CN113734314A - 一种用于足式仿生机器人的可升降轮式机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可升降轮式机构，包括：主杆组件、至少两个的轮架组件和分别连接在所述主杆组件两端的一对四连杆组件，其中所述四连杆组件与所述轮架组件连接，其中所述四连杆组件包括：第一连杆，其一部分相对于所述主杆组件的至少一部分而转动地连接；第二连杆，其第一端与所述第一连杆的另一部分固定连接；第三连杆，其第一端与所述第二连杆的第二端枢转地连接；第四连杆，其端部与所述第三连杆的第二端枢转地连接；线性致动器，其与所述主杆组件固定连接，并且所述线性致动器带动所述第四连杆进行线性移动。本发明使用前后布置的可收缩的轮式结构，可以使足式机器人变成轮式机器人，同时保证四足机器人足式运动不受轮机构任何干涉。

Description

一种用于足式仿生机器人的可升降轮式机构

技术领域

本发明属于机器人设备技术领域，涉及一种可升降轮式机构和搭配该机构的足式仿生机 器人。

背景技术

在足式仿生机器人中，由于腿部自由度大，活动空间大，导致装在机身上的移动轮会干 涉足式机器人的腿部。因此需要设计一种适用于足式仿生机器人的可收缩的轮式结构。

发明内容

本发明提供一种可升降轮式机构，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

本发明的技术方案涉及一种可升降轮式机构，其包括：主杆组件、至少两个的轮架组件 和分别连接在所述主杆组件两端的一对四连杆组件，其中所述四连杆组件与所述轮架组件连 接，其中所述四连杆组件包括：第一连杆，所述第一连杆的一部分相对于所述主杆组件的至 少一部分而转动地连接；第二连杆，所述第二连杆的第一端与所述第一连杆的另一部分固定 连接；第三连杆，所述第三连杆的第一端与所述第二连杆的第二端枢转地连接；第四连杆， 所述第四连杆的端部与所述第三连杆的第二端枢转地连接；线性致动器，所述线性致动器与 所述主杆组件固定连接，并且所述线性致动器带动所述第四连杆进行线性移动。

进一步，第一连杆包括第一杆部和第一套部，所述主杆组件在两端部分别固定连接有一 对第一夹件；在每对第一夹件之间设有直轴件，所述直轴件相对于第一夹件转动地连接；其 中，所述第一连杆的第一套部的孔与所述直轴件的轴配合，使所述第一套部与所述直轴件固 定连接。

进一步，所述第一夹件包括设置在所述第一杆部的第一上安装孔和第一下安装孔，其中： 所述第二连杆的第一端通过紧固件和第一上安装孔与所述第一杆部固定连接；所述轮架组件 通过紧固件和第一下安装孔与所述第一杆部固定连接。

进一步，所述第三连杆的第二端设有叉部；所述第四连杆的端部设有杆端块，其中所述 杆端块与所述叉部枢转地连接，并且所述叉部与所述杆端块之间设有推力球轴承。

进一步，每个第一夹件包括第一平面部，并且每对第一夹件的两个第一平面部相互面向 地平行设置；所述主杆组件在两端部分别设有一对卧式轴承件，每对第一夹件与每对卧式轴 承件固定连接，使得轴承座底面由第一夹件的第一平面部定位，并且每对卧式轴承件的轴承 孔同轴；所述直轴件与同一对的卧式轴承件的轴承孔配合。

进一步，所述主杆组件包括一对主杆件、多对第二夹件、多对第三夹件、一对主杆固定 板；所述第一夹件具有第一通孔和延伸至所述第一通孔的第一缝隙部；所述第二夹件具有第 二通孔和延伸至所述第二通孔的第二缝隙部；所述第三夹件具有第三通孔和延伸至所述第三 通孔的第三缝隙部；所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔的直径与主杆件的直径匹 配，以允许每个主杆件同时穿过所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔，并且通过所 述第一缝隙部、所述第二缝隙部和所述第三缝隙部上安装的紧固件使所述第一夹件、所述第 二夹件和所述第三夹件与主杆件夹持；相邻的一对所述第二夹件与主杆固定板固定连接，所 述线性致动器与所述主杆固定板固定连接；第三夹件用于与外部的机构体固定连接。

