CN112141236A - 一种带减震功能的轮足式机器人腿部系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带减震功能的轮足式机器人腿部系统，包括髋关节机构、大腿机构、小腿机构、弹簧减震系统、轮足机构；髋关节机构，用于相对机器人主体结构旋转；大腿机构，用于相对髋关节机构旋转；小腿机构，用于相对大腿机构旋转；弹簧减震系统用于减震；轮足机构，用于带动机器人主体结构、髋关节机构、大腿机构、小腿机构、弹簧减震系统随轮足机构进行轮式运动。本发明既能实现轮式运动，又能实现足式运动，相对于传统的轮足复合式的机器人来讲，本机器人的结构更为简单，只需在足式移动机器人足端加上轮足机构即可实现轮式运动和足式运动，不需要单独在机器人的其它位置设计轮式运动机构，有效的降低了机器人的整体重量。

Description

一种带减震功能的轮足式机器人腿部系统

技术领域

本发明涉及一种带减震功能的轮足式机器人腿部系统，属于机器人技术领域。

背景技术

目前，移动机器人按其移动执行机构可以分为：轮式移动机器人、履带式移动机器人、足式移动机器人。轮式移动机器人在泥泞和崎岖的路面上移动能力低，难以跨越障碍；足式移动机器人承载能力弱，在平坦路面上行走时还存在速度慢、效率低、行走不平稳等问题；市场上绝大多数足式移动机器人都不具有减震系统，往往是在足端加具有弹性的橡胶圈，来减少冲击，但是效果很不理想，并会加速橡胶圈磨损，在机器人行走时运动轨迹不精确的同时还大大的降低电机的使用寿命。

发明内容

本发明提供了一种带减震功能的轮足式机器人腿部系统，通过通过足式运动和轮式运动共同实现腿部系统的运动，并进一步地配合减震减少地面对机器人腿部的冲击。

本发明的技术方案是：一种带减震功能的轮足式机器人腿部系统，包括髋关节机构、大腿机构、小腿机构、弹簧减震系统、轮足机构；

所述髋关节机构，用于相对机器人主体结构旋转，带动大腿机构、小腿机构、弹簧减震系统、轮足机构随髋关节机构进行转动；

所述大腿机构，用于相对髋关节机构旋转，带动小腿机构、弹簧减震系统、轮足机构随大腿机构进行转动；

所述小腿机构，用于相对大腿机构旋转，带动弹簧减震系统、轮足机构随小腿机构进行转动；

所述弹簧减震系统用于连接小腿机构与轮足机构，用于减震；

所述轮足机构，用于带动机器人主体结构、髋关节机构、大腿机构、小腿机构、弹簧减震系统随轮足机构进行轮式运动。

所述髋关节机构用于通过髋关节电机提供动力，驱动固连在髋关节电机上的电机轴齿轮带动减速齿轮的转动，以使髋关节机构相对机器人主体结构旋转，完成侧摆动作。

所述髋关节机构包括内侧板、前侧板、前侧板轴承、前侧板支撑轴、前侧板轴承盖、大腿支撑轴、外侧板、后侧板、减速齿轮、后侧板轴承、后侧板齿轮轴、后侧板轴承盖、齿轮限位环、电机轴齿轮、髋关节电机；所述内侧板的一端与前侧板一端固定连接，内侧板另一端与后侧板一端固定连接，前侧板与后侧板在空间上平行布置且分别垂直于内侧板，外侧板两端分别与前侧板另一端、后侧板另一端固定连接，外侧板在空间上与前侧板和后侧板形成垂直布置，由内侧板、外侧板、前侧板和后侧板连接形成的髋关节机构的框架；大腿支撑轴一端与内侧板固定连接，大腿支撑轴另一端从外侧板伸出，髋关节电机与后侧板相连，髋关节电机输出轴上的电机轴齿轮带动固连在后侧板齿轮轴上的减速齿轮；前侧板和后侧板分别与固定在机器人主体结构两端的前侧板支撑轴和后侧板齿轮轴通过前侧板轴承和后侧板轴承形成转动副；所述前侧板轴承的轴向定位由前侧板支撑轴自身的阶梯轴和前侧板轴承盖实现，前侧板轴承盖与前侧板固定连接，后侧板轴承的轴向定位由后侧板齿轮轴上的齿轮限位环和后侧板轴承盖实现，后侧板轴承盖与后侧板固定连接。

所述大腿机构用于通过大腿电机提供动力，驱动大腿小同步带轮带动安装在大腿传动丝杠伸出端的大腿大同步带轮，再带动大腿传动丝杠的转动，进而通过大腿传动丝杠将旋转运动转化为安装在大腿传动丝杠上的大腿滚珠丝杠螺母座的直线运动；大腿滚珠丝杠螺母座的直线运动，通过拉杆机构的传递，带动大腿相对髋关节机构中大腿支撑轴转动，以实现大腿的抬起和放下。

