CN111993468A - 仿生机器人多自由度混联低频机械足 - Google Patents

仿生机器人多自由度混联低频机械足 Download PDF

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CN111993468A CN202010885280.4A CN202010885280A CN111993468A CN 111993468 A CN111993468 A CN 111993468A CN 202010885280 A CN202010885280 A CN 202010885280A CN 111993468 A CN111993468 A CN 111993468A
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盛娜
邵伟伟
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Abstract

本发明涉及工程仿生技术领域的一种仿生机器人多自由度混联低频机械足，包括小腿，小腿有水平调节机构，水平调节机构包括第一转动杆、第一轴承、第一齿圈、安装板、第一低频驱动电机和第二齿圈，安装板有第一低频驱动电机，第一低频驱动电机有第二齿圈，第二齿圈有第一齿圈，第一齿圈有第一转动杆，第一转动杆与第一轴承连接，水平调节机构连接有竖向调节结构，竖向调节结构有底座，底座的有套管，套管有减震弹簧，减震弹簧有滑杆，滑杆有底板，底座有脚趾调节结构，中间脚趾调节结构有中间脚趾，两侧脚趾调节结构有边脚趾，边脚趾和中间脚趾有橡胶板，本发明通过方便将底座和底板转动至不同方向进行行走，利于实际使用。

Description

仿生机器人多自由度混联低频机械足
技术领域
本发明涉及工程仿生技术领域，具体涉及一种仿生机器人多自由度混联低频机械足。
背景技术
仿生是模仿生物系统的功能和行为，来建造技术系统的一种科学方法。它打破了生物和机器的界限，将各种不同的系统沟通起来。
机器人可以帮助人们摆脱繁重劳动或简单的重复劳动，以及替代人到有辐射等危险环境中进行作业，因此研究机器人具有一定的实用价值。为了更好地服务人类，。仿生机器人受到了广泛的重视。在。仿生机器人的机械部分，机械足的设计尤为重要，这是因为仿人机器人在行走过程中，当足部与地面接触时，会产生相应的运动和振动，从而导致机器人失去平衡、甚至结构受损，同时，现有的机械足运动方向较为单一，实际使用时存在不方便，利于实际使用。
基于此，本发明设计了一种仿生机器人多自由度混联低频机械足以解决上述问题。
发明内容
解决的技术问题
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种仿生机器人多自由度混联低频机械足。
技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种仿生机器人多自由度混联低频机械足，包括小腿和底板，其特征在于：所述小腿连接有用于底板在水平方向调节方位的水平调节机构，所述水平调节机构包括第一转动杆、第一轴承、第一齿圈、安装板、第一低频驱动电机和第二齿圈，所述安装板的横向部位顶部固定连接有第一低频驱动电机，所述第一低频驱动电机的输出端固定连接有第二齿圈，所述第二齿圈啮合连接有第一齿圈，所述第一齿圈的中端通孔内固定连接有第一转动杆，所述第一转动杆的外壁与第一轴承的内环固定连接，所述水平调节机构连接有用于底板在竖直方向调节方位的竖向调节结构，所述竖向调节结构连接有底座，所述底座的底部均匀固定连接有套管，所述套管的内顶部固定连接有用于减震的减震弹簧，所述减震弹簧的底部固定连接有与套管内壁贴合滑动连接的滑杆，所述滑杆的底部固定连接有与地面接触的底板，所述底座的左侧壁均匀固定连接有三组相同的脚趾调节结构，中间所述脚趾调节结构的底部活动连接有中间脚趾，两侧所述脚趾调节结构的底部活动连接有边脚趾，所述边脚趾和中间脚趾底部连接有提高稳定性的橡胶板。
更进一步地，所述第一轴承固定安装在小腿的底部中端处，所述安装板的直立部位与小腿的内壁通过螺栓固定连接。
