CN112441156B - 一种高性能仿生足式机器人的腿足机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高性能仿生足式机器人的腿足机构，一种高性能仿生足式机器人的腿足机构，包括机械腿部和机械脚部，所述机械腿部的底部固定安装有安装座，所述机械脚部可拆卸固定安装在安装座的底部，所述机械腿部的顶部滑动连接有升降块，且升降块的底部设置有升降组件，所述升降组件包括开设在升降块底部的调节槽，所述调节槽的顶部内壁上固定安装有滑杆，所述滑杆的底部滑动连接有升降杆。本发明结构简单，此六足机器人的腿足机构本体可以对机械腿部的长度进行调节，同时机械脚部设置的快速拆装结构，大大方便了使用者对机械脚部的更换，操作简单，满足了人们的使用需求，具有较强的实用性。

Description

一种高性能仿生足式机器人的腿足机构

技术领域

本发明涉及六足机器人相关技术领域，具体为一种高性能仿生足式机器人的腿足机构。

背景技术

在自然界和人类社会中存在一些人类无法到达的地方和可能危及人类生命的特殊场合。如行星表面、灾难发生矿井、防灾救援和反恐斗争等，对这些危险环境进行不断地探索和研究，寻求一条解决问题的可行途径成为科学技术发展和人类社会进步的需要。地形不规则和崎岖不平是这些环境的共同特点。从而使轮式机器人和履带式机器人的应用受到限制。以往的研究表明轮式移动方式在相对平坦的地形上行驶时，具有相当的优势运动速度迅速、平稳，结构和控制也较简单，但在不平地面上行驶时，能耗将大大增加，而在松软地面或严重崎岖不平的地形上，车轮的作用也将严重丧失移动效率大大降低。为了改善轮子对松软地面和不平地面的适应能力，履带式移动方式应运而生但履带式机器人在不平地面上的机动性仍然很差行驶时机身晃动严重。与轮式、履带式移动机器人相比在崎岖不平的路面步行机器人具有独特优越性能在这种背景下多足步行机器人的研究蓬勃发展起来。而仿生步行机器人的出现更加显示出步行机器人的优势。

六足机器人又叫蜘蛛机器人，是多足机器人的一种。仿生式六足机器人，顾名思义，六足机器人在我们理想架构中，我们借鉴了自然界。

六足机器人在实际使用的过程中，其腿部长度是固定的，无法根据实际使用需求进行调节，同时由于六足机器人长时间使用过程中，其脚部与地面直接接触，所以磨损很大，因而需要及时更换脚部，但是现有的脚部安装结构复杂，不便于更换，上述问题无疑给使用者带来了不便，所以我们提出了一种高性能仿生足式机器人的腿足机构，用以解决上述所提出的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高性能仿生足式机器人的腿足机构，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高性能仿生足式机器人的腿足机构，包括机械腿部和机械脚部，所述机械腿部的底部固定安装有安装座，所述机械脚部可拆卸固定安装在安装座的底部，所述机械腿部的顶部滑动连接有升降块，且升降块的底部设置有升降组件。

优选的，所述升降组件包括开设在升降块底部的调节槽，所述调节槽的顶部内壁上固定安装有滑杆，所述滑杆的底部滑动连接有升降杆，所述升降杆的底部和机械腿部的顶部固定连接，所述升降杆的一侧固定安装有驱动齿条，所述调节槽的一侧内壁上固定安装有抱闸电机，所述抱闸电机的输出轴上焊接有驱动齿轮，且驱动齿轮和驱动齿条相啮合，所述升降杆的一侧固定安装有制动组件，当需要对机械腿部的整体高度进行调节时，此时启动抱闸电机，抱闸电机会带动驱动齿轮进行转动，而驱动齿轮和驱动齿条相啮合，所以可以带动升降杆进行升降，因而可以对机械腿部的整体高度进行调节。

优选的，所述安装座的底部开设有安装槽，所述机械脚部的顶部固定安装有固定块，所述固定块的顶部固定安装有半球形块，所述安装槽的顶部内壁上滑动连接有对称设置的两个推动板，两个推动板相互靠近的一侧均固定安装有弧形块，且两个弧形块相互靠近的一侧固定连接有对称设置的两个伸缩杆，两个推动板相互远离的一侧均固定安装有复位组件，当需要将机械脚部固定安装在安装座的底部时，此时将机械脚部上的半球形块贯穿两个弧形块之间，因而会使得半球形块挤压两个弧形块向相互远离的一侧进行移动，同时会挤压复位组件，当半球形块穿过两个弧形块之间和安装槽的顶部内壁相卡合时，在复位组件的复位推力下，会使两个弧形块复位，因而在两个弧形块的作用下，可以对固定块进行固定，操作简单。

