CN112208667A - 连杆传动机构及机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种连杆传动机构及机器人，连杆传动机构包括第一转动臂、由外部驱动结构驱动的摇摆件、第一连杆组件及第二转动臂，摇摆件的两端分别转动连接于第一转动臂和第一连杆组件，第一转动臂远离摇摆件的一端、第一连杆组件远离摇摆件的一端均活动连接于第二转动臂。本发明提供的连杆传动机构及机器人，驱动第二转动臂的驱动机构无需设置在第一转动臂和第二转动臂之间，可以将驱动机构设置在第一转动臂远离第二转动臂一端，也可以通过其他连杆机构带动第一转动臂，进一步使驱动机构远离第二转动臂，当该连杆传动机构应用于机器人腿部时，可以提高机器人腿部的质心，减小腿部所需的驱动力。
Description
技术领域
本发明属于智能机器技术领域，更具体地说，是涉及一种连杆传动机构及机器人。
背景技术
在机器人领域，尤其是仿人型双足机器人的步态行走方面，腿部的重量分配是一个重要的指标。目前的市面上双足机器人由于其驱动关节的传统布置方式，例如膝关节的驱动机构通常是直接放置在膝关节处，再如脚踝的驱动机构通常直接放置在脚踝处，使得腿部重量普遍较大，导致其质心距离地面的高度也普遍较低，腿部结构的转动惯量普遍偏大，这对腿部关节驱动力的要求就会变高。驱动力的变高也同时带来驱动关节重量的增大，也最终会影响机器人整体的运动性能。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种连杆传动机构及机器人，以解决现有技术中存在的机器人腿部质心较低、腿部所需的驱动力较大的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种连杆传动机构，包括第一转动臂、由外部驱动结构驱动的摇摆件、第一连杆组件及第二转动臂，所述摇摆件的两端分别转动连接于所述第一转动臂和所述第一连杆组件，所述第一转动臂远离所述摇摆件的一端、所述第一连杆组件远离所述摇摆件的一端均活动连接于所述第二转动臂。
在一个实施例中，所述第一连杆组件远离所述摇摆件的一端通过第一十字轴万向节连接于所述第二转动臂，所述第一转动臂远离所述摇摆件的一端通过第二十字轴万向节连接于所述第二转动臂。
在一个实施例中，所述第一连杆组件远离所述摇摆件的一端设有第一U形叉，所述第二转动臂与所述第一连杆组件的连接处设有第二U形叉，所述第一U形叉的两个侧部分别连接于所述第一十字轴万向节的其中两端，所述第二U形叉的两个侧部分别连接于所述第一十字轴万向节的另外两端；所述第一转动臂远离所述摇摆件的一端设有第三U形叉，所述第二转动臂与所述第一转动臂连接的一端设有第四U形叉，所述第三U形叉的两个侧部分别连接于所述第二十字轴万向节的其中两端，所述第四U形叉的两个侧部分别连接于所述第二十字轴万向节的另外两端。
在一个实施例中，所述第一十字轴万向节和所述第二十字轴万向节均包括十字轴本体、套设于所述十字轴本体的四个端部的十字轴套、用于压紧对应所述十字轴套的十字轴挡以及用于将所述十字轴挡固定于所述十字轴套的十字轴紧固件。
在一个实施例中，所述摇摆件上设有第五U形叉，所述第一连杆组件的一端伸入所述第五U形叉中且通过销轴组件与所述第五U形叉转动连接。
本发明还提供一种机器人，包括上述的连杆传动机构。
在一个实施例中，所述机器人还包括用于驱动所述摇摆件摆动的第一驱动机构以及转动连接于所述第一转动臂的第三转动臂，所述驱动机构固定于所述第三转动臂。
在一个实施例中，所述第一驱动机构、所述摇摆件和所述第一连杆组件的数量均为两个，两个所述摇摆件设于所述第一转动臂的相对两侧，两个所述第一连杆组件靠近所述第二转动臂的端部分别设于所述第一转动臂靠近所述第二转动臂的端部的两侧。
在一个实施例中，所述第一驱动机构包括第一关节舵机、减速器以及连接所述第一关节舵机和所述减速器的传动组件，所述第一关节舵机固定于所述第三转动臂的中部，所述减速器固定于所述第三转动臂靠近所述第一转动臂的一端，且所述第一转动臂相对所述第三转动臂转动的转动轴与所述减速器的输出轴同轴设置。
在一个实施例中，所述机器人还包括第二连杆组件，所述第三转动臂上还固定有用于驱动所述第三转动臂的第二关节舵机，所述第二连杆组件的两端分别连接于所述第二关节舵机和所述第一转动臂。