更进一步地，所述竖向调节结构包括直槽、蜗轮、第二转动杆、第二轴承、蜗杆和第二低频驱动电机，所述第二转动杆与第一转动杆固定连接，且直槽开设在第一转动杆的底部，所述第二转动杆的外端固定连接有与底座内壁固定连接的第二轴承，所述第二转动杆之间固定连接有蜗轮，所述蜗轮设置在直槽，所述第二低频驱动电机的输出端固定连接有与蜗轮配合使用的蜗杆。
更进一步地，所述第二轴承后端与底座内固定连接。
更进一步地，所述第二轴承的内环与第二转动杆的外壁固定连接，所述第二轴承的外环与底座的内壁固定连接。
更进一步地，所述底座的顶部开设有直孔，所述第一转动杆设置在直孔内。
更进一步地，所述橡胶板的底部对称开设有安装槽，所述安装槽内通过螺纹孔螺纹连接有固定螺栓，所述固定螺栓的顶部分别与边脚趾和中间脚趾的底部螺纹连接。
更进一步地，所述第一低频驱动电机、第二低频驱动电机和脚趾调节结构均与机器人控制结构电性连接。
有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：
1、本发明通过水平调节机构的第一低频驱动电机驱动第二齿圈转动，第二齿圈驱动第一齿圈转动，第一齿圈带动第一转动杆转动，第一转动杆在第一轴承内转动，第一转动杆带动竖向调节结构转动，竖向调节结构带动底座转动，带动底座在水平方位上转动，再带动底板进行调整水平方位，方便将底座和底板转动至不同方向进行行走，利于实际使用。
2、本发明通过竖向调节结构的第二低频驱动电机带动蜗杆转动，蜗杆带动蜗轮转动，蜗轮带动第二转动杆转动，第二转动杆带动第一转动杆转动，第一转动杆带动小腿转动，底板与斜面接触时方便将第一转动杆调节至直立状态，保证了仿生机器人上半部处于直立状态，保证了仿生机器人在斜面上同样能正常使用，进一步提升自由度。
3、本发明通过脚趾调节结构的电动推杆带动第二连接块移动，第二连接块带动推动杆移动，推动杆在弧形槽在滑动，推动杆通过弧形槽带动弧形板沿着第一连接块固定连接的转轴转动，弧形板带动边脚趾和中间脚趾移动至与地面接触，然后第三连接块和第四连接块转动连接，保证了边脚趾和中间脚趾的底部橡胶板与地面贴合基础，保证了边脚趾和中间脚趾的接触稳定性，同时，橡胶板同时减弱接触产生的振动，再通过套管、滑杆和减震弹簧配合对底板进行减震处理，减弱足部与地面接触时会产生相应的运动和振动，保证机器人处于平衡状态，保护了机器人，此外，脚趾调节结构分别与中间脚趾和边脚趾连接，方便对任一一组中间脚趾或者边脚趾进行调节位置，提升了适应性。
4、本发明上述三种调节方式可分开也可同时进行，实现混联使用
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，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他的附图。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的结构右视图；
图3为本发明的结构仰视图；
图4为本发明的结构俯视图；
图5为本发明的结构剖视图；
图6为本发明的脚趾调节结构及其连接结构放大图；
图中的标号分别代表：1.小腿2.水平调节机构21.第一转动杆22.第一轴承23.第一齿圈24.安装板25.第一低频驱动电机26.第二齿圈3.直孔4.底座5.底板6.竖向调节结构61.直槽62.蜗轮63.第二转动杆64.第二轴承65.蜗杆66.第二低频驱动电机7.套管8.滑杆9.橡胶板10.中间脚趾11.边脚趾12.脚趾调节结构121.第一连接块122.电动推杆123.第二连接块124.弧形板125.弧形槽126.复位弹簧127.第三连接块128.第四连接块129.推动杆1210.转动环13.固定螺栓14.安装槽15.减震弹簧。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