所述大腿机构包括大腿小同步带轮、大腿电机安装座、大腿电机、大腿、大腿上端内侧轴承盖、大腿上端外侧轴承盖、大腿传动同步带、大腿大同步带轮、滚珠丝杠BK固定端、大腿传动丝杠、大腿滚珠丝杠螺母座、大腿拉杆套柱座、大腿拉杆套柱、鱼眼接头、大腿下端外侧轴承盖、大腿拉杆、滚珠丝杠BF支撑端、滚珠丝杠垫块、膝关节连接轴、膝关节轴承；所述大腿电机与固定在髋关节机构中外侧板上的大腿电机安装座固定连接，大腿小同步带轮紧固在大腿电机的输出轴上，所述大腿通过轴承与髋关节机构中大腿支撑轴的伸出端相连形成转动副，大腿的轴向定位分别是通过大腿上端内侧轴承盖与大腿支撑轴的限位、通过固定在大腿上的大腿上端外侧轴承盖来实现；滚珠丝杠BK固定端与滚珠丝杠BF支撑端固定在外侧板的外侧，且与外侧板之间的距离通过滚珠丝杠垫块调节，大腿传动丝杠安装于滚珠丝杠BK固定端和滚珠丝杠BF支撑端之间形成转动副；所述大腿传动同步带起到将大腿电机输出的动力通过大腿小同步带轮传递到安装在大腿传动丝杠伸出端的大腿大同步带轮，再带动大腿传动丝杠的转动，进而通过大腿传动丝杠将旋转运动转化为安装在大腿传动丝杠上的大腿滚珠丝杠螺母座的直线运动；小腿机构上端通过膝关节连接轴经膝关节轴承与大腿连接形成转动副，膝关节处的轴向定位是通过固定在大腿上的两个大腿下端外侧轴承盖实现；大腿拉杆的两端分别连接一个鱼眼接头组成拉杆机构，大腿拉杆套柱座与大腿的正面相连，大腿拉杆套柱安装在大腿拉杆套柱座的螺纹孔内，拉杆机构的两端分别与大腿滚珠丝杠螺母座上的大腿拉杆套柱、大腿拉杆套柱座上的大腿拉杆套柱相连形成转动副，拉杆机构和大腿拉杆套柱相对于大腿传动丝杠中轴线作对称布置；大腿滚珠丝杠螺母座的直线运动，通过拉杆机构的传递，带动大腿相对大腿支撑轴转动，以实现大腿的抬起和放下。

所述小腿机构用于通过小腿电机提供动力，驱动小腿小同步带轮带动安装在小腿传动丝杠伸出端的小腿大同步带轮，再带动小腿传动丝杠的转动，进而通过小腿传动丝杠将旋转运动转化为安装在小腿传动丝杠上的大腿小腿滚珠丝杠螺母座的直线运动；小腿滚珠丝杠螺母座的直线运动，通过拉杆机构的传递，带动小腿相对膝关节连接轴转动，以实现小腿的抬升和放下。

所述小腿机构包括滚珠丝杠BK固定端、鱼眼接头、滚珠丝杠BF支撑端、小腿、小腿拉杆套柱座、小腿拉杆套柱、小腿拉杆、小腿滚珠丝杠螺母座、小腿传动丝杠、小腿电机、小腿电机安装座、小腿传动同步带、小腿小同步带轮、小腿大同步带轮；所述小腿上端通过大腿机构中膝关节连接轴经大腿机构中膝关节轴承与大腿机构中大腿连接形成转动副，小腿下端与弹簧减震系统固定连接；所述滚珠丝杠BK固定端与滚珠丝杠BF支撑端固定在大腿的背面；所述小腿传动丝杠安装于滚珠丝杠BK固定端和滚珠丝杠BF支撑端之间形成转动副；所述小腿电机安装座安装在滚珠丝杠BK固定端上，小腿电机与小腿电机安装座固定连接；所述小腿传动同步带起到将小腿电机输出的动力通过固定在小腿电机输出轴上的小腿小同步带轮传递到安装在小腿传动丝杠伸出端的小腿大同步带轮，再带动小腿传动丝杠的转动，进而通过小腿传动丝杠将旋转运动转化为安装在小腿传动丝杠上的大腿小腿滚珠丝杠螺母座的直线运动；所述小腿拉杆的两端分别连接一个鱼眼接头组成拉杆机构，所述小腿拉杆套柱座与小腿的背面相连，小腿拉杆套柱安装在小腿拉杆套柱座的螺纹孔内；拉杆机构的两端分别与小腿滚珠丝杠螺母座的小腿拉杆套柱、小腿拉杆套柱座上的小腿拉杆套柱相连形成转动副，拉杆机构和小腿拉杆套柱相对于小腿传动丝杠中轴线作对称布置；小腿滚珠丝杠螺母座的直线运动，通过拉杆机构的传递，带动小腿相对膝关节连接轴转动，以实现小腿的抬升和放下。