优选的，所述制动组件包括固定安装在升降杆另一侧的第一制动齿条，所述调节槽的一侧内壁上滑动连接有第二制动齿条，且第一制动齿条和第二制动齿条相啮合，所述第二制动齿条的一侧固定安装有对称设置的两个复位液压杆，且两个复位液压杆的一端均和调节槽的一侧内壁固定连接，所述第二制动齿条的一侧固定安装有三角块，所述调节槽的一侧内壁上滑动连接有梯形块，且梯形块和三角块相贴合，所述梯形块的顶部固定连接有螺杆，所述调节槽的顶部内壁上固定安装有旋转电机，所述旋转电机的输出轴上焊接有螺纹管，且螺杆的顶部延伸至螺纹管内并和螺纹管螺纹连接，当需要解除对升降杆的制动时，此时启动旋转电机，旋转电机会带动螺纹管进行转动，而螺纹管和螺杆螺纹连接，所以可以带动梯形块向上进行移动，所以在复位液压杆的作用下可以拉动第二制动齿条进行移动，当第二制动齿条和第一制动齿条相分离时，便可以解除对升降杆的制动。

优选的，所述复位组件包括两个复位弹簧分别固定安装在两个推动板相互远离的一侧，两个复位弹簧相互远离的一侧分别和安装槽的两侧内壁固定连接，利用复位弹簧可以使两个推动板始终保持有向相互靠近的作用力。

优选的，两个推动板相互远离的一侧分别固定安装有拉杆，且两个拉杆分别贯穿两个安装槽的两侧内壁并延伸至安装座的两侧，利用拉杆便于拉动推动板进行移动。

优选的，所述推动板的顶部固定安装有滑块，所述安装槽的顶部内壁上固定安装有对称设置的两个滑轨，且两个滑块分别和两个滑轨滑动连接，利用滑块和滑轨可以使得推动板移动时始终保持直线进行移动，且不会发生偏移。

优选的，所述伸缩杆包括第一套筒和第二套筒，且第一套筒套设在第二套筒的外侧并和第二套筒的外侧滑动连接，利用第一套筒和第二套筒可以使得伸缩杆实现伸缩功能。

优选的，两个拉杆相互远离的一侧均固定安装有手柄，且手柄的外侧固定套设有螺纹橡胶套，手柄的设置便于拉动拉杆进行移动。

优选的，其具体使用方法为：

(A1)、当需要对机械腿部的高度进行调节时，首先需要解除对升降杆的制动，此时启动旋转电机，旋转电机会带动螺纹管进行转动，而螺纹管和螺杆螺纹连接，所以可以带动梯形块向上进行移动，所以在复位液压杆的作用下可以拉动第二制动齿条进行移动，当第二制动齿条和第一制动齿条相分离时，便可以解除对升降杆的制动；

(A2)、在对升降杆的制动解除时，此时启动抱闸电机，抱闸电机会带动驱动齿轮进行转动，而驱动齿轮和驱动齿条相啮合，所以可以带动升降杆进行升降，因而可以对机械腿部的整体高度进行调节，当调节完毕之后，再使用第一制动齿条和第二制动齿条对升降杆进行制动固定，使得机械腿部可以稳固的固定在指定的位置高度上。

(A3)、当需要将机械脚部固定安装在安装座的底部时，此时将机械脚部上的半球形块贯穿两个弧形块之间，因而会使得半球形块挤压两个弧形块向相互远离的一侧进行移动，同时会挤压复位组件，当半球形块穿过两个弧形块之间和安装槽的顶部内壁相卡合时，在复位组件的推力下，会使两个弧形块复位，因而在两个弧形块的作用下，可以对机械脚部进行固定，操作简单。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中，当需要对机械腿部的高度进行调节时，首先需要解除对升降杆的制动，通过启动旋转电机会带动梯形块向上进行移动，在复位液压杆的作用下可以拉动第二制动齿条进行移动，当第二制动齿条和第一制动齿条相分离时，便可以解除对升降杆的制动；