进一步，所述主杆件和所述线性致动器平行地布置，所述主杆固定板与所述主杆件垂直 地布置。

进一步，所述轮架组件包括：L型的架接件，所述架接件与所述第一连杆固定连接；与 所述架接件固定连接的轮架件，所述轮架件具有轮架部；安装在所述轮架部的多个滚轮。

进一步，所述轮架件包括：与轮架部呈夹角设置的平面连接部，所述平面连接部的上侧 与所述架接件固定连接；从所述平面连接部的底侧向下延伸的第一凸部；从所述轮架部向上 延伸的第二凸部，所述第二凸部与所述第一凸部保持靠近或者接触；所述轮架部、所述第一 凸部和所述第二凸部中的至少一者包含弹性材料。

本发明的技术方案还涉及一种足式仿生机器人，其包括所述的可升降轮式机构。

本发明的有益效果如下。

本发明使用前后布置的可收缩的轮式结构，可以使足式机器人变成轮式机器人，同时保 证四足机器人足式运动不受轮机构任何干涉。

附图说明

图1是根据本发明的轮式机构在下降位置时的立体图。

图2是图1的轮式机构立体图在区域A的细节放大图。

图3是根据本发明的轮式机构的局部俯视图。

图4是图3的轮式机构沿剖切线B-B的剖视图，其中隐藏了直轴件。

图5是根据本发明的轮式机构在上升位置时的立体图。

图6是根据本发明的轮式机构的局部前视图，其中轮式机构位于下降位置。

图7是根据本发明的轮式机构的局部前视图，其中轮式机构位于上升位置。

图8是根据本发明的轮式机构的轮架件的立体图。

图9是根据本发明的轮式机构应用在足式仿生机器人上的示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整 的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本 申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它 可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本 发明中所使用的上、下、左、右、顶、底等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相 互位置关系来说的。

此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通 常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限 制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但这些元 件不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的元件彼此区分开。例如，在不脱离本公 开范围的情况下，第一元件也可以被称为第二元件，类似地，第二元件也可以被称为第一元 件。

参照图1和图5，在一些实施例中，根据本发明的轮式机构包括主杆组件1100、多个轮 架组件1300和分别连接至主杆组件1100两端的四连杆组件1200，其中四连杆组件1200与 轮架组件1300连接，四连杆组件1200实现对轮架组件1300的升降。

参照图1至图5，在一些实施例中，主杆组件1100包括一对主杆件1140、多对第一夹件 1110、多对第二夹件1120、多对第三夹件1130、一对主杆固定板1150。第一夹件1110具有第一通孔1113和延伸至第一通孔1113的第一缝隙部1111；第二夹件1120具有第二通孔1123和延伸至第二通孔1123的第二缝隙部1121；第三夹件1130具有第三通孔1133和延伸至第三通孔1133的第三缝隙部1131。多个主杆件1140相互之间平行地布置，主杆固定板1150 与主杆件1140垂直地布置。

第一通孔1113、第二通孔1123和第三通孔1133的直径与主杆件1140的直径匹配，以 允许每个主杆件1140同时穿过第一通孔1113、第二通孔1123和第三通孔1133，并且通过第 一缝隙部1111、第二缝隙部1121和第三缝隙部1131上安装的紧固件(比如螺丝)，使得在紧固件装紧之后，第一夹件1110、第二夹件1120和第三夹件1130与主杆件1140稳固地夹持。主杆组件1100在两端部分别固定夹紧一对第一夹件1110。相邻的一对第二夹件1120与主杆固定板1150固定连接。第三夹件1130设有安装孔，以用于与机器人本体连接。

优选地，主杆件1140可以是碳纤维杆，以提供沿轴向(纤维轴方向)的高强度和模量， 并且使主体结构轻便。第一夹件1110、第二夹件1120和第三夹件1130采用夹持的方式也能 适应与碳纤维的主杆件1140固定而不损坏碳纤维。