所述弹簧减震系统包括减震器上盖、减震器底座、橡胶隔声垫、弹簧、预压螺杆、橡胶阻尼垫；所述减震器上盖上方的四边形槽与小腿机构中镂空的长方体结构的小腿的下端连接，减震器底座与位于其上的橡胶阻尼垫相连，将弹簧放置在橡胶阻尼垫的槽中，橡胶隔声垫放置在减震器上盖对应槽内，将带有橡胶隔声垫的减震器上盖以弹簧为导向扣入减震器底座内，预压螺杆一端与减震器底座固定连接，预压螺杆另一端穿过减震器上盖的中间孔且预压螺杆的上端端面正好压住减震器上盖中间孔里的凸台，通过预压螺杆的旋入深度对弹簧压紧力进行调节；减震器上盖和减震器底座的外形做成四面体形状，减震器上盖扣入减震器底座中时采用过渡配合。

所述轮足机构包括轮子、无刷伺服电机、无刷伺服电机座；所述轮子与无刷伺服电机的旋转输出轴相连，无刷伺服电机座固定在无刷伺服电机上，无刷伺服电机座上端与弹簧减震系统中的减震器底座连接固定连接。

所述轮子包括锁紧螺母、轮毂、轮毂套、轮胎、轮子连接器；所述轮子连接器一端与无刷伺服电机上的输出端相连接；所述轮子连接器的另一端插入轮毂的连接孔，轮子连接器的另一端外形采用带圆角的长方体；所述轮毂的外圈套有轮毂套，轮毂套的外圈套有轮胎，无刷伺服电机的输出轴穿过轮子连接器的内孔后穿出轮毂的中间孔，无刷伺服电机输出轴的末端与锁紧螺母连接。

本发明的有益效果是：

本发明提出一种带减震功能的轮足式机器人腿部系统，该腿部系统的运动分别由足式运动和轮式运动共同实现，整个系统通过布置在髋关节机构和大腿上的两个滚珠丝杠螺母副实现足式运动，使得系统进行足式运动时，可以适用于高负载、跨越障碍等行走环境；通过布置在轮足机构处的无刷伺服电机带动轮子运动实现轮式运动，可以使机器人运动速度快、效率高；二种运动相互配合，可以使得运动效果更高效。对于机器人在地面上行走时，足端与地面接触时会产生很大的冲击力，更进一步地，本申请中设置了安装于轮足机构和小腿机构中间的弹簧减震系统，该减震系统与轮足机构共同配合：一方面有弹性的轮足机构抵消一小部分冲击力，另一方面弹簧减震系统可以极大地削弱冲击力，通过二者配合，可以对机器人上的零部件进行保护的同时，还能使机器人在行走时的运动轨迹更加精确；再进一步地，轮足机构中的电机采用特定的自带减速功能的无刷伺服电机，不仅机械结构紧凑，而且能稳定输出大扭矩，同时，无刷伺服电机的驱动端通过轮子连接器与轮子相连，轮子连接器使无刷伺服电机驱动端与轮子共同旋转，采用该特定的结构，不至于在腿的末端设计过于复杂的减速机构，可以避免单独在机身上添加单独的运动模块的不足，使得结构更加简洁。

综上，本申请采用轮足一体化的结构，既能实现轮式运动，又能实现足式运动，相对于传统的轮足复合式的机器人来讲，本机器人的结构更为简单，只需在足式移动机器人足端加上轮足机构即可实现轮式运动和足式运动，不需要单独在机器人的其它位置设计轮式运动机构，有效的降低了机器人的整体重量。

附图说明

图1是本发明的轴测图；

图2是本发明的髋关节机构正视图；

图3是本发明的大腿机构轴测图；

图4是图2中A部结构示意图；

图5是图3中B部结构示意图；

图6是本发明的小腿机构轴测图；

图7是本发明的弹簧减震系统轴测图；

图8是本发明的弹簧减震系统轴测剖视图；

图9是本发明的轮足机构轴测图；

图10是本发明的轮足机构爆炸视图；

图中各标号为：1-机器人主体结构，2-髋关节机构，3-大腿机构，4-小腿机构，5-弹簧减震系统，6-轮足机构，7-内侧板，8-前侧板，9-前侧板轴承，10-前侧板支撑轴，11-前侧板轴承盖，12-大腿支撑轴，13-外侧板，14-大腿小同步带轮，15-大腿电机安装座，16-大腿电机，17-后侧板，18-减速齿轮，19-后侧板轴承，20-后侧板齿轮轴，21-后侧板轴承盖，22-齿轮限位环，23-电机轴齿轮，24-髋关节电机，25-大腿，26-大腿上端内侧轴承盖，27-大腿上端外侧轴承盖，28-大腿传动同步带，29-大腿大同步带轮，30-滚珠丝杠BK固定端，31-大腿传动丝杠，32-大腿滚珠丝杠螺母座，33-大腿拉杆套柱座，34-大腿拉杆套柱，35-鱼眼接头，36-大腿下端外侧轴承盖，37-大腿拉杆，38-滚珠丝杠BF支撑端，39-滚珠丝杠垫块，40-膝关节连接轴，41-膝关节轴承，42-小腿，43-小腿拉杆套柱座，44-小腿拉杆套柱，45-小腿拉杆，46-小腿滚珠丝杠螺母，47-小腿传动丝杠，48-小腿电机，49-小腿电机安装座，50-小腿传动同步带，51-小腿小同步带轮，52-小腿大同步带轮，53-减震器上盖，54-减震器底座，55-橡胶隔声垫，56-弹簧，57-预压螺杆，58-橡胶阻尼垫，59-轮子，60-无刷伺服电机，61-无刷伺服电机座，62-锁紧螺母，63-轮毂，64-轮毂套，65-轮胎，66-轮子连接器。

