CN112874656B - 机器人的腿部机构及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机器人的腿部机构及机器人，该腿部机构主要是由用于构成足部的第一肢体构件、第二肢体构件、摇杆构件和第一连接构件等构成。其中，摇杆构件、第一连接构件、第二肢体构件和第一肢体构件彼此之间的转轴点形成平行四边形结构。腿部机构还包括：相对两端分别与第一连接构件和第二肢体构件转动连接的连杆机构，用于约束第一连接构件和第二肢体构件，并使得第一连接构件的轴向线和第二肢体构件的轴向线在转动的过程中始终保持相互平行。与现有技术相比，本申请提供的机器人的腿部机构及机器人可以确保用于构成足部的肢体构件能够顺利实现前后翻转。

Description

机器人的腿部机构及机器人

技术领域

本发明涉及机械领域，尤其涉及一种机器人的腿部机构及机器人。

背景技术

机器人作为一种能够半自主或全自主工作的智能机器，成为人工智能重点发展的一个研究领域，目前有部分足式机器人已投入实际运营或测试中，未来有望成为日常生活中常用的一种智能工具。

在现有的机器人，例如足式机器人中，其腿部机构对于足式机器人的运行起到至关重要的作用，在现有技术中，腿部机构的足部通过同步齿形带结构或链条结构实现前后的翻转，然而这两种方式在传动过程中需要预紧安装，摩擦较大。并且，大负载的传动需要同步带或者链条的结构质量很大，无法满足足式机器人高功率自重比的需求。因此，部分足式机器人采用呈平行四边形结构布局的肢体构件作为腿部机构，但如图1所示，该腿部机构在运动至奇异位置时，即各肢体构件位于同一轴向的位置时，会出现两种随机的运动状态，如图2中箭头所示的两种状态示意图，从而不能确保用于构成足部的肢体构件的前后翻转。

因此，提供一种机器人的腿部机构及机器人，可以确保用于构成足部的肢体构件能够顺利实现前后翻转，是本发明亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种机器人的腿部机构及机器人，可以确保用于构成足部的肢体构件顺利实现前后翻转。

为了实现上述目的，本发明提出了一种机器人的腿部机构，包括：用于构成足部的第一肢体构件；一端与动力机构相连而另一端与所述第一肢体构件转动连接的第二肢体构件；

摇杆构件，一端与所述动力机构相连；

第一连接构件，一端与所述摇杆构件转动连接，而另一端与第一肢体构件转动相连；

其中，所述摇杆构件、所述第一连接构件、所述第二肢体构件和所述第一肢体构件彼此之间的转轴点形成平行四边形结构；

所述腿部机构还包括：相对两端分别与所述第一连接构件和所述第二肢体构件转动连接的连杆机构，用于约束第一连接构件和所述第二肢体构件，并使得所述第一连接构件的轴向线和所述第二肢体构件的轴向线在转动的过程中始终保持相互平行。

进一步作为优选地，所述连杆机构包括：与所述第一连接构件相互平行的限位构件、至少两个相互平行的枢转构件；其中，各枢转构件还与所述第二肢体构件转轴枢转连接；并且，所述枢转构件包括:相对两端分别与所述第一连接构件和所述第二肢体构件转动连接的第一枢转部、与所述第一枢转部相连并与所述限位构件转动连接的第二枢转部；其中，所述第一枢转部和所述第二枢转部的轴线呈预设的夹角设置。

进一步作为优选地，所述夹角为30°～120°；所述第一连接构件和所述限位构件为杆状部件。

进一步作为优选地，所述枢转构件的数量为两个；其中，所述第一枢转部的一端通过第一转轴件与第一连接构件转动连接，而另一端通过第二转轴件和所述第二肢体构件转动连接，并形成平行四边形结构；所述第二枢转部的一端通过第二转轴件与所述第二肢体构件转动连接，而另一端通过第三转轴件与所述限位构件转动连接，并形成平行四边形结构。

进一步作为优选地，所述第一枢转部和所述第二枢转部可拆卸连接或一体成型连接；所述第一枢转部与所述第二肢体构件的枢转点位于所述第二肢体构件的轴向线上；所述第一枢转部和所述第二枢转部分别设置于所述第二肢体构件的相对两侧。