如图1-6所示一种仿生机器人多自由度混联低频机械足，包括小腿1和底板5，其特征在于：小腿1连接有用于底板5在水平方向调节方位的水平调节机构2，水平调节机构2包括第一转动杆21、第一轴承22、第一齿圈23、安装板24、第一低频驱动电机25和第二齿圈26，第一轴承22固定安装在小腿1的底部中端处，安装板24的直立部位与小腿1的内壁通过螺栓固定连接，安装板24的横向部位顶部固定连接有第一低频驱动电机25，第一低频驱动电机25的输出端固定连接有第二齿圈26，第二齿圈26啮合连接有第一齿圈23，第一齿圈23的中端通孔内固定连接有第一转动杆21，第一转动杆21的外壁与第一轴承22的内环固定连接，水平调节机构2连接有用于底板5在竖直方向调节方位的竖向调节结构6，竖向调节结构6连接有底座4，底座4的顶部开设有直孔3，第一转动杆21设置在直孔3内，底座4的底部均匀固定连接有套管7，套管7的内顶部固定连接有用于减震的减震弹簧15，减震弹簧15的底部固定连接有与套管7内壁贴合滑动连接的滑杆8，滑杆8的底部固定连接有与地面接触的底板5，底座4的左侧壁均匀固定连接有三组相同的脚趾调节结构12，中间脚趾调节结构12的底部活动连接有中间脚趾10，两侧脚趾调节结构12的底部活动连接有边脚趾11，边脚趾11和中间脚趾10底部连接有提高稳定性的橡胶板9，橡胶板9的底部对称开设有安装槽14，安装槽14内通过螺纹孔螺纹连接有固定螺栓13，固定螺栓13的顶部分别与边脚趾11和中间脚趾10的底部螺纹连接，水平调节机构2的第一低频驱动电机25驱动第二齿圈26转动，第二齿圈26驱动第一齿圈23转动，第一齿圈23带动第一转动杆21转动，第一转动杆21在第一轴承22内转动，第一转动杆21带动竖向调节结构6转动，竖向调节结构6带动底座4转动，带动底座4在水平方位上转动，再带动底板5进行调整水平方位，方便将底座4和底板5转动至不同方向进行行走，利于实际使用。
实施例2
实施例2是对实施例1的进一步改进。
如图1-6所示的一种仿生机器人多自由度混联低频机械足，包括小腿1和底板5，其特征在于：小腿1连接有用于底板5在水平方向调节方位的水平调节机构2，水平调节机构2包括第一转动杆21、第一轴承22、第一齿圈23、安装板24、第一低频驱动电机25和第二齿圈26，安装板24的横向部位顶部固定连接有第一低频驱动电机25，第一低频驱动电机25的输出端固定连接有第二齿圈26，第二齿圈26啮合连接有第一齿圈23，第一齿圈23的中端通孔内固定连接有第一转动杆21，第一转动杆21的外壁与第一轴承22的内环固定连接，水平调节机构2连接有用于底板5在竖直方向调节方位的竖向调节结构6，竖向调节结构6包括直槽61、蜗轮62、第二转动杆63、第二轴承64、蜗杆65和第二低频驱动电机66，第二转动杆63与第一转动杆21固定连接，且直槽61开设在第一转动杆21的底部，第二转动杆63的外端固定连接有与底座4内壁固定连接的第二轴承64，第二转动杆63之间固定连接有蜗轮62，蜗轮62设置在直槽61，第二低频驱动电机66的输出端固定连接有与蜗轮62配合使用的蜗杆65，第二轴承64后端与底座4内固定连接，第二轴承64的内环与第二转动杆63的外壁固定连接，第二轴承64的外环与底座4的内壁固定连接，竖向调节结构6连接有底座4，底座4的底部均匀固定连接有套管7，套管7的内顶部固定连接有用于减震的减震弹簧15，减震弹簧15的底部固定连接有与套管7内壁贴合滑动连接的滑杆8，滑杆8的底部固定连接有与地面接触的底板5，底座4的左侧壁均匀固定连接有三组相同的脚趾调节结构12，中间脚趾调节结构12的底部活动连接有中间脚趾10，两侧脚趾调节结构12的底部活动连接有边脚趾11，边脚趾11和中间脚趾10底部连接有提高稳定性的橡胶板9，第二低频驱动电机66带动蜗杆65转动，蜗杆65带动蜗轮62转动，蜗轮62带动第二转动杆63转动，第二转动杆63带动第一转动杆21转动，第一转动杆21带动小腿1转动，底板5与斜面接触时方便将第一转动杆21调节至直立状态，保证了仿生机器人上半部处于直立状态，保证了仿生机器人在斜面上同样能正常使用，进一步提升自由度。
实施例3
实施例3是对实施例1的进一步改进。