具体实施方式

实施例1：如图1-10所示，一种带减震功能的轮足式机器人腿部系统，包括髋关节机构2、大腿机构3、小腿机构4、弹簧减震系统5、轮足机构6；所述髋关节机构2，用于相对机器人主体结构1旋转，带动大腿机构3、小腿机构4、弹簧减震系统5、轮足机构6随髋关节机构2进行转动；所述大腿机构3，用于相对髋关节机构2旋转，带动小腿机构4、弹簧减震系统5、轮足机构6随大腿机构3进行转动；所述小腿机构4，用于相对大腿机构3旋转，带动弹簧减震系统5、轮足机构6随小腿机构4进行转动；所述弹簧减震系统5用于连接小腿机构4与轮足机构6，用于减震；所述轮足机构6，用于带动机器人主体结构1、髋关节机构2、大腿机构3、小腿机构4、弹簧减震系统5随轮足机构6进行轮式运动。

所述机器人主体结构1采用模块化设计为轮足式机器人简化后的主体结构，以髋关节机构2、大腿机构3、小腿机构4、弹簧减震系统5、轮足机构6组成的单腿部件为基本模块，基本模块和机器人主体结构1采用螺钉连接，便于拆装；所述单腿部件的数量为4，所述4个单腿部件在机器人主体结构1上采用对称布置。

进一步地，可以设置所述髋关节机构2用于通过髋关节电机24提供动力，驱动固连在髋关节电机24上的电机轴齿轮23带动减速齿轮18的转动，以使髋关节机构2相对机器人主体结构1旋转，完成侧摆动作。

进一步地，可以设置所述髋关节机构2包括内侧板7、前侧板8、前侧板轴承9、前侧板支撑轴10、前侧板轴承盖11、大腿支撑轴12、外侧板13、后侧板17、减速齿轮18、后侧板轴承19、后侧板齿轮轴20、后侧板轴承盖21、齿轮限位环22、电机轴齿轮23、髋关节电机24；所述内侧板7的一端与前侧板8一端通过螺钉形成固定连接，内侧板7另一端与后侧板17一端通过螺钉形成固定连接，前侧板8与后侧板17在空间上平行布置且分别垂直于内侧板7，外侧板13两端通过螺钉分别与前侧板8另一端、后侧板17另一端形成固定连接，外侧板13在空间上与前侧板8和后侧板17形成垂直布置，由内侧板7、外侧板13、前侧板8和后侧板17连接形成的髋关节机构2的框架，框架以四个平板通过螺钉连接，可以降低加工成本，对于前侧板8和后侧板17分别与内侧板7、外侧板13的连接使用螺钉连接，并不仅限于螺钉连接，根据不同的材料可采用不同的连接方式，如焊接等；大腿支撑轴12一端通过螺钉与内侧板7形成固定连接，大腿支撑轴12另一端从外侧板13伸出，外侧板13起到浮动支撑的作用，髋关节电机24通过四个螺钉与后侧板17相连，髋关节电机24输出轴上的电机轴齿轮23带动固连在后侧板齿轮轴20上的减速齿轮18；上述所组成的髋关节机构2的前侧板8和后侧板17分别与固定在机器人主体结构1两端的前侧板支撑轴10和后侧板齿轮轴20通过前侧板轴承9和后侧板轴承19形成转动副(前侧板支撑轴10、和后侧板齿轮轴20上法兰盘的孔分别与机器人主体结构1上的螺纹孔通过螺钉连接形成固定连接)；所述前侧板轴承9的轴向定位由前侧板支撑轴10自身的阶梯轴和前侧板轴承盖11实现，前侧板轴承盖11通过螺钉与前侧板8形成固定连接，后侧板轴承19的轴向定位由后侧板齿轮轴20上的齿轮限位环22和后侧板轴承盖21实现，后侧板轴承盖21通过螺钉与后侧板17形成固定连接。

进一步地，可以设置所述大腿机构3用于通过大腿电机16提供动力，驱动大腿小同步带轮14带动安装在大腿传动丝杠31伸出端的大腿大同步带轮29，再带动大腿传动丝杠31的转动，进而通过大腿传动丝杠31将旋转运动转化为安装在大腿传动丝杠31上的大腿滚珠丝杠螺母座32的直线运动；大腿滚珠丝杠螺母座32的直线运动，通过拉杆机构的传递，带动大腿25相对髋关节机构2中大腿支撑轴12转动，以实现大腿的抬起和放下。