进一步作为优选地，所述腿部机构还包括：至少两组连杆机构；其中，所述连杆机构位于所述第一连接构件的相对两侧，且呈中心对称设置。

进一步作为优选地，所述第二肢体构件包括：对称设置于所述第一连接构件的第一壳体和第二壳体；其中，所述第一壳体和第二壳体的相对两端均分别与所述动力机构和第一肢体构件转动连接；所述第一壳体和第二壳体均以与所述动力机构和第一肢体构件形成转动连接的转轴点构成的轴心线为对称轴对称设置。

进一步作为优选地，还包括：动力机构；其中，所述动力机构包括：第一电机、所述第一电机的第一输出轴；第二电机、所述第二电机的第二输出轴；其中，所述第一输出轴和所述第二输出轴为同心轴；所述第一输出轴与所述摇杆构件相连；所述第二输出轴通过轴向连接件与所述第二肢体构件相连，用于带动所述第二肢体构件同步转动；所述动力机构还包括：固定座、用于设置于机器人的主体机构上且与所述固定座转动的第三电机；其中，所述第一电机和第二电机分别设置于所述固定座的相对两侧且相连；所述第三电机用于在其输出轴转动时，带动所述固定座作侧向摆动，从而使得所述第一肢体构件和所述第二肢体构件作同步摆动。

本申请还提供了一种机器人，包括：上述所述的腿部机构。

进一步作为优选地，所述机器人为足式机器人；所述腿部机构的个数为偶数个；各腿部机构围绕所述机器人的主体机构周向分布，且以所述机器人的主体机构的中心轴为对称轴呈轴对称设置；其中，距离较远且对称设置的两个腿部机构的间距与距离较近且对称设置的腿部机构的间距的比值为1.5～2.5。

与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：机器人的腿部机构及机器人可以确保用于构成足部的肢体构件顺利实现前后翻转。

附图说明

图1：本发明为现有技术中腿部机构内的平行四边形结构运动至奇异位置时的结构示意图；

图2：本发明为现有技术中腿部机构内的平行四边形结构在奇异位置后随机形成的两种状态示意图；

图3：本发明第一实施例中腿部机构的外部结构示意图；

图4：本发明第一实施例中腿部机构内平行四边结构的示意图；

图5：本发明第一实施例中腿部机构的内部结构示意图；

图6：本发明第一实施例中腿部机构的第一肢体构件向奇异位置转动时的状态示意图；

图7：本发明第一实施例中腿部机构在第一肢体构件转动至奇异位置时的状态示意图；

图8：本发明第一实施例中腿部机构的第一肢体构件远离奇异位置转动时的状态示意图；

图9：本发明第一实施例中腿部机构的第一肢体构件向上翻转时的状态示意图；

图10：本发明第一实施例中腿部机构的第一肢体构件继续向上翻转时的状态示意图；

图11：本发明第一实施例中腿部机构的侧面结构示意图；

图12：本发明第一实施例中腿部机构内连杆结构的结构示意图；

图13：本发明第一实施例中又一腿部机构的结构示意图；

图14：本发明第二实施例中机器人的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的并联机构进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

实施例1

请参考图1至图13，在本实施例中，提供了一种机器人的腿部机构，用于设置于机器人，例如用于复杂地形的移动，该腿部机构主要是由用于构成足部的第一肢体构件8、一端与动力机构相连而另一端与第一肢体构件8转动连接的第二肢体构件5、一端与动力机构相连的摇杆构件4、第一连接构件7等构成。在此，需要说明的是，本实施例中用于构成足部的第一肢体构件8可以为行走在地表面上的腿部构件，也可以是行走在对应的物体表面上的腿部构件。

其中，第一连接构件7，一端与摇杆构件4转动连接，而另一端与第一肢体构件8转动相连；并且，摇杆构件4、第一连接构件7、第二肢体构件5和第一肢体构件8彼此之间的转轴点形成平行四边形结构，例如图13中所示的转轴件81、转轴件82、输出轴31以及摇杆构件4和第一连接构件7转动连接的转轴件图中未标示。

如图3所示，该腿部机构还包括：相对两端分别与第一连接构件7和第二肢体构件5转动连接的连杆机构2，用于约束第一连接构件7和第二肢体构件5，并使得第一连接构件7的轴向线和第二肢体构件5的轴向线在转动的过程中始终保持相互平行。