如图1-6所示的一种仿生机器人多自由度混联低频机械足，包括小腿1和底板5，其特征在于：小腿1连接有用于底板5在水平方向调节方位的水平调节机构2，水平调节机构2包括第一转动杆21、第一轴承22、第一齿圈23、安装板24、第一低频驱动电机25和第二齿圈26，安装板24的横向部位顶部固定连接有第一低频驱动电机25，第一低频驱动电机25的输出端固定连接有第二齿圈26，第二齿圈26啮合连接有第一齿圈23，第一齿圈23的中端通孔内固定连接有第一转动杆21，第一转动杆21的外壁与第一轴承22的内环固定连接，水平调节机构2连接有用于底板5在竖直方向调节方位的竖向调节结构6，竖向调节结构6连接有底座4，底座4的底部均匀固定连接有套管7，套管7的内顶部固定连接有用于减震的减震弹簧15，减震弹簧15的底部固定连接有与套管7内壁贴合滑动连接的滑杆8，滑杆8的底部固定连接有与地面接触的底板5，底座4的左侧壁均匀固定连接有三组相同的脚趾调节结构12，脚趾调节结构12包括第一连接块121、电动推杆122、第二连接块123、弧形板124、弧形槽125、复位弹簧126、第三连接块127、第四连接块128、推动杆129和转动环1210，第一连接块121和电动推杆122均与底座4侧壁固定连接，第一连接块121通过固定连接的转轴转动连接有转动环1210，转动环1210的底部固定连接有弧形板124，弧形板124的底部下端固定连接有复位弹簧126，复位弹簧126底部分别与边脚趾11和中间脚趾10固定连接，弧形板124开设有弧形槽125，弧形板124的底部固定连接有第三连接块127，第三连接块127的底部转动连接有第四连接块128，第四连接块128底部分别与边脚趾11和中间脚趾10固定连接，电动推杆122的输出端固定连接有第二连接块123，第二连接块123的侧壁固定连接有推动杆129，推动杆129的外壁与弧形槽125的内壁贴合滑动连接，中间脚趾调节结构12的底部活动连接有中间脚趾10，两侧脚趾调节结构12的底部活动连接有边脚趾11，边脚趾11和中间脚趾10底部连接有提高稳定性的橡胶板9，第一低频驱动电机25、第二低频驱动电机66和脚趾调节结构12均与机器人控制结构电性连接，脚趾调节结构12的电动推杆122带动第二连接块123移动，第二连接块123带动推动杆129移动，推动杆129在弧形槽125在滑动，推动杆129通过弧形槽125带动弧形板124沿着第一连接块121固定连接的转轴转动，弧形板124带动边脚趾11和中间脚趾10移动至与地面接触，然后第三连接块127和第四连接块128转动连接，保证了边脚趾11和中间脚趾10的底部橡胶板9与地面贴合基础，保证了边脚趾11和中间脚趾10的接触稳定性，同时，橡胶板9同时减弱接触产生的振动，再通过套管7、滑杆8和减震弹簧15配合对底板5进行减震处理，减弱足部与地面接触时会产生相应的运动和振动，保证机器人处于平衡状态，保护了机器人，此外，脚趾调节结构12分别与中间脚趾10和边脚趾11连接，方便对任一一组中间脚趾10或者边脚趾11进行调节位置，提升了适应性。
使用时如图1-6所示，根据地形需要调节底板5水平方位时，机器人控制单元控制水平调节机构2的第一低频驱动电机25启动，水平调节机构2的第一低频驱动电机25驱动第二齿圈26转动，第二齿圈26驱动第一齿圈23转动，第一齿圈23带动第一转动杆21转动，第一转动杆21在第一轴承22内转动，第一转动杆21带动竖向调节结构6转动，竖向调节结构6带动底座4转动，带动底座4在水平方位上转动，再带动底板5进行调整水平方位，方便将底座4和底板5转动至不同方向进行行走，利于实际使用；当与斜面接触时，机器人控制单元控制竖向调节结构6的第二低频驱动电机66，第二低频驱动电机66带动蜗杆65转动，蜗杆65带动蜗轮62转动，蜗轮62带动第二转动杆63转动，第二转动杆63带动第一转动杆21转动，第一转动杆21带动小腿1转动，底板5与斜面接触时方便将第一转动杆21调节至直立状态，保证了仿生机器人上半部处于直立状态，保证了仿生机器人在斜面上同样能正常使用，进一步提升自由度；底板5与地面接触时，套管7、滑杆8和减震弹簧15配合对底板5进行减震处理，底板5与地面接触后，机器人控制单元控制脚趾调节结构12的电动推杆122，电动推杆122带动第二连接块123移动，第二连接块123带动推动杆129移动，推动杆129在弧形槽125在滑动，推动杆129通过弧形槽125带动弧形板124沿着第一连接块121固定连接的转轴转动，弧形板124带动边脚趾11和中间脚趾10移动至与地面接触，然后第三连接块127和第四连接块128转动连接，保证了边脚趾11和中间脚趾10的底部橡胶板9与地面贴合基础，保证了边脚趾11和中间脚趾10的接触稳定性，同时，橡胶板9同时减弱接触产生的振动，再通过套管7、滑杆8和减震弹簧15配合对底板5进行减震处理，减弱足部与地面接触时会产生相应的运动和振动，保证机器人处于平衡状态，保护了机器人，此外，脚趾调节结构12分别与中间脚趾10和边脚趾11连接，方便对任一一组中间脚趾10或者边脚趾11进行调节位置，提升了适应性，上述三种调节方式可分开也可同时进行，实现混联使用。