进一步，参照图2至图4，在一些实施例中，每个第一夹件1110包括第一平面部1112， 并且每对第一夹件1110的两个第一平面部1112相互面向地平行设置。主杆组件1100在两端 部还分别设有一对卧式轴承件1160，每对第一夹件1110与每对卧式轴承件1160固定连接， 使得轴承座底面1162由第一夹件1110的第一平面部1112定位，并且每对卧式轴承件1160 的轴承孔1161同轴。在每对第一夹件1110之间设有直轴件1170，直轴件1170与同一对的 卧式轴承件1160的轴承孔1161配合(比如是机械孔轴过渡配合)。因此，通过轴承，使直轴 件1170以相对于第一夹件1110而顺畅地转动，而且结构紧凑可靠。

参照图2至图7，在一些实施例中，其中四连杆组件1200包括第一连杆1210、第二连杆 1220、第三连杆1230、第四连杆1240和线性致动器1250。

第一连杆1210包括第一杆部1211和第一套部1212，第一连杆1210的第一套部1212的 孔与直轴件1170的轴配合(比如是紧配合)，也可以通过紧固件进行固紧，使第一套部1212 与直轴件1170固定连接。因此，第一连杆1210可以通过直轴件1170相对于主杆组件1100 的端部转动。

此外，参照图6和图7，第一连杆1210包括设置在第一杆部1211的第一上安装孔1213 和第一下安装孔1214。轮架组件1300通过紧固件和第一下安装孔1214与第一杆部1211固 定连接。第二连杆1220的第一端(图6所示的左端)与第一连杆1210的第一杆部1211的第 一上安装孔1213固定连接(比如通过螺丝紧固)。第三连杆1230的第一端(图6所示的左端) 与第二连杆1220的第二端(图6所示的右端)枢转地连接。第四连杆1240的端部与第三连 杆1230的第二端(图6所示的右端)枢转地连接。线性致动器1250与主杆固定板1150固定 连接，线性致动器1250布置为与主杆件1140平行，并且线性致动器1250带动第四连杆1240 进行线性移动，使得第四连杆1240的运动方向与主杆件1140平行。线性致动器1250比如是 电动推杆、气缸执行器等。

因此，参照图6中的箭头，在线性致动器1250拉回第四连杆1240时，四连杆组件1200 带动轮架组件1300下降。参照图7中的箭头，在线性致动器1250推董第四连杆1240时，四 连杆组件1200带动轮架组件1300上升。优选地，为了实现四连杆组件1200对轮架组件1300 的较优传动效果，让轮架组件1300的设计行程能完全覆盖最低的垂直下降位置和水平的上升 位置，第二连杆1220的第一端和第二端之间的距离要小于第三连杆1230的第一端和第二端 之间的距离，并且小于第一连杆1210的第一上安装孔1213与直轴件1170之间的距离。

参照图3，在优选的实施例中，第三连杆1230的第二端设有叉部1231。第四连杆1240 的端部设有杆端块1241，其中杆端块1241与叉部1231枢转地连接，并且叉部1231与杆端 块1241之间设有推力球轴承1260。因此，可以降低第三连杆1230和第四连杆1240之间的机械磨损，且能适应致动器所产生的大推拉力的冲击，从而提高零件寿命。

参照图4和图8，在一些实施例中，轮架组件1300可以包括：L型的架接件1310，架接件1310与第一连杆1210固定连接；与架接件1310固定连接的轮架件1320。轮架件1320具 有轮架部1324，可以在轮架部1324安装多个滚轮1330。优选地，滚轮1330中可以设有轮毂 电机。

参照图8，轮架件1320可以包括：与轮架部1324呈夹角设置的平面连接部1323，平面 连接部1323的上侧与架接件1310固定连接；从平面连接部1323的底侧向下延伸的第一凸部 1321；从轮架部1324向上延伸的第二凸部1322，第二凸部1322与第一凸部1321保持靠近 或者接触。轮架部1324、第一凸部1321和第二凸部1322中的至少一者，或者整个轮架件1320 都包含弹性材料(比如是橡胶)，以对滚轮1330在地面滚动受到的冲击进行缓震。