通过上述内容可知：由于本实施例的腿部机构通过摇杆构件4、第一连接构件7、第二肢体构件5和第一肢体构件8彼此之间的转轴点形成平行四边形结构的同时，还借助相对两端分别与第一连接构件7和第二肢体构件5转动连接的连杆机构2，对第一连接构件7和第二肢体构件5进行控制约束，从而当第一连接构件7、第二肢体构件5和摇杆构件4以及第一肢体构件8构成的平行四边形结构在运动至奇异位置时，即如图7所示，第一连接构件7和第二肢体构件5以及摇杆构件4和第一肢体构件8位于同一轴向上的位置时，借助连杆机构2使得第一连接构件7的轴向线和第二肢体构件5的轴向线在转动的过程中始终保持相互平行，因而可避免出现第一连接构件7的轴向线和第二肢体构件5的轴向线出现相互交叉的现象，例如反平行四边形结构，进而确保平行四边形结构仅能按照正常的周期运动轨迹进行运转，因此可避免腿部机构出现运动故障或其他安全隐患，确保第一肢体构件8能够在动力机构的控制下正常前后翻转，因而可以确保用于构成足部的肢体构件顺利实现前后翻转，利于带有该腿部机构的机器人在复杂地形进行行走。

此外，采用本实施例中的腿部机构，相比现有的同步带和链条等结构，没有张紧问题，可以有效提高动力传递效率，同时腿部机构采用上述构成的平行四边形结构负载强度能有效提高，可实现轻量化设计，结构优化，有效降低自身质量，从而有利于降低机器人的整体重量。

具体地，连杆机构2可以由与第一连接构件7相互平行的限位构件21、至少两个相互平行的枢转构件22等构成。其中，各枢转构件22还与第二肢体构件5转轴枢转连接；并且，枢转构件22包括:相对两端分别与第一连接构件7和第二肢体构件5转动连接的第一枢转部221、与第一枢转部221相连并与限位构件21转动连接的第二枢转部222。其中，第一枢转部221和第二枢转部222的轴线呈预设的夹角设置。

通过该限位构件21和第一连接构件7以及至少两个与第二肢体构件5转动连接的枢转构件22的配合，可以使得上述第一连接构件7、第二肢体构件5和摇杆构件4以及第一肢体构件8构成的平行四边形结构位于奇异位置时，限位构件21和第一连接构件7以及至少两个与第二肢体构件5转动连接的枢转构件22之间如图4所示的箭头方向形成了双平行四边形结构，从而对第一连接构件7和第二肢体构件5进行约束的同时，保证第一连接构件7和第二肢体构件5等构成的平行四边形结构能够平稳运转。

此外，由于该枢转构件22的第一枢转部221和第二枢转部222是呈夹角设置，因此确保了限位构件21和第一连接构件7始终不会重合，从而在第一连接构件7和第二肢体构件5等构成的平行四边形结构位于奇异位置时，限位构件21和第一连接构件7以及枢转构件22和第二肢体构件5之间始终形成稳定的平行四边形结构。

为了满足实际应用中的设计和装配需求，上述夹角可优选为30°～120°。本实施例仅以夹角为90°为例作说明。显然，本实施例中的夹角也可以为其他的角度，不限于该范围的夹角，在此不再作赘述和具体的限定。

此外，值得一提的是，本实施例中的第一连接构件7和限位构件21优选为杆状部件，以在方便传动的同时，减轻连杆机构2以及腿部机构的重量。

详细地，枢转构件22的数量优选为两个；为了方便实际应用中的装配和安装需求，其中，第一枢转部221的一端通过第一转轴件224与第一连接构件7转动连接，而另一端通过第二转轴件225和第二肢体构件5转动连接，并形成平行四边形结构；第二枢转部221的一端通过第二转轴件225与第二肢体构件5转动连接，而另一端通过第三转轴件223与限位构件21转动连接，并形成平行四边形结构。

此外，值得一提的是，本实施例中的第一枢转部221与第二肢体构件5的枢转点优选位于第二肢体构件5的轴向线上；第一枢转部221和第二枢转部222分别设置于第二肢体构件5的相对两侧。通过该布局使得第二肢体构件5的受力点位于平行四边形结构上，从而使得第二肢体构件5的整体受力较为均衡，局部不易出现破裂或损伤的现象。此外，由于第一枢转部221和第二枢转部222分别设置于第二肢体构件5的相对两侧，因此使得限位构件21和第一连接构件7分别位于第二肢体构件5的相对两侧，可起到一个平衡重量的作用，避免第二肢体构件5出现变形等，从而使得第二肢体构件5可由轻质材料等构成，以降低腿部机构的整体重量，提升负载性能。

进一步作为优选地，为了方便实际应用中的装配和安装需求，第一枢转部221和第二枢转部222可拆卸连接或一体成型连接。本实施例仅以第一枢转部221和第二枢转部222一体成型为例作说明，以提升其连接强度。

