CN112722111A - 一种四足机器人通用的限位机构及四足机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种四足机器人通用的限位机构及四足机器人，属于四足机器人领域，以解决相关技术中四足机器人髋关节限位零件不具通用性的问题。所述四足机器人包括身体和四个依次联接的侧摆关节、髋关节、膝关节、大腿和小腿，所述髋关节和所述膝关节通过所述限位机构联接，所述限位机构包括髋限位联接件和膝限位联接件，所述髋限位联接件和膝限位联接件具有旋转限位的机构，并且均为镜像对称的设计，可以通过不同的装配方式安装在髋关节与膝关节上，为四条不同位置的髋关节和膝关节实现相同的活动范围的技术效果。

Description

一种四足机器人通用的限位机构及四足机器人

技术领域

本申请涉及四足机器人技术领域，尤其涉及一种四足机器人通用的限位 机构及四足机器人。

背景技术

受限于电气线路、附加设备等影响，四足机器人的腿部每个关节都需要 有一定的活动范围限制，主要依靠旋转关节之间的突出结构来实现关节的机 械限位。两段式顺拐构形腿部的仿生四足机器人的每条腿通常具有侧摆关节、 髋关节与膝关节，其四条腿的膝关节与侧摆关节结构相同，而其髋关节相对 身体的活动范围则相互不同。典型的四足机器人髋关节活动范围为前向20° 到后向180°，这样的活动范围会导致前腿与后腿、左腿与右腿都要采用不同 的限位零件，这就增加了四足机器人的零件种类，带来安装的复杂，不利于降低生产成本、提高生产效率。

综上，基于四足机器人四个不同位置的髋关节的限位要求，现有采用不 统一的多套限位零件，从而不具有通用性，这样既增加了加工成本，不利于 零件管理，又增加了装配的复杂程度。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种四足机器人通用的限位机构及四足机器 人，以解决相关技术中四足机器人髋关节限位零件不具通用性的问题。

根据本申请实施例的第一方面，提供一种四足机器人通用的限位机构，所 述四足机器人包括身体、侧摆关节和四条腿，每条腿通过所述侧摆关节联接 到所述身体上，每条腿包括髋关节、膝关节、大腿和小腿，所述髋关节与所 述侧摆关节的输出轴固联，所述髋关节和所述膝关节通过所述限位机构联接， 所述限位机构包括髋限位联接件和膝限位联接件，所述髋限位联接件包括髋 联接法兰、髋限位件、髋输出孔和髋关节联接面，所述髋联接法兰固定在侧 摆转架的转架分叉上，所述髋输出孔位于所述髋联接法兰中心，所述髋联接法兰旁固定所述髋限位件，所述髋关节联接面与髋关节的外壳端联接，所述 膝限位联接件包括膝联接法兰、膝限位件和膝联接面端，所述膝联接法兰固 定在所述膝关节的外壳端面上，所述膝联接面端固定在所述膝联接法兰上， 所述膝联接面端旁固定所述膝限位件，所述髋关节的髋关节输出轴通过髋输 出孔和膝联接面端固联，所述膝关节联接所述大腿，所述大腿与小腿铰接。

根据本申请实施例的第二方面，提供一种四足机器人，包括第一方面所述 的限位机构。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

1、本申请的四条腿都采用相同的髋限位联接件和膝限位联接件，具有通 用性，从而减少了图纸的数量，同一份图纸能够加工更多的零件，降低了加 工成本和库存的成本；

2、通用的髋限位联接件和膝限位联接件能够降低装配过程中出错的概 率，提高了装配效率，不用针对不同位置的腿部寻找不同的零件；

3、通用的零件的互换性强，后期更换方便，降低了机器人的维护成本： 如右前腿损坏，不论库存的是哪种腿部，都可以通过更改安装位置来变为右 前腿，而不必区别存储四种腿部的部件以供更换。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的， 并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请 的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的髋限位联接件立体图。

图2是根据一示例性实施例示出的膝限位联接件立体图。

图3是根据一示例性实施例示出的右前腿爆炸图。

图4是根据一示例性实施例示出的四足机器人立体图。

图5是根据一示例性实施例示出的正常站立髋关节状态图。

图6是根据一示例性实施例示出的前后髋关节往前摆到极限位置状态图。

图7是根据一示例性实施例示出的前后髋关节往后摆到极限位置状态图。

图8是根据一实施性实施例示出的髋关节结构图。

图中的附图标记有：侧摆关节1、髋关节2、髋关节外壳端201、髋关节 输出轴202、膝关节3、侧摆转架4、转架底座401、转架分叉402、髋限位 联接件5、髋联接法兰501、髋限位件502、髋输出孔503、髋关节联接面504、 膝限位联接件6、膝联接法兰601、膝限位件602、膝联接面端603、大腿7、 小腿8、身体9、左前腿901、右前腿902、左后腿903、右后腿904。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描 述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。 以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方 式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一 致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本 申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该” 也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中 使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能 组合。