本发明提供的连杆传动机构及机器人的有益效果在于：与现有技术相比，本发明连杆传动机构包括第一转动臂、摇摆件、第二转动臂和第一连杆组件，摇摆件的两端分别连接于第一转动臂和第一连杆组件，第一转动臂的另一端及第一连杆组件的另一端均与第二转动臂活动连接，摇摆件由外部驱动结构驱动，第一转动臂摆动时，可通过第一连杆组件和第一转动臂带动第二转动臂摆动，从而通过第一转动臂的转动带动第二转动臂转动，这样，驱动第二转动臂的驱动机构无需设置在第一转动臂和第二转动臂之间，可以将驱动机构设置在第一转动臂远离第二转动臂的一端，也可以通过其他连杆机构带动第一转动臂，进一步使驱动机构远离第二转动臂，当该连杆传动机构应用于机器人腿部时，可以提高机器人腿部的质心，减小腿部所需的驱动力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的连杆传动机构的立体结构图；
图2为本发明实施例提供的摇摆件和第一连杆组件的立体结构图；
图3为本发明实施例提供的第一十字轴万向节的爆炸结构图；
图4为本发明实施例提供的连杆组件的剖视图；
图5为本发明实施例提供的机器人的立体结构图；
图6为本发明实施例提供的机器人的侧视图；
图7为图6中沿A-A线的剖视图。
其中，图中各附图标记：
1-摇摆件；11-第五U形叉；2-第一连杆组件；21-第一U形叉；22-球状轴承；3-第二转动臂；31-第二U形叉；32-第四U形叉；4-第一转动臂；41-第三U形叉；5-第一十字轴万向节；51-十字轴本体；52-十字轴套；53-十字轴挡；54-十字轴紧固件；6-第二十字轴万向节；7-销轴组件；81-第三转动臂；811-第六U形叉；82-第二关节舵机；83-第二连杆组件；84-第一驱动机构；841-第一关节舵机；842-传动组件；843-减速器。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
现对本发明实施例提供的连杆传动机构进行说明。
请参阅图1，在本发明的其中一个实施例中，连杆传动机构包括第一转动臂4、摇摆件1、第一连杆组件2和第二转动臂3，摇摆件1由外部驱动结构驱动摇摆，摇摆件1的两端分别转动连接于第一转动臂4和第一连杆组件2，第一转动臂4远离摇摆件1的一端活动连接于第二转动臂3，第一连杆组件2远离摇摆件1的一端也活动连接于第二转动臂3。第一转动臂4、摇摆件1、第一连杆组件2和第二转动臂3首尾顺次连接，形成四边形结构。在外部驱动机构驱动摇摆件1摇摆时，第一连杆组件2及第二转动臂3均随摇摆件1转动，这样，通过摇摆件1的运动即可实现对第二转动臂3的驱动。而驱动摇摆件1的外部驱动机构可以设于摇摆件1和第一转动臂4的连接处，也可以设于距离第二转动臂3更远的部位，无需将驱动机构设置在第二转动臂3和第一转动臂4的连接处，使机器人的质心距离第二转动臂3更远，从而可以减小所需的驱动力。例如，连杆传动机构设置于机器人的脚踝连接处时，第一转动臂4为小腿结构件，第二转动臂3为脚板结构件，小腿结构件和脚板结构件的转动连接处即为脚踝，通过摇摆件1的转动即可带动脚板相对小腿结构件转动，而驱动摇摆件1的外部驱动机构可以设置在摇摆件1与第一转动臂4的连接处，也可以设置在其他位置，相比于将驱动机构设置在脚踝处，机器人腿部的质心提高，所需的驱动力也相应减小。该连杆传动机构也可用于多自由度机械臂等关节结构中。
上述实施例中的连杆传动机构，包括第一转动臂4、摇摆件1、第二转动臂3和第一连杆组件2，摇摆件1的两端分别连接于第一转动臂4和第一连杆组件2，第一转动臂4的另一端及第一连杆组件2的另一端均与第二转动臂3活动连接，摇摆件1由外部驱动结构驱动，第一转动臂4摆动时，可通过第一连杆组件2和第一转动臂4带动第二转动臂3摆动，从而通过第一转动臂4的转动带动第二转动臂3转动，这样，驱动第二转动臂3的驱动机构无需设置在第一转动臂4和第二转动臂3之间，可以将驱动机构设置在第一转动臂4远离第二转动臂3一端，也可以通过其他连杆机构带动第一转动臂4，进一步使驱动机构远离第二转动臂3，当该连杆传动机构应用于机器人腿部时，可以提高机器人腿部的质心，减小腿部所需的驱动力。