进一步作为优选地，腿部机构还包括：至少两组连杆机构2；其中，连杆机构2位于第一连接构件7的相对两侧，且呈中心对称设置。通过两组连杆机构2实现第一连接构件7和第二肢体构件5等构成的平行四边形结构受力均衡，例如通过位于两侧的连杆机构2对该平行四边形结构上的转动连接的区域进行施加作用力，其一侧连杆机构施加的拉力，而另一侧施加的是推力，从而起到对冲作用，降低平行四边形结构中各部件受到的负载，进而可提升其使用寿命。

进一步作为优选地，本实例中的腿部机构还包括：动力机构；其中，动力机构可以由第一电机3、第一电机3的第一输出轴31；第二电机9、第二电机9的7第二输出轴91等构成。其中，第一输出轴31和第二输出轴91为同心轴，且不相连；第一输出轴31与摇杆构件4相连，用于通过控制摇杆构件4的转动带动第一连接构件7的摆动，从而使得驱动上述平行四边形结构的正常运转，如图5、图7至图10所示的第一肢体构件8翻转时的状态示意图。第二输出轴91通过轴向连接件图中未示出与第二肢体构件5相连，用于带动第二肢体构件5同步转动，如图5和图6所示的第二肢体构件5翻转时的状态示意图，从而可精准地控制第一肢体构件8的前后翻转。

在此，需要说明的是，本实施例中的轴向连接件花键或者螺钉等实现连接功能的现有部件，在此不再作赘述。另外，使得摇杆构件4更加平稳的运转，动力机构还设有相对两端与摇杆构件4和第二输出轴91转动连接的辅助连接件92，使得摇杆构件4的相对两侧受力均衡，不易产生倾斜或晃动，保证摇杆构件4带动第一连接构件7作平稳的运动。

此外，值得一提是，本实施例中的动力机构还包括：固定座6、用于设置于机器人的主体机构上且与固定座6转动的第三电机1；其中，第一电机3和第二电机9分别设置于固定座6的相对两侧且相连；第三电机1用于在其输出轴11转动时，带动固定座6作侧向摆动，从而使得第一肢体构件8和第二肢体构件5作同步摆动，从而使得腿部机构整体作摆动，以便于带有该腿部机构的机器人作转弯等动作。此外，通过上述第一电机3和第二电机9分别设置于固定座6的相对两侧的结构，可进一步使得腿部机构的受力均衡，运行更加平稳。

进一步作为优选地，为了满足实际应用中的装配需求，且受力均衡，如图3和图13所示，本实施例中的第二肢体构件5可以由对称设置于第一连接构件7的第一壳体51和第二壳体52等构成。其中，第一壳体51和第二壳体52的相对两端均分别与动力机构和第一肢体构件8转动连接。如图3所示，第一壳体51和第二壳体52均以与动力机构和第一肢体构件8形成转动连接的转轴点构成的轴心线为对称轴对称设置，例如上述同心轴的轴心点与转轴件81的轴心点之间构成的轴心线。通过该结构，可在起到保护腿部机构内部，即上述位于第一壳体51和第二壳体52之间的平行四边形结构的同时，还起到平衡受力的作用。

另外，值得一提的是，作为进一步优选地，如图1所示，本实施例中的第二肢体构件5优选为带有镂空结构的部件。第二肢体构件8优选为带中空结构的部件，以降低其重量，并保证其整体强度，且受力均衡。

实施例2

在本实施例提供了一种机器人，如图14所示，该机器人包括：上述实施例一中的腿部机构。

具体地，本实施例中的腿部机构的个数为偶数个；各腿部机构围绕机器人的主体机构10周向分布，且以机器人的主体机构10的中心轴A为对称轴呈轴对称设置。通过该布局设置，可提升机器人平稳前进、后腿以及摆动的同时，保证其结构的稳定性，极大的提升其负载性能。

具体地，本实施例以六足机器人为例作说明，且腿部机构个数优选为六个，如图13中所示的腿部机构101、腿部机构102、腿部机构103、腿部机构104、腿部机构105和腿部机构106。

并且，如图13所示，距离较远且对称设置的两个腿部机构(参考图13中的腿部机构101和腿部机构104)的间距与距离较近且对称设置的腿部机构(参考图13中的腿部机构102和腿部机构103)的间距的比值可以为1.5～2.5，以使得各腿部机构的受力更加均衡，提升主体机构整体的平衡性，节省动力。