在对升降杆制动解除时，此时启动抱闸电机可以带动升降杆进行升降，因而可以对机械腿部的整体高度进行调节，当调节完毕之后，再使用第一制动齿条和第二制动齿条对升降杆进行制动固定，使得机械腿部可以稳固的固定在指定的位置高度上。

2、本发明中，当需要将机械脚部固定安装在安装座的底部时，将机械脚部上的半球形块贯穿两个弧形块之间，同时会挤压复位弹簧，当半球形块穿过两个弧形块之间和安装槽的顶部内壁相卡合时，在复位弹簧的复位推力下，会使两个弧形块复位，因而在两个弧形块的限位作用下，可以对机械脚部进行固定，操作简单。

本发明结构简单，此六足机器人的腿足机构本体可以对机械腿部的长度进行调节，同时机械脚部设置的快速拆装结构，大大方便了使用者对机械脚部的更换，操作简单，满足了人们的使用需求，具有较强的实用性。

附图说明

图1为本发明主体结构示意图；

图2为本发明的图1部分结构剖视图；

图3为本发明的图1部分结构剖视图；

图4为本发明的图3中部分结构俯视图；

图5为本发明的图3中弧形板的三维结构示意图。

图中：1、机械腿部；2、机械脚部；3、升降块；4、安装座；5、升降杆； 6、调节槽；7、滑杆；8、驱动齿条；9、抱闸电机；10、驱动齿轮；11、第一制动齿条；12、第二制动齿条；13、三角块；14、梯形块；15、旋转电机；16、螺纹管；17、螺杆；18、安装槽；19、固定块；20、半球形块；21、推动板； 22、弧形块；23、伸缩杆；24、复位弹簧；25、拉杆。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种高性能仿生足式机器人的腿足机构，解决了现有技术中提出的问题。下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。

实施例一

请参阅图1-5，本实施例提供了一种高性能仿生足式机器人的腿足机构，一种高性能仿生足式机器人的腿足机构，包括机械腿部1和机械脚部2，机械腿部1的底部固定安装有安装座4，机械脚部2可拆卸固定安装在安装座4的底部，机械腿部1的顶部滑动连接有升降块3，且升降块3的底部设置有升降组件。

其中，升降组件包括开设在升降块3底部的调节槽6，调节槽6的顶部内壁上固定安装有滑杆7，滑杆7的底部滑动连接有升降杆5，升降杆5的底部和机械腿部1的顶部固定连接，升降杆5的一侧固定安装有驱动齿条8，调节槽6的一侧内壁上固定安装有抱闸电机9，抱闸电机9的输出轴上焊接有驱动齿轮10，且驱动齿轮10和驱动齿条8相啮合，升降杆5的一侧固定安装有制动组件，当需要对机械腿部1的整体高度进行调节时，此时启动抱闸电机9，抱闸电机9会带动驱动齿轮10进行转动，而驱动齿轮10和驱动齿条8相啮合，所以可以带动升降杆5进行升降，因而可以对机械腿部1的整体高度进行调节。

其中，安装座4的底部开设有安装槽18，机械脚部2的顶部固定安装有固定块19，固定块19的顶部固定安装有半球形块20，安装槽18的顶部内壁上滑动连接有对称设置的两个推动板21，两个推动板21相互靠近的一侧均固定安装有弧形块22，且两个弧形块22相互靠近的一侧固定连接有对称设置的两个伸缩杆23，两个推动板21相互远离的一侧均固定安装有复位组件，当需要将机械脚部2固定安装在安装座4的底部时，此时将机械脚部2上的半球形块 20贯穿两个弧形块22之间，因而会使得半球形块20挤压两个弧形块22向相互远离的一侧进行移动，同时会挤压复位组件，当半球形块20穿过两个弧形块22之间和安装槽18的顶部内壁相卡合时，在复位组件的复位推力下，会使两个弧形块22复位，因而在两个弧形块22的作用下，可以对固定块19进行固定，操作简单。

