紧板；42—销轴A；43—扭转螺旋弹簧A；44—电机B；45—丝杠；46—螺母；47—脚底板；48—扭转螺旋弹簧B；60—障碍物；61—电机A；62—绕线轮A；63—绕线轮B；64—U型架。

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，本发明的一种可用于双足越障机器人的迈步机械腿，包括转动装设于机器人躯体1上的两组结构完全相同的机械单腿2；机械单腿2包括上端转动装设于机器人躯体1上的连杆大腿3，与连杆大腿3下端铰接的迈步小腿4。

参见图1和图2所示，连杆大腿3包括大腿顶板30，与大腿顶板30同点铰接装设的连杆A31和连杆B32，大腿底板37，与大腿底板37同点铰接装设的连杆C33和连杆D34，两端分别与连杆A31下端、连杆B32下端相连的连杆弹簧35，滑动装设于大腿底板37上且可沿大腿底板37自由升降运动的升降杆38，装设于升降杆38上的抗压缩弹簧39，钢丝绳A36和钢丝绳B310。

参见图1和图2所示，连杆A31的下端与连杆C33的上端铰接，连杆B32的下端与连杆D34的上端铰接；连杆弹簧35始终处于受压缩状态；抗压缩弹簧39的下端与升降杆38相连，抗压缩弹簧39的上端与大腿底板37相接触。

参见图1和图2所示，机器人躯体1的下方固定装设有U型架64，机器人躯体1上固定装设有电机A61，所述电机A61的输出轴沿水平方向间隙穿过U型架64；绕线轮A62、绕线轮B63和大腿顶板30自左向右依次固定装设于电机A61的输出轴上。

参见图1和图2所示，钢丝绳B310的下端与升降杆38上端相连，其上端缠绕于绕线轮A62上，钢丝绳A36的下端与连杆C33的下端相连，其上端自由穿过大腿顶板30并缠绕于绕线轮B63上。

参见图1和图2所示，迈步小腿4包括与大腿底板37转动相连的小腿杆40，固定装设于小腿杆40中上部的锁紧板41，固定装设于小腿杆40下部的电机B44，转动装设于小腿杆40下端的丝杠45，与丝杠45配合传动的螺母46；锁紧板41上设有允许升降杆38插入的圆孔；销轴A42沿水平方向穿过小腿杆40和大腿底板37；扭转螺旋弹簧A43的两端分别与大腿底板37和小腿杆40相连，扭转螺旋弹簧A43在迈步小腿4向前迈步时发生扭转弹性变形；螺母46下端转动装设有脚底板47，脚底板47与小腿杆40之间装设有扭转螺旋弹簧B48，扭转螺旋弹簧B48在迈步小腿4向前迈步时发生扭转弹性变形。连杆弹簧35与钢丝绳A36工作作用可以实现连杆大腿3的伸长或缩短；升降杆38的插入锁紧板41或从锁紧板41中拨出可以使得迈步小腿4相对于连杆大腿3静止或转动。

本发明的工作过程如下：为了叙述方便，不妨假设左边的机械单腿2遇到障碍物。

首先，右边的机械单腿2中的电机B44正向转动，带动螺母46进而带动右边的脚底板47水平移动，即使得整个机器人的中心移动至右边的脚底板47上，以消除左边机械单腿2迈步时向左倾倒的可能性，进而提高迈步越障时的稳定性。

然后，左边的电机A61正向转动，带动大腿顶板30向前转动，即带动连杆大腿3向前转动；由于电机A61正向转动，从而使得绕线轮A62缠绕钢丝绳B310，进而使得钢丝绳B310向上拉动升降杆38使其末端从锁紧板41中拔出，以方便迈步小腿4在自重作用下绕连杆大腿3的下端向下转动；电机A61正向转动，还使得绕线轮B63缠绕钢丝绳A36，进而使得大腿顶板30与大腿底板37之间的距离变小，即使得连杆大腿3变短，以方便脚底板47离开地面向前迈步。