图9是根据本发明的轮式机构应用在足式仿生机器人上的示意图。对安装可升降轮式机 构1000的足式仿生机器人，可以实现双轮前后布置。四个轮子还可以由轮毂电机驱动，结构 紧凑。收缩四杆机构由电动推杆驱动，在电动推杆伸出时，轮子处于机器人的前后方，不会 干涉腿部的运动。在电动推杆收缩时，轮子下降，然后允许转动。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以 相同的手段达到本发明的技术效果，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同 替换、改进等，均应包含在本公开保护的范围之内。都应属于本发明的保护范围。在本发明 的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。

Claims (10)

1.一种可升降轮式机构(1000)，其特征在于，包括

主杆组件(1100)、

至少两个的轮架组件(1300)和

分别连接在所述主杆组件(1100)两端的一对四连杆组件(1200)，其中所述四连杆组件(1200)与所述轮架组件(1300)连接，其中所述四连杆组件(1200)包括：

第一连杆(1210)，所述第一连杆(1210)的一部分相对于所述主杆组件(1100)的至少一部分而转动地连接；

第二连杆(1220)，所述第二连杆(1220)的第一端与所述第一连杆(1210)的另一部分固定连接；

第三连杆(1230)，所述第三连杆(1230)的第一端与所述第二连杆(1220)的第二端枢转地连接；

第四连杆(1240)，所述第四连杆(1240)的端部与所述第三连杆(1230)的第二端枢转地连接；

线性致动器(1250)，所述线性致动器(1250)与所述主杆组件(1100)固定连接，并且所述线性致动器(1250)带动所述第四连杆(1240)进行线性移动。

2.根据权利要求1所述的可升降轮式机构(1000)，其特征在于：

第一连杆(1210)包括第一杆部(1211)和第一套部(1212)；

所述主杆组件(1100)在两端部分别固定连接有一对第一夹件(1110)；

在每对第一夹件(1110)之间设有直轴件(1170)，所述直轴件(1170)相对于第一夹件(1110)转动地连接；

其中，所述第一连杆(1210)的第一套部(1212)的孔与所述直轴件(1170)的轴配合，使所述第一套部(1212)与所述直轴件(1170)固定连接。

3.根据权利要求2所述的可升降轮式机构(1000)，其特征在于，

所述第一夹件(1110)包括设置在所述第一杆部(1211)的第一上安装孔(1213)和第一下安装孔(1214)，其中：

所述第二连杆(1220)的第一端通过紧固件和第一上安装孔(1213)与所述第一杆部(1211)固定连接；

所述轮架组件(1300)通过紧固件和第一下安装孔(1214)与所述第一杆部(1211)固定连接。

4.根据权利要求1所述的可升降轮式机构(1000)，其特征在于：

所述第三连杆(1230)的第二端设有叉部(1231)；

所述第四连杆(1240)的端部设有杆端块(1241)，其中所述杆端块(1241)与所述叉部(1231)枢转地连接，并且所述叉部(1231)与所述杆端块(1241)之间设有推力球轴承(1260)。

5.根据权利要求2所述的可升降轮式机构(1000)，其特征在于：

每个第一夹件(1110)包括第一平面部(1112)，并且每对第一夹件(1110)的两个第一平面部(1112)相互面向地平行设置；

所述主杆组件(1100)在两端部分别设有一对卧式轴承件(1160)，每对第一夹件(1110)与每对卧式轴承件(1160)固定连接，使得轴承座底面(1162)由第一夹件(1110)的第一平面部(1112)定位，并且每对卧式轴承件(1160)的轴承孔(1161)同轴；

所述直轴件(1170)与同一对的卧式轴承件(1160)的轴承孔(1161)配合。

6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的可升降轮式机构(1000)，其特征在于：

所述主杆组件(1100)包括一对主杆件(1140)、多对第二夹件(1120)、多对第三夹件(1130)、一对主杆固定板(1150)；

所述第一夹件(1110)具有第一通孔(1113)和延伸至所述第一通孔(1113)的第一缝隙部(1111)；

所述第二夹件(1120)具有