其中，制动组件包括固定安装在升降杆5另一侧的第一制动齿条11，调节槽6的一侧内壁上滑动连接有第二制动齿条12，且第一制动齿条11和第二制动齿条12相啮合，第二制动齿条12的一侧固定安装有对称设置的两个复位液压杆，且两个复位液压杆的一端均和调节槽6的一侧内壁固定连接，第二制动齿条12的一侧固定安装有三角块13，调节槽6的一侧内壁上滑动连接有梯形块14，且梯形块14和三角块13相贴合，梯形块14的顶部固定连接有螺杆17，调节槽6的顶部内壁上固定安装有旋转电机15，旋转电机15的输出轴上焊接有螺纹管16，且螺杆17的顶部延伸至螺纹管16内并和螺纹管16螺纹连接，当需要解除对升降杆5的制动时，此时启动旋转电机15，旋转电机15会带动螺纹管16进行转动，而螺纹管16和螺杆17螺纹连接，所以可以带动梯形块 14向上进行移动，所以在复位液压杆的作用下可以拉动第二制动齿条12进行移动，当第二制动齿条12和第一制动齿条11相分离时，便可以解除对升降杆 5的制动。

其中，复位组件包括两个复位弹簧24分别固定安装在两个推动板21相互远离的一侧，两个复位弹簧24相互远离的一侧分别和安装槽18的两侧内壁固定连接，利用复位弹簧24可以使两个推动板21始终保持有向相互靠近的作用力。

实施例二

请参阅图1-5，在实施例1的基础上做了进一步改进：

本实施例中，两个推动板21相互远离的一侧分别固定安装有拉杆25，且两个拉杆25分别贯穿两个安装槽18的两侧内壁并延伸至安装座4的两侧，利用拉杆25便于拉动推动板21进行移动。

本实施例中，推动板21的顶部固定安装有滑块，安装槽18的顶部内壁上固定安装有对称设置的两个滑轨，且两个滑块分别和两个滑轨滑动连接，利用滑块和滑轨可以使得推动板21移动时始终保持直线进行移动，且不会发生偏移。

本实施例中，伸缩杆23包括第一套筒和第二套筒，且第一套筒套设在第二套筒的外侧并和第二套筒的外侧滑动连接，利用第一套筒和第二套筒可以使得伸缩杆23实现伸缩功能。

本实施例中，两个拉杆25相互远离的一侧均固定安装有手柄，且手柄的外侧固定套设有螺纹橡胶套，手柄的设置便于拉动拉杆25进行移动。

本发明中，当需要对机械腿部1的高度进行调节时，首先需要解除对升降杆5的制动，此时启动旋转电机15，旋转电机15会带动螺纹管16进行转动，而螺纹管16和螺杆17螺纹连接，所以可以带动梯形块14向上进行移动，所以在复位液压杆的作用下可以拉动第二制动齿条12进行移动，当第二制动齿条12和第一制动齿条11相分离时，便可以解除对升降杆5的制动，在对升降杆5的制动解除时，此时启动抱闸电机9，抱闸电机9会带动驱动齿轮10 进行转动，而驱动齿轮10和驱动齿条8相啮合，所以可以带动升降杆5进行升降，因而可以对机械腿部1的整体高度进行调节，当调节完毕之后，再使用第一制动齿条11和第二制动齿条12对升降杆5进行制动固定，使得机械腿部 1可以稳固的固定在指定的位置高度上，当需要将机械脚部2固定安装在安装座4的底部时，此时将机械脚部2上的半球形块20贯穿两个弧形块22之间，因而会使得半球形块20挤压两个弧形块22向相互远离的一侧进行移动，同时会挤压复位弹簧24，当半球形块20穿过两个弧形块22之间和安装槽18的顶部内壁相卡合时，在复位弹簧24的复位推力下，会使两个弧形块22复位，因而在两个弧形块22的作用下，可以对机械脚部2进行固定，操作简单。

本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者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，“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。