进一步地，可以设置所述大腿机构3包括大腿小同步带轮14、大腿电机安装座15、大腿电机16、大腿25、大腿上端内侧轴承盖26、大腿上端外侧轴承盖27、大腿传动同步带28、大腿大同步带轮29、滚珠丝杠BK固定端30、大腿传动丝杠31、大腿滚珠丝杠螺母座32、大腿拉杆套柱座33、大腿拉杆套柱34、鱼眼接头35、大腿下端外侧轴承盖36、大腿拉杆37、滚珠丝杠BF支撑端38、滚珠丝杠垫块39、膝关节连接轴40、膝关节轴承41；所述大腿电机16通过螺钉与固定在髋关节机构2中外侧板13上的大腿电机安装座15形成固定连接，大腿电机安装座15与外侧板13通过螺钉相连，大腿小同步带轮14紧固在大腿电机16的输出轴上，所述大腿25通过轴承与髋关节机构2中大腿支撑轴12的伸出端相连形成转动副，大腿25的轴向定位分别是通过大腿上端内侧轴承盖26与大腿支撑轴12的限位、通过固定在大腿25上的大腿上端外侧轴承盖27来实现；滚珠丝杠BK固定端30与滚珠丝杠BF支撑端38固定在外侧板13的外侧，且与外侧板13之间的距离通过滚珠丝杠垫块39调节，大腿传动丝杠31安装于滚珠丝杠BK固定端30和滚珠丝杠BF支撑端38之间形成转动副；所述大腿传动同步带28起到将大腿电机16输出的动力通过大腿小同步带轮14传递到安装在大腿传动丝杠31伸出端的大腿大同步带轮29，再带动大腿传动丝杠31的转动，进而通过大腿传动丝杠31将旋转运动转化为安装在大腿传动丝杠31上的大腿滚珠丝杠螺母座32的直线运动；小腿机构4上端通过膝关节连接轴40经膝关节轴承41与大腿25连接形成转动副，膝关节处的轴向定位是通过固定在大腿25上的两个大腿下端外侧轴承盖36实现；大腿拉杆37的两端分别连接一个鱼眼接头35组成拉杆机构，大腿拉杆套柱座33与大腿25的正面相连，大腿拉杆套柱34通过螺纹连接安装在大腿拉杆套柱座33的螺纹孔内，拉杆机构的两端分别与大腿滚珠丝杠螺母座32上的大腿拉杆套柱34、大腿拉杆套柱座33上的大腿拉杆套柱34相连形成转动副，拉杆机构和大腿拉杆套柱34相对于大腿传动丝杠31中轴线作对称布置；大腿滚珠丝杠螺母座32的直线运动，通过拉杆机构的传递，带动大腿25相对大腿支撑轴12转动，以实现大腿的抬起和放下。

进一步地，可以设置所述小腿机构4用于通过小腿电机48提供动力，驱动小腿小同步带轮51带动安装在小腿传动丝杠47伸出端的小腿大同步带轮52，再带动小腿传动丝杠47的转动，进而通过小腿传动丝杠47将旋转运动转化为安装在小腿传动丝杠47上的大腿小腿滚珠丝杠螺母座46的直线运动；小腿滚珠丝杠螺母座46的直线运动，通过拉杆机构的传递，带动小腿42相对膝关节连接轴40转动，以实现小腿的抬升和放下。

进一步地，可以设置所述小腿机构4包括滚珠丝杠BK固定端30、鱼眼接头35、滚珠丝杠BF支撑端38、小腿42、小腿拉杆套柱座43、小腿拉杆套柱44、小腿拉杆45、小腿滚珠丝杠螺母座46、小腿传动丝杠47、小腿电机48、小腿电机安装座49、小腿传动同步带50、小腿小同步带轮51、小腿大同步带轮52；所述小腿42上端通过大腿机构3中膝关节连接轴40经大腿机构3中膝关节轴承41与大腿机构3中大腿25连接形成转动副，小腿42下端与弹簧减震系统5通过螺钉形成固定连接；所述滚珠丝杠BK固定端30与滚珠丝杠BF支撑端38固定在大腿25的背面；所述小腿传动丝杠47安装于滚珠丝杠BK固定端30和滚珠丝杠BF支撑端38之间形成转动副；所述小腿电机安装座49通过螺钉连接安装在滚珠丝杠BK固定端30上，小腿电机48通过螺钉与小腿电机安装座49形成固定连接；所述小腿传动同步带50起到将小腿电机48输出的动力通过固定在小腿电机48输出轴上的小腿小同步带轮51传递到安装在小腿传动丝杠47伸出端的小腿大同步带轮52，再带动小腿传动丝杠47的转动，进而通过小腿传动丝杠47将旋转运动转化为安装在小腿传动丝杠47上的大腿小腿滚珠丝杠螺母座46的直线运动；所述小腿拉杆45的两端分别连接一个鱼眼接头35组成拉杆机构，所述小腿拉杆套柱座43与小腿42的背面相连，小腿拉杆套柱44通过螺纹连接安装在小腿拉杆套柱座43的螺纹孔内；拉杆机构的两端分别与小腿滚珠丝杠螺母座46的小腿拉杆套柱44、小腿拉杆套柱座43上的小腿拉杆套柱44相连形成转动副，拉杆机构和小腿拉杆套柱44相对于小腿传动丝杠47中轴线作对称布置；小腿滚珠丝杠螺母座46的直线运动，通过拉杆机构的传递，带动小腿42相对膝关节连接轴40转动，以实现小腿的抬升和放下。