在本发明的其中一个实施例中，请参阅图1，第一连杆组件2远离摇摆件1的一端通过第一十字轴万向节5连接于第二转动臂3，第一转动臂4远离摇摆件1的一端通过第二十字轴万向节6连接于第二转动臂3。在其他实施例中，第一连杆组件2远离摇摆件1的一端、第一转动臂4远离摇摆件1的一端也可以通过球轴承等万向连接结构活动连接于第二转动臂3。
在本发明的其中一个实施例中，请参阅图2及图3，第一连杆组件2远离摇摆件1的一端设有第一U形叉21，第二转动臂3与第一连杆组件2的连接处设有第二U形叉31，第一十字轴万向节5的其中两端连接于第一U形叉21的两个侧部，第一十字轴万向节5的另外两端连接于第二U形叉31的两个侧部，使第一U形叉21的两个侧部和第二U形叉31的两个侧部也呈十字交叉设置，如此，使第一连杆组件2和第二转动臂3万向连接。第一转动臂4远离摇摆件1的一端设有第三U形叉41，第二转动臂3与第一转动臂4的连接处设有第四U形叉32，第二十字轴万向节6的其中两端连接于第三U形叉41的两个侧部，第二十字轴万向节6的另外两端连接于第四U形叉32的两个侧部，使第三U形叉41的两个侧部和第四U形叉32的两个侧部也呈十字交叉设置，如此，使第一转动臂4和第二转动臂3万向连接。
可选地，请参阅图3及图4，第一十字轴万向节5包括十字轴本体51、十字轴套52、十字轴挡53以及十字轴紧固件54。十字轴本体51呈十字型，十字轴套52、十字轴挡53和十字轴紧固件54的数量均为四个，分别设置在十字轴本体51的四端。十字轴套52套设在十字轴本体51对应的端部，十字轴挡53穿过对应的U形叉设置，用于止挡U形叉，而十字轴紧固件54用于将十字轴挡53固定于十字轴本体51的其中一端。其中，第二十字轴万向节6可选为与第一十字轴万向节5的结构相同。
在本发明的其中一个实施例中，请参阅图2，摇摆件1上设有第五U形叉11，第一连杆组件2的一端伸入第五U形叉11内，且第一连杆组件2通过销轴组件7与第五U形叉11转动连接。销轴组件7的具体结构此处不作限定。第一连杆组件2伸入第五U形叉11的一端设有球状轴承22，销轴组件7穿过球状轴承22设置。球状轴承22的设置可以避免第一连杆组件2和摇摆件1的连接处在转动时卡住。在其他实施例中，第五U形叉11也可设置在第一连杆组件2的端部，摇摆件1的端部则伸入第五U形叉11内，并通过销轴组件7转动连接。
可选地，摇摆件1和第一连杆组件2的数量均为两个，其中一个摇摆件1和第一连杆组件2设于第一转动臂4的一侧，另一个摇摆件1和第一连杆组件2设于第一转动臂4的另一侧，使得第二转动臂3的转动更加稳定。
本发明还提供一种机器人，机器人包括上述任一实施例中的连杆传动机构。采用上述的连杆传动机构时，驱动第二转动臂3的驱动机构无需设置在第一转动臂4和第二转动臂3之间，可以将驱动机构设置在第一转动臂4远离第二转动臂3一端，也可以通过其他连杆机构带动第一转动臂4，进一步使驱动机构远离第二转动臂3，当该连杆传动机构应用于机器人腿部时，可以提高机器人腿部的质心，减小腿部所需的驱动力。
在本发明的其中一个实施例中，请参阅图5至图7，机器人还包括第一驱动机构84和第三转动臂81。第一驱动机构84用于驱动摇摆件1摆动，第三转动臂81转动连接于第一转动臂4，且第一驱动机构84固定于第三转动臂81上。其中，第一驱动机构84可固定于第三转动臂81和第一转动臂4的连接处，也可以固定在第三转动臂81的中部。可选地，第一转动臂4为小腿结构件，第二转动臂3为脚板结构件，第三转动臂81为大腿结构件，第一驱动机构84固定于大腿结构件上，即可带动脚板组件运动，无需将驱动机构设置在脚踝处，可以提高机器人的质心。
可选地，第一驱动机构84包括第一关节舵机841、减速器843和传动组件842，第一关节舵机841和减速器843通过传动组件842连接，第一关节舵机841可包括电机、编码器等，第一关节舵机841的输出端连接于传动组件842的输入端，传动组件842的输出端连接于减速器843，摇摆件1连接于减速器843的输出端，从而带动摇摆件1运动。传动组件842可选为带轮组件。第一关节舵机841固定于第三转动臂81的中部，减速器843固定在第三转动臂81的靠近第一转动臂4的端部，即第三转动臂81和第一转动臂4的转动连接处，且第一转动臂4和第三转动臂81的转动轴和减速器843的输出轴同轴设置。可选地，第三转动臂81的端部设有第六U形叉811，第一驱动机构84、第一连杆组件2和摇摆件1的数量均为两个，两个减速器843分别固定在第六U形叉811的两个侧部，第一连杆组件2和摇摆件1相应设置在第一转动臂4的两侧。这样，在两个第一驱动机构84的运动方向相同时，两个摇摆件1和两个第一连杆组件2同步运动，使得第二转动臂3可以实现前摆运动；在两个第一驱动机构84的运动方向相反时，两个摇摆件1和两个第一连杆组件2的运动方向均相反，这样，第二转动臂3的两侧的运动方向也相反，一侧向上运动、一侧向下运动，可以实现第二转动臂3的侧摆运动。