如图1-3所示，本发明实施例提供一种四足机器人通用的限位机构，所述四 足机器人包括身体9、侧摆关节1和四条腿(即为左前腿901、右前腿902、 左后腿903、右后腿904)。如图4所示，四条腿采用顺拐的方式，即四个膝 关节弯折方向都相同，这样的腿型的四足机器人的膝关节不容易碰到障碍物， 有利于前进通过坎坷的地形。机器人的四条腿的结构类似，每条腿通过所述 侧摆关节1联接到所述身体9上，腿部包括髋关节2、膝关节3、侧摆转架4、 大腿7和小腿8，所述髋关节2与所述侧摆关节1的输出轴通过侧摆转架4 联接，所述髋关节2和所述膝关节3通过所述限位机构联接，所述限位机构包 括髋限位联接件5和膝限位联接件6，所述髋限位联接件5包括髋联接法兰 501、髋限位件502、髋输出孔503和髋关节联接面504，所述髋联接法兰501 固定在侧摆转架4的转架分叉402上，所述髋输出孔503位于所述髋联接法 兰501中心，用于穿过髋关节2的髋关节输出轴202(如图5所示)，所述髋联接法兰501旁固定所述髋限位件502，所述髋关节联接面504与髋关节2 的外壳端201联接，所述膝限位联接件6包括膝联接法兰601、膝限位件602 和膝联接面端603，所述膝联接法兰601固定在所述膝关节3的外壳端面上， 所述膝联接面端603固定在所述膝联接法兰601上，所述膝联接面端603旁 固定所述膝限位件602，所述髋关节2的髋关节输出轴202通过髋输出孔503 和膝联接面端603固联，所述膝关节3联接所述大腿7，所述大腿7与小腿8铰接。

如前所述，由于髋关节外壳端201与髋联接件5固联，髋关节输出轴202 与膝限位件6固联，膝限位件6与膝关节3固联，因此机器人的左前腿901、 右前腿902、左后腿903、右后腿904的侧摆关节1的输出轴和髋关节2通过 侧摆转架4和髋联接件5实现联接，髋关节2与膝关节3之间均通过膝限位 联接件6实现铰接与回转的功能，通过髋限位联接件5的髋限位件502和膝 限位件602的接触实现髋关节和膝关节的限位，实现一套限位机构满足四条不同位置的腿部的限位功能。本申请的四条腿都采用相同的髋限位联接件和 膝限位联接件，具有通用性，从而减少了图纸的数量，同一份图纸能够加工 更多的零件，降低了加工成本和库存的成本；通用的髋限位联接件和膝限位 联接件能够降低装配过程中出错的概率，提高了装配效率，不用针对不同位 置的腿部寻找不同的零件；通用的零件的互换性强，后期更换方便，降低了 机器人的维护成本：如右前腿损坏，不论库存的是哪种腿部，都可以通过更 改安装位置来变为右前腿，而不必区别存储四种腿部的部件以供更换。从而 解决相关技术中四足机器人髋关节限位零件不具通用性的问题，降低了需要设 计四套不同的限位结构而增加生产和库存成本。

本实施例中，所述侧摆关节1通过侧摆转架4与所述髋联接法兰501相 连，所述侧摆转架4包括转架底座401和固定在所述转架底座401上的转架 分叉结构402，所述转架分叉结构402与所述髋联接法兰501联接。

具体地，所述髋联接法兰501为半圆环状结构，位于髋关节联接面504 的周围，安装完成之后与侧摆转架4的转架分叉402固联。

所述髋限位件502是凸台状结构，在髋限位联接件5与侧摆转架4固联安 装完成时，与侧摆转架底座401的位置呈轴对称分布。

所述髋输出孔503位于髋限位联接件5的中部，与髋关节联接面504同心， 其尺寸能够穿过髋关节输出轴202。

所述膝联接法兰601为圆形，周边与膝关节3的外壳固联，四足机器人的 两条前腿的膝联接法兰601与膝关节3的外壳固联的位置相同，两条后腿的膝 联接法兰601与膝关节3的外壳固联的位置也相同，但后腿与前腿膝联接法兰 601与膝关节3的外壳固联位置呈180°的区别。

所述膝限位件602是凸台状结构，且位于膝联接面端603同侧，膝联接法 兰601的内部，膝限位连接件6关于所述的膝限位件602与膝联接面端603的 中心连线轴对称，当膝限位联接件6相对髋限位联接件5旋转时，膝限位件602 能够在极限位置与髋限位件502相触以限定关节的活动范围。