所述小腿机构4底部增加一个被动的弹簧减震系统5，以抵消和减弱机器人在步态行走时不断敲击地面带来的腿部冲击。

进一步地，可以设置所述弹簧减震系统5包括减震器上盖53、减震器底座54、橡胶隔声垫55、弹簧56、预压螺杆57、橡胶阻尼垫58；所述减震器上盖53上方的四边形槽与小腿机构4中镂空的长方体结构的小腿42的下端连接，减震器底座54与位于其上的橡胶阻尼垫58相连(粘在一起)，将弹簧56放置在橡胶阻尼垫58的槽中，橡胶隔声垫55放置在减震器上盖53对应槽内，将带有橡胶隔声垫55的减震器上盖53以弹簧56为导向扣入减震器底座54内，预压螺杆57一端与减震器底座54螺纹配合形成固定连接，预压螺杆57另一端穿过减震器上盖53的中间孔且预压螺杆57的上端端面正好压住减震器上盖53中间孔里的凸台，通过预压螺杆57的旋入深度对弹簧压紧力进行调节，以适应在不同负载下都能起到良好缓冲减震作用；减震器上盖53和减震器底座54的外形做成四面体形状，减震器上盖53扣入减震器底座54中时采用过渡配合。本申请减震器上盖53、减震器底座54采用特定的四面体形状且采用过渡配合，不仅能在导向定位的同时，还能有一定的相对运动空间；所述小腿42的结构做成镂空的长方体，一方面为了减少质量，另一方面是为了在小腿42底端与减震器上盖53的侧面通过螺纹孔进行连接，不仅容易拆装，更能通过减震器上盖53上方的四边形槽进行定位。

进一步地，可以设置所述轮足机构6包括轮子59、无刷伺服电机60、无刷伺服电机座61；所述轮子59与无刷伺服电机60的旋转输出轴相连，无刷伺服电机座61固定在无刷伺服电机60上，起到支撑和连接作用，无刷伺服电机座61上端通过螺钉与弹簧减震系统5中的减震器底座54连接形成固定连接。

进一步地，可以设置所述轮子59包括锁紧螺母62、轮毂63、轮毂套64、轮胎65、轮子连接器66；所述轮子连接器66一端通过螺钉与无刷伺服电机60上的输出端相连接；所述轮子连接器66的另一端插入轮毂63的连接孔，轮子连接器66的另一端外形采用带圆角的长方体，目的是为了轮毂63连接孔加工方便、减少应力集中，也起到了连接、传力的作用；所述轮毂63的外圈套有轮毂套64，轮毂套64的外圈套有轮胎65，无刷伺服电机60的输出轴穿过轮子连接器66的内孔后穿出轮毂63的中间孔，无刷伺服电机60输出轴的末端与锁紧螺母62连接，以保证轮子59与无刷伺服电机60的输出端同步运动。

本发明的工作原理是：将本发明的腿部系统用于轮足式机器人，可以使得机器人用于不同的情况：

机器人在地面上工作时，通过传感器感知周边环境，并将感知的信息传递至微控制器进行分析后，如果微控制器判断周围没有障碍物且是平坦路面，则微控制器分别向四条腿的大腿电机16和小腿电机48发送使能信号，以锁定电机的转动且不会受周向力后发生随动，以使大腿25和小腿42的姿态保持不变，同时根据设定的轨迹路线，开启四个轮足机构6上的无刷伺服电机60，实现在平坦路面上的高效、快速、稳定移动。

机器人在地面上工作时，如果微控制器判断周围有可跨越障碍物或是崎岖不平的路面，微控制器根据设定的轨迹路线，分别向四条腿的大腿电机16和小腿电机48发送控制信号，以完成不同步态下各腿部结构相应的姿态，同时微控制器向无刷伺服电机60发送使能信号，以锁定电机的转动且不会受周向力后发生随动，以保证在步态行进时不发生打滑等现象，实现跨越障碍物或在崎岖不平的地面上行走。

机器人在各类地面上工作时，如受到侧向冲击、站立或行走于斜面上等情况，嵌入在机器人主体内的陀螺仪传感器感知机器人的空间姿态，陀螺仪将采集到的信号发送给微处理器进行处理，微控制器将处理后的结果进行分析后，向髋关节电机24发送控制信号，以调整整条腿的姿态，保持机器人整体的稳定性。

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种带减震功能的轮足式机器人腿部系统，其特征在于：包括髋关节机构、大腿机构、小腿机构、弹簧减震系统、轮足机构；