在本发明的其中一个实施例中，请参阅图5及图6，机器人还包括第一驱动机构84、第三转动臂81、第二关节舵机82以及第二连杆组件83。第一驱动机构84用于驱动摇摆件1摆动，第三转动臂81转动连接于第一转动臂4，且第一驱动机构84固定于第三转动臂81上。第二关节舵机82也固定于第三转动臂81上，且用于驱动第三转动臂81转动，且第二连杆组件83的两端分别连接于第二关节舵机82和第一转动臂4。在第三转动臂81转动时，第二连杆组件83推动第一转动臂4旋转，因此，可以通过第二关节舵机82驱动第一转动臂4相对第三转动臂81旋转，而第二关节舵机82无需设置在第一转动臂4和第三转动臂81的转动连接处，因此可以减小驱使第一转动臂4相对第三转动臂81旋转的驱动力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种连杆传动机构，其特征在于，包括第一转动臂、由外部驱动结构驱动的摇摆件、第一连杆组件及第二转动臂，所述摇摆件的两端分别转动连接于所述第一转动臂和所述第一连杆组件，所述第一转动臂远离所述摇摆件的一端、所述第一连杆组件远离所述摇摆件的一端均活动连接于所述第二转动臂。
2.如权利要求1所述的连杆传动机构，其特征在于：所述第一连杆组件远离所述摇摆件的一端通过第一十字轴万向节连接于所述第二转动臂，所述第一转动臂远离所述摇摆件的一端通过第二十字轴万向节连接于所述第二转动臂。
3.如权利要求2所述的连杆传动机构，其特征在于：所述第一连杆组件远离所述摇摆件的一端设有第一U形叉，所述第二转动臂与所述第一连杆组件的连接处设有第二U形叉，所述第一U形叉的两个侧部分别连接于所述第一十字轴万向节的其中两端，所述第二U形叉的两个侧部分别连接于所述第一十字轴万向节的另外两端；所述第一转动臂远离所述摇摆件的一端设有第三U形叉，所述第二转动臂与所述第一转动臂连接的一端设有第四U形叉，所述第三U形叉的两个侧部分别连接于所述第二十字轴万向节的其中两端，所述第四U形叉的两个侧部分别连接于所述第二十字轴万向节的另外两端。
4.如权利要求2所述的连杆传动机构，其特征在于：所述第一十字轴万向节和所述第二十字轴万向节均包括十字轴本体、套设于所述十字轴本体的四个端部的十字轴套、用于压紧对应所述十字轴套的十字轴挡以及用于将所述十字轴挡固定于所述十字轴套的十字轴紧固件。
5.如权利要求1所述的连杆传动机构，其特征在于：所述摇摆件上设有第五U形叉，所述第一连杆组件的一端伸入所述第五U形叉中且通过销轴组件与所述第五U形叉转动连接。
6.机器人，其特征在于：包括权利要求1-5任一项所述的连杆传动机构。
7.如权利要求6所述的机器人，其特征在于：所述机器人还包括用于驱动所述摇摆件摆动的第一驱动机构以及转动连接于所述第一转动臂的第三转动臂，所述驱动机构固定于所述第三转动臂。
8.如权利要求7所述的机器人，其特征在于：所述第一驱动机构、所述摇摆件和所述第一连杆组件的数量均为两个，两个所述摇摆件设于所述第一转动臂的相对两侧，两个所述第一连杆组件靠近所述第二转动臂的端部分别设于所述第一转动臂靠近所述第二转动臂的端部的两侧。
9.如权利要求7所述的机器人，其特征在于：所述第一驱动机构包括第一关节舵机、减速器以及连接所述第一关节舵机和所述减速器的传动组件，所述第一关节舵机固定于所述第三转动臂的中部，所述减速器固定于所述第三转动臂靠近所述第一转动臂的一端，且所述第一转动臂相对所述第三转动臂转动的转动轴与所述减速器的输出轴同轴设置。
10.如权利要求7所述的机器人，其特征在于：所述机器人还包括第二连杆组件，所述第三转动臂上还固定有用于驱动所述第三转动臂的第二关节舵机，所述第二连杆组件的两端分别连接于所述第二关节舵机和所述第一转动臂。
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