本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限制，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种高性能仿生足式机器人的腿足机构，包括机械腿部（1）和机械脚部（2），其特征在于：所述机械腿部（1）的底部固定安装有安装座（4），所述机械脚部（2）可拆卸固定安装在安装座（4）的底部，所述机械腿部（1）的顶部滑动连接有升降块（3），且升降块（3）的底部设置有升降组件；所述安装座（4）的底部开设有安装槽（18），所述机械脚部（2）的顶部固定安装有固定块（19），所述固定块（19）的顶部固定安装有半球形块（20），所述安装槽（18）的顶部内壁上滑动连接有对称设置的两个推动板（21），两个推动板（21）相互靠近的一侧均固定安装有弧形块（22），且两个弧形块（22）相互靠近的一侧固定连接有对称设置的两个伸缩杆（23），两个推动板（21）相互远离的一侧均固定安装有复位组件；所述复位组件包括两个复位弹簧（24）分别固定安装在两个推动板（21）相互远离的一侧，两个复位弹簧（24）相互远离的一侧分别和安装槽（18）的两侧内壁固定连接；两个推动板（21）相互远离的一侧分别固定安装有拉杆（25），且两个拉杆（25）分别贯穿两个安装槽（18）的两侧内壁并延伸至安装座（4）的两侧；所述推动板（21）的顶部固定安装有滑块，所述安装槽（18）的顶部内壁上固定安装有对称设置的两个滑轨，且两个滑块分别和两个滑轨滑动连接；所述伸缩杆（23）包括第一套筒和第二套筒，且第一套筒套设在第二套筒的外侧并和第二套筒的外侧滑动连接；两个拉杆（25）相互远离的一侧均固定安装有手柄，且手柄的外侧固定套设有螺纹橡胶套。

2.根据权利要求1所述的一种高性能仿生足式机器人的腿足机构，其特征在于：所述升降组件包括开设在升降块（3）底部的调节槽（6），所述调节槽（6）的顶部内壁上固定安装有滑杆（7），所述滑杆（7）的底部滑动连接有升降杆（5），所述升降杆（5）的底部和机械腿部（1）的顶部固定连接，所述升降杆（5）的一侧固定安装有驱动齿条（8），所述调节槽（6）的一侧内壁上固定安装有抱闸电机（9），所述抱闸电机（9）的输出轴上焊接有驱动齿轮（10），且驱动齿轮（10）和驱动齿条（8）相啮合，所述升降杆（5）的一侧固定安装有制动组件。

3.根据权利要求2所述的一种高性能仿生足式机器人的腿足机构，其特征在于：所述制动组件包括固定安装在升降杆（5）另一侧的第一制动齿条（11），所述调节槽（6）的一侧内壁上滑动连接有第二制动齿条（12），且第一制动齿条（11）和第二制动齿条（12）相啮合，所述第二制动齿条（12）的一侧固定安装有对称设置的两个复位液压杆，且两个复位液压杆的一端均和调节槽（6）的一侧内壁固定连接，所述第二制动齿条（12）的一侧固定安装有三角块（13），所述调节槽（6）的一侧内壁上滑动连接有梯形块（14），且梯形块（14）和三角块（13）相贴合，所述梯形块（14）的顶部固定连接有螺杆（17），所述调节槽（6）的顶部内壁上固定安装有旋转电机（15），所述旋转电机（15）的输出轴上焊接有螺纹管（16），且螺杆（17）的顶部延伸至螺纹管（16）内并和螺纹管（16）螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的一种高性能仿生足式机器人的腿足机构，其具体使用方法为：

（A1）、当需要对机械腿部（1）的高度进行调节时，首先需要解除对升降杆（5）的制动，此时启动旋转电机（15），旋转电机（15）会带动螺纹管（16）进行转动，而螺纹管（16）和螺杆（17）螺纹连接，所以可以带动梯形块（14）向上进行移动，所以在复位液压杆的作用下可以拉动第二制动齿条（12）进行移动，当第二制动齿条（12）和第一制动齿条（11）相分离时，便可以解除对升降杆（5）的制动；

（A2）、在对升降杆（5）的制动解除时，此时启动抱闸电机（9），抱闸电机（9）会带动驱动齿轮（10）进行转动，而驱动齿轮（10）和驱动齿条（8）相啮合，所以可以带动升降杆（5）进行升降，因而可以对机械腿部（1）的整体高度进行调节，当调节完毕之后，再使用第一制动齿条（11）和第二制动齿条（12）对升降杆（5）进行制动固定，使得机械腿部（1）可以稳固的固定在指定的位置高度上；

（A3）、当需要将机械脚部（2）固定安装在安装座（4）的底部时，此时将机械脚部（2）上的半球形块（20）贯穿两个弧形块（22）之间，因而会使得半球形块（20）挤压两个弧形块（22）向相互远离的一侧进行移动，同时会挤压复位组件，当半球形块（20）穿过两个弧形块（22）之间和安装槽（18）的顶部内壁相卡合时，在复位组件的推力下，会使两个弧形块（22）复位，因而在两个弧形块（22）的作用下，可以对机械脚部（2）进行固定，操作简单。

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