所述髋关节机构，用于相对机器人主体结构旋转，带动大腿机构、小腿机构、弹簧减震系统、轮足机构随髋关节机构进行转动；

所述大腿机构，用于相对髋关节机构旋转，带动小腿机构、弹簧减震系统、轮足机构随大腿机构进行转动；

所述小腿机构，用于相对大腿机构旋转，带动弹簧减震系统、轮足机构随小腿机构进行转动；

所述弹簧减震系统用于连接小腿机构与轮足机构，用于减震；

所述轮足机构，用于带动机器人主体结构、髋关节机构、大腿机构、小腿机构、弹簧减震系统随轮足机构进行轮式运动。

2.根据权利要求1所述的带减震功能的轮足式机器人腿部系统，其特征在于：所述髋关节机构用于通过髋关节电机提供动力，驱动固连在髋关节电机上的电机轴齿轮带动减速齿轮的转动，以使髋关节机构相对机器人主体结构旋转，完成侧摆动作。

3.根据权利要求1或2所述的带减震功能的轮足式机器人腿部系统，其特征在于：所述髋关节机构包括内侧板、前侧板、前侧板轴承、前侧板支撑轴、前侧板轴承盖、大腿支撑轴、外侧板、后侧板、减速齿轮、后侧板轴承、后侧板齿轮轴、后侧板轴承盖、齿轮限位环、电机轴齿轮、髋关节电机；所述内侧板的一端与前侧板一端固定连接，内侧板另一端与后侧板一端固定连接，前侧板与后侧板在空间上平行布置且分别垂直于内侧板，外侧板两端分别与前侧板另一端、后侧板另一端固定连接，外侧板在空间上与前侧板和后侧板形成垂直布置，由内侧板、外侧板、前侧板和后侧板连接形成的髋关节机构的框架；大腿支撑轴一端与内侧板固定连接，大腿支撑轴另一端从外侧板伸出，髋关节电机与后侧板相连，髋关节电机输出轴上的电机轴齿轮带动固连在后侧板齿轮轴上的减速齿轮；前侧板和后侧板分别与固定在机器人主体结构两端的前侧板支撑轴和后侧板齿轮轴通过前侧板轴承和后侧板轴承形成转动副；所述前侧板轴承的轴向定位由前侧板支撑轴自身的阶梯轴和前侧板轴承盖实现，前侧板轴承盖与前侧板固定连接，后侧板轴承的轴向定位由后侧板齿轮轴上的齿轮限位环和后侧板轴承盖实现，后侧板轴承盖与后侧板固定连接。

4.根据权利要求1所述的带减震功能的轮足式机器人腿部系统，其特征在于：所述大腿机构用于通过大腿电机提供动力，驱动大腿小同步带轮带动安装在大腿传动丝杠伸出端的大腿大同步带轮，再带动大腿传动丝杠的转动，进而通过大腿传动丝杠将旋转运动转化为安装在大腿传动丝杠上的大腿滚珠丝杠螺母座的直线运动；大腿滚珠丝杠螺母座的直线运动，通过拉杆机构的传递，带动大腿相对髋关节机构中大腿支撑轴转动，以实现大腿的抬起和放下。

5.根据权利要求1或4所述的带减震功能的轮足式机器人腿部系统，其特征在于：所述大腿机构包括大腿小同步带轮、大腿电机安装座、大腿电机、大腿、大腿上端内侧轴承盖、大腿上端外侧轴承盖、大腿传动同步带、大腿大同步带轮、滚珠丝杠BK固定端、大腿传动丝杠、大腿滚珠丝杠螺母座、大腿拉杆套柱座、大腿拉杆套柱、鱼眼接头、大腿下端外侧轴承盖、大腿拉杆、滚珠丝杠BF支撑端、滚珠丝杠垫块、膝关节连接轴、膝关节轴承；所述大腿电机与固定在髋关节机构中外侧板上的大腿电机安装座固定连接，大腿小同步带轮紧固在大腿电机的输出轴上，所述大腿通过轴承与髋关节机构中大腿支撑轴的伸出端相连形成转动副，大腿的轴向定位分别是通过大腿上端内侧轴承盖与大腿支撑轴的限位、通过固定在大腿上的大腿上端外侧轴承盖来实现；滚珠丝杠BK固定端与滚珠丝杠BF支撑端固定在外侧板的外侧，且与外侧板之间的距离通过滚珠丝杠垫块调节，大腿传动丝杠安装于滚珠丝杠BK固定端和滚珠丝杠BF支撑端之间形成转动副；所述大腿传动同步带起到将大腿电机输出的动力通过大腿小同步带轮传递到安装在大腿传动丝杠伸出端的大腿大同步带轮，再带动大腿传动丝杠的转动，进而通过大腿传动丝杠将旋转运动转化为安装在大腿传动丝杠上的大腿滚珠丝杠螺母座的直线运动；小腿机构上端通过膝关节连接轴经膝关节轴承与大腿连接形成转动副，膝关节处的轴向定位是通过固定在大腿上的两个大腿下端外侧轴承盖实现；大腿拉杆的两端分别连接一个鱼眼接头组成拉杆机构，大腿拉杆套柱座与大腿的正面相连，大腿拉杆套柱安装在大腿拉杆套柱座的螺纹孔内，拉杆机构的两端分别与大腿滚珠丝杠螺母座上的大腿拉杆套柱、大腿拉杆套柱座上的大腿拉杆套柱相连形成转动副，拉杆机构和大腿拉杆套柱相对于大腿传动丝杠中轴线作对称布置；大腿滚珠丝杠螺母座的直线运动，通过拉杆机构的传递，带动大腿相对大腿支撑轴转动，以实现大腿的抬起和放下。