进一步作为优选的方式，本实施例中的该比值可优选为2，以获得较佳的均衡效果。

此外，值得一提的是，本实施例中的机器人优选为足式机器人。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机器人的腿部机构，包括：用于构成足部的第一肢体构件；一端与动力机构相连而另一端与所述第一肢体构件转动连接的第二肢体构件；其特征在于，包括：

摇杆构件，一端与所述动力机构相连；

第一连接构件，一端与所述摇杆构件转动连接，而另一端与第一肢体构件转动相连；

其中，所述摇杆构件、所述第一连接构件、所述第二肢体构件和所述第一肢体构件彼此之间的转轴点形成平行四边形结构；

所述腿部机构还包括：相对两端分别与所述第一连接构件和所述第二肢体构件转动连接的连杆机构，用于约束第一连接构件和所述第二肢体构件，并使得所述第一连接构件的轴向线和所述第二肢体构件的轴向线在转动的过程中始终保持相互平行；

所述连杆机构包括：与所述第一连接构件相互平行的限位构件、至少两个相互平行的枢转构件；其中，各枢转构件还与所述第二肢体构件转轴枢转连接；并且，所述枢转构件包括:相对两端分别与所述第一连接构件和所述第二肢体构件转动连接的第一枢转部、与所述第一枢转部相连并与所述限位构件转动连接的第二枢转部；其中，所述第一枢转部和所述第二枢转部的轴线呈预设的夹角设置。

2.如权利要求1所述的腿部机构，其特征在于，所述夹角为30°～120°。

3.如权利要求2所述的腿部机构，其特征在于，所述夹角为90°；所述第一连接构件和所述限位构件为杆状部件。

4.如权利要求2所述的腿部机构，其特征在于，所述枢转构件的数量为两个；其中，所述第一枢转部的一端通过第一转轴件与第一连接构件转动连接，而另一端通过第二转轴件和所述第二肢体构件转动连接，并形成平行四边形结构；所述第二枢转部的一端通过第二转轴件与所述第二肢体构件转动连接，而另一端通过第三转轴件与所述限位构件转动连接，并形成平行四边形结构。

5.如权利要求2所述的腿部机构其特征在于，所述第一枢转部和所述第二枢转部可拆卸连接或一体成型连接；所述第一枢转部与所述第二肢体构件的枢转点位于所述第二肢体构件的轴向线上；所述第一枢转部和所述第二枢转部分别设置于所述第二肢体构件的相对两侧。

6.如权利要求2所述的腿部机构，其特征在于，所述腿部机构还包括：至少两组所述连杆机构；其中，所述连杆机构位于所述第一连接构件的相对两侧，且呈中心对称设置。

7.如权利要求1至6中任意一项所述的腿部机构，其特征在于，所述第二肢体构件包括：对称设置于所述第一连接构件的第一壳体和第二壳体；其中，所述第一壳体和第二壳体的相对两端均分别与所述动力机构和第一肢体构件转动连接；所述第一壳体和第二壳体均以与所述动力机构和第一肢体构件形成转动连接的转轴点构成的轴心线为对称轴对称设置。

8.如权利要求7所述的腿部机构，其特征在于，还包括：所述动力机构；其中，所述动力机构包括：第一电机、所述第一电机的第一输出轴；第二电机、所述第二电机的第二输出轴；其中，所述第一输出轴和所述第二输出轴为同心轴；所述第一输出轴与所述摇杆构件相连；所述第二输出轴通过轴向连接件与所述第二肢体构件相连，用于带动所述第二肢体构件同步转动；所述动力机构还包括：固定座、用于设置于机器人的主体机构上且与所述固定座转动的第三电机；其中，所述第一电机和第二电机分别设置于所述固定座的相对两侧且相连；所述第三电机用于在其输出轴转动时，带动所述固定座作侧向摆动，从而使得所述第一肢体构件和所述第二肢体构件作同步摆动。

9.一种机器人，其特征在于，包括：权利要求1至8中任意一项所述的腿部机构。

10.根据权利要求9所述的机器人，其特征在于，所述机器人为足式机器人；所述腿部机构的个数为偶数；各腿部机构围绕所述机器人的主体机构周向分布，且以所述机器人的主体机构的中心轴为对称轴呈轴对称设置；其中，距离较远且对称设置的两个腿部机构的间距与距离较近且对称设置的腿部机构的间距的比值为1.5～2.5。

Images