所述膝联接面端603能够与髋关节输出轴202穿过髋输出孔503固联。

如图6-8所示，其余三条腿的装配顺序与右前腿902基本相同，不同点在于： 左前腿901、右前腿902的膝限位联接件6与膝关节3的安装角度相同，在实施 例中背向大腿7的方向；而左后腿903、右后腿904的膝限位联接件6与膝关节 3的安装角度相同，且与左前腿901、右前腿902的安装方向相反，在实施例中 朝向大腿7的方向。

机器人的前腿的髋限位件502朝后布置，后腿的髋限位件502朝前布置； 机器人前腿的膝限位件602安装在离大腿901最远的位置，机器人后腿的膝 限位件602安装在离大腿901最近的位置。因此，如图6所示，机器人正常 站立时，髋限位件502与膝限位件602均不接触；如图7所示，前后大腿901 均往前摆时，前腿的膝限位件602接触到髋限位件502的上半部分，后腿的 膝限位件602接触到髋限位件502的下半部分，但前后腿呈现相同的前摆幅度；如图8所示，前后大腿均往后摆时，前腿的膝限位件602接触到髋限位 件502的下半部分，后腿的膝限位件602接触到髋限位件502的上半部分， 但前后大腿依然呈现相同的后摆幅度。

详见图4，不论是左前髋、右前髋、左后髋还是右后髋，由于髋限位联接件 的对称性，左腿和右腿能够使用相同的髋限位联接件零件；由于膝限位联接件 与膝电机的两个安装位置，前腿和后腿髋关节能够在不同的位置获得相同的活 动范围。

因此，为实现本发明实施例，统一左腿与右腿髋关节的髋限位联接件5，需 要对四足机器人的限位位置作出规定：设髋关节活动极限范围为前向x度，则 允许其向后摆动的范围为180+x度；其次，为统一前腿与后腿的零件，需要膝 限位联接件6与膝电机3有两种安装方式，且该两种安装方式的朝向正好为 180°，前腿与后腿各采用一种安装方式。综上所述，不论是左前髋、右前髋、 左后髋还是右后髋，由于髋限位联接件5的对称性，左腿和右腿能够使用相同 的髋限位联接件5零件；由于膝限位联接件6与膝电机3的前后腿不同的安装位置，前腿和后腿髋关节能够在不同的位置获得相同的活动范围。综合看来， 四条腿可以通过同一套零件实现各自的限位需求。

本发明实施例还提供一种四足机器人，包括上述的限位机构。该四足机器 人继承上述限位机构所带来的效果，这里不做赘述。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本申 请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化， 这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开 的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性 的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结 构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的 权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种四足机器人通用的限位机构，所述四足机器人包括身体、侧摆关节和四条腿，每条腿通过所述侧摆关节联接到所述身体上，每条腿包括髋关节、膝关节、大腿和小腿，所述髋关节与所述侧摆关节的输出轴固联，所述髋关节和所述膝关节通过所述限位机构联接，所述限位机构包括髋限位联接件和膝限位联接件，所述髋限位联接件包括髋联接法兰、髋限位件、髋输出孔和髋关节联接面，所述髋联接法兰固定在侧摆转架的转架分叉上，所述髋输出孔位于所述髋联接法兰中心，所述髋联接法兰旁固定所述髋限位件，所述髋关节联接面与髋关节的外壳端联接，所述膝限位联接件包括膝联接法兰、膝限位件和膝联接面端，所述膝联接法兰固定在所述膝关节的外壳端面上，所述膝联接面端固定在所述膝联接法兰上，所述膝联接面端旁固定所述膝限位件，所述髋关节的髋关节输出轴通过髋输出孔和膝联接面端固联，所述膝关节联接所述大腿，所述大腿与小腿铰接。

2.根据权利要求1所述的限位机构，所述侧摆关节通过侧摆转架与所述髋联接法兰相连，所述侧摆转架包括转架底座和固定在所述转架底座上的转架分叉结构，所述转架分叉结构与所述髋联接法兰联接。

3.根据权利要求2所述的限位机构，所述髋联接法兰为半圆环状结构，位于髋关节联接面的周围，安装完成之后与侧摆转架的转架分叉固联。

4.根据权利要求2所述的限位机构，所述髋限位件是凸台状结构，在髋限位联接件与侧摆转架固联安装完成时，与侧摆转架底座的位置呈轴对称分布。

5.根据权利要求1所述的限位机构，所述髋输出孔位于髋限位联接件的中部，与髋关节联接面同心，其尺寸能够穿过髋关节输出轴。

6.根据权利要求1所述的限位机构，所述膝联接法兰为圆形，能够与膝关节的外壳固联。

7.根据权利要求1所述的限位机构，所述膝限位件是凸台状结构，且位于膝联接面端同侧，膝限位连接件关于所述的膝限位件与膝联接面端的中心连线轴对称。

8.根据权利要求1所述的限位机构，所述膝联接面端能够与髋关节输出轴穿过髋输出孔固联。

9.一种四足机器人，包括权利要求1-8任一项所述的限位机构。

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