6.根据权利要求1所述的带减震功能的轮足式机器人腿部系统，其特征在于：所述小腿机构用于通过小腿电机提供动力，驱动小腿小同步带轮带动安装在小腿传动丝杠伸出端的小腿大同步带轮，再带动小腿传动丝杠的转动，进而通过小腿传动丝杠将旋转运动转化为安装在小腿传动丝杠上的大腿小腿滚珠丝杠螺母座的直线运动；小腿滚珠丝杠螺母座的直线运动，通过拉杆机构的传递，带动小腿相对膝关节连接轴转动，以实现小腿的抬升和放下。

7.根据权利要求1或6所述的带减震功能的轮足式机器人腿部系统，其特征在于：所述小腿机构包括滚珠丝杠BK固定端、鱼眼接头、滚珠丝杠BF支撑端、小腿、小腿拉杆套柱座、小腿拉杆套柱、小腿拉杆、小腿滚珠丝杠螺母座、小腿传动丝杠、小腿电机、小腿电机安装座、小腿传动同步带、小腿小同步带轮、小腿大同步带轮；所述小腿上端通过大腿机构中膝关节连接轴经大腿机构中膝关节轴承与大腿机构中大腿连接形成转动副，小腿下端与弹簧减震系统固定连接；所述滚珠丝杠BK固定端与滚珠丝杠BF支撑端固定在大腿的背面；所述小腿传动丝杠安装于滚珠丝杠BK固定端和滚珠丝杠BF支撑端之间形成转动副；所述小腿电机安装座安装在滚珠丝杠BK固定端上，小腿电机与小腿电机安装座固定连接；所述小腿传动同步带起到将小腿电机输出的动力通过固定在小腿电机输出轴上的小腿小同步带轮传递到安装在小腿传动丝杠伸出端的小腿大同步带轮，再带动小腿传动丝杠的转动，进而通过小腿传动丝杠将旋转运动转化为安装在小腿传动丝杠上的大腿小腿滚珠丝杠螺母座的直线运动；所述小腿拉杆的两端分别连接一个鱼眼接头组成拉杆机构，所述小腿拉杆套柱座与小腿的背面相连，小腿拉杆套柱安装在小腿拉杆套柱座的螺纹孔内；拉杆机构的两端分别与小腿滚珠丝杠螺母座的小腿拉杆套柱、小腿拉杆套柱座上的小腿拉杆套柱相连形成转动副，拉杆机构和小腿拉杆套柱相对于小腿传动丝杠中轴线作对称布置；小腿滚珠丝杠螺母座的直线运动，通过拉杆机构的传递，带动小腿相对膝关节连接轴转动，以实现小腿的抬升和放下。

8.根据权利要求1所述的带减震功能的轮足式机器人腿部系统，其特征在于：所述弹簧减震系统包括减震器上盖、减震器底座、橡胶隔声垫、弹簧、预压螺杆、橡胶阻尼垫；所述减震器上盖上方的四边形槽与小腿机构中镂空的长方体结构的小腿的下端连接，减震器底座与位于其上的橡胶阻尼垫相连，将弹簧放置在橡胶阻尼垫的槽中，橡胶隔声垫放置在减震器上盖对应槽内，将带有橡胶隔声垫的减震器上盖以弹簧为导向扣入减震器底座内，预压螺杆一端与减震器底座固定连接，预压螺杆另一端穿过减震器上盖的中间孔且预压螺杆的上端端面正好压住减震器上盖中间孔里的凸台，通过预压螺杆的旋入深度对弹簧压紧力进行调节；减震器上盖和减震器底座的外形做成四面体形状，减震器上盖扣入减震器底座中时采用过渡配合。

9.根据权利要求1所述的带减震功能的轮足式机器人腿部系统，其特征在于：所述轮足机构包括轮子、无刷伺服电机、无刷伺服电机座；所述轮子与无刷伺服电机的旋转输出轴相连，无刷伺服电机座固定在无刷伺服电机上，无刷伺服电机座上端与弹簧减震系统中的减震器底座连接固定连接。

10.根据权利要求9所述的带减震功能的轮足式机器人腿部系统，其特征在于：所述轮子包括锁紧螺母、轮毂、轮毂套、轮胎、轮子连接器；所述轮子连接器一端与无刷伺服电机上的输出端相连接；所述轮子连接器的另一端插入轮毂的连接孔，轮子连接器的另一端外形采用带圆角的长方体；所述轮毂的外圈套有轮毂套，轮毂套的外圈套有轮胎，无刷伺服电机的输出轴穿过轮子连接器的内孔后穿出轮毂的中间孔，无刷伺服电机输出轴的末端与锁紧螺母连接。

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