左边的电机A61正向转动，带动左边的连杆大腿3向前转动实施迈步，而左边的迈步小腿4在自重作用下与扭转螺旋弹簧A43作用下绕连杆大腿3的下端向下转动，即迈步小腿4与连杆大腿3的中心线不再同一直线上；直至脚底板47越过障碍物60运动到障碍物60的前方。

最后，右边的机械单腿2中电机A61反向转动，进而带动右边的绕线轮A62和绕线轮B63释放钢丝绳B310和钢丝绳A36，此时右边的升降杆38仍然插入到锁紧板41中，即右边的连杆大腿3中心线与迈步小腿4中心线共线。

由于右边的机械单腿2中电机A61反向转动，从而使得右边的连杆大腿3有相对于机器人躯体1向后转动的趋势，由于右边的脚底板47与地面接触，从而使得右边的机械单腿2无法向后转动，结果只能是机器人躯体1相对于右边的连杆大腿3向前转动，从而实现了机器人的重心前移。

机器人躯体1相对于右边的连杆大腿3向前转动，从而使得右边的迈步小腿4相对于右边的脚底板47向前转动，压缩扭转螺旋弹簧B48，使其储存弹性势能。

机器人的重心前移，将导致左边的脚底板47逐渐接触地面，完成左腿迈步过程。

机器人右边的机械单腿2的翻越障碍物的工作原理同上述左边的机械单腿2。

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

1.一种可用于双足越障机器人的迈步机械腿，包括转动装设于机器人躯体（1）上的两组结构完全相同的机械单腿（2）；所述机械单腿（2）包括上端转动装设于所述机器人躯体（1）上的连杆大腿（3），与所述连杆大腿（3）下端铰接的迈步小腿（4）；其特征在于：

所述连杆大腿（3）包括大腿顶板（30），与所述大腿顶板（30）同点铰接装设的连杆A（31）和连杆B（32），大腿底板（37），与所述大腿底板（37）同点铰接装设的连杆C（33）和连杆D（34），两端分别与所述连杆A（31）下端、连杆B（32）下端相连的连杆弹簧（35），滑动装设于所述大腿底板（37）上且可沿所述大腿底板（37）自由升降运动的升降杆（38），装设于所述升降杆（38）上的抗压缩弹簧（39），钢丝绳A（36）和钢丝绳B（310）；

所述连杆A（31）的下端与所述连杆C（33）的上端铰接，所述连杆B（32）的下端与所述连杆D（34）的上端铰接；所述连杆弹簧（35）始终处于受压缩状态；所述抗压缩弹簧（39）的下端与所述升降杆（38）相连，其上端与所述大腿底板（37）相接触；

所述机器人躯体（1）的下方固定装设有U型架（64），所述机器人躯体（1）上固定装设有电机A（61），所述电机A（61）的输出轴沿水平方向间隙穿过所述U型架（64）；绕线轮A（62）、绕线轮B（63）和所述大腿顶板（30）自左向右依次固定装设于所述电机A（61）的输出轴上；

所述钢丝绳B（310）的下端与所述升降杆（38）上端相连，其上端缠绕于所述绕线轮A（62）上，所述钢丝绳A（36）的下端与所述连杆C（33）的下端相连，其上端自由穿过所述大腿顶板（30）并缠绕于所述绕线轮B（63）上；

所述迈步小腿（4）包括与所述大腿底板（37）转动相连的小腿杆（40），固定装设于所述小腿杆（40）中上部的锁紧板（41），固定装设于所述小腿杆（40）下部的电机B（44），转动装设于所述小腿杆（40）下端的丝杠（45），与所述丝杠（45）配合传动的螺母（46）；所述锁紧板（41）上设有允许所述升降杆（38）插入的圆孔；销轴A（42）沿水平方向穿过所述小腿杆（40）和所述大腿底板（37）；扭转螺旋弹簧A（43）的两端分别与所述大腿底板（37）和所述小腿杆（40）相连，在所述迈步小腿（4）向前迈步时发生扭转弹性变形；所述螺母（46）下端转动装设有脚底板（47），所述脚底板（47）与所述小腿杆（40）之间装设有扭转螺旋弹簧B（48），在所述迈步小腿（4）向前迈步时发生扭转弹性变形。