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种仿生机器人多自由度混联低频机械足，包括小腿(1)和底板(5)，其特征在于：所述小腿(1)连接有用于底板(5)在水平方向调节方位的水平调节机构(2)，所述水平调节机构(2)包括第一转动杆(21)、第一轴承(22)、第一齿圈(23)、安装板(24)、第一低频驱动电机(25)和第二齿圈(26)，所述安装板(24)的横向部位顶部固定连接有第一低频驱动电机(25)，所述第一低频驱动电机(25)的输出端固定连接有第二齿圈(26)，所述第二齿圈(26)啮合连接有第一齿圈(23)，所述第一齿圈(23)的中端通孔内固定连接有第一转动杆(21)，所述第一转动杆(21)的外壁与第一轴承(22)的内环固定连接，所述水平调节机构(2)连接有用于底板(5)在竖直方向调节方位的竖向调节结构(6)，所述竖向调节结构(6)连接有底座(4)，所述底座(4)的底部均匀固定连接有套管(7)，所述套管(7)的内顶部固定连接有用于减震的减震弹簧(15)，所述减震弹簧(15)的底部固定连接有与套管(7)内壁贴合滑动连接的滑杆(8)，所述滑杆(8)的底部固定连接有与地面接触的底板(5)，所述底座(4)的左侧壁均匀固定连接有三组相同的脚趾调节结构(12)，中间所述脚趾调节结构(12)的底部活动连接有中间脚趾(10)，两侧所述脚趾调节结构(12)的底部活动连接有边脚趾(11)，所述边脚趾(11)和中间脚趾(10)底部连接有提高稳定性的橡胶板(9)。
2.根据权利要求1所述的一种仿生机器人多自由度混联低频机械足，其特征在于，所述第一轴承(22)固定安装在小腿(1)的底部中端处，所述安装板(24)的直立部位与小腿(1)的内壁通过螺栓固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种仿生机器人多自由度混联低频机械足，其特征在于，所述竖向调节结构(6)包括直槽(61)、蜗轮(62)、第二转动杆(63)、第二轴承(64)、蜗杆(65)和第二低频驱动电机(66)，所述第二转动杆(63)与第一转动杆(21)固定连接，且直槽(61)开设在第一转动杆(21)的底部，所述第二转动杆(63)的外端固定连接有与底座(4)内壁固定连接的第二轴承(64)，所述第二转动杆(63)之间固定连接有蜗轮(62)，所述蜗轮(62)设置在直槽(61)，所述第二低频驱动电机(66)的输出端固定连接有与蜗轮(62)配合使用的蜗杆(65)。
4.根据权利要求3所述的一种仿生机器人多自由度混联低频机械足，其特征在于，所述第二轴承(64)后端与底座(4)内固定连接。
5.根据权利要求4所述的一种仿生机器人多自由度混联低频机械足，其特征在于，所述第二轴承(64)的内环与第二转动杆(63)的外壁固定连接，所述第二轴承(64)的外环与底座(4)的内壁固定连接。
6.根据权利要求1所述的一种仿生机器人多自由度混联低频机械足，其特征在于，所述底座(4)的顶部开设有直孔(3)，所述第一转动杆(21)设置在直孔(3)内。
7.根据权利要求1所述的一种仿生机器人多自由度混联低频机械足，其特征在于，所述橡胶板(9)的底部对称开设有安装槽(14)，所述安装槽(14)内通过螺纹孔螺纹连接有固定螺栓(13)，所述固定螺栓(13)的顶部分别与边脚趾(11)和中间脚趾(10)的底部螺纹连接。
8.根据权利要求5所述的一种仿生机器人多自由度混联低频机械足，其特征在于，所述第一低频驱动电机(25)、第二低频驱动电机(66)和脚趾调节结构(12)均与机器人控制结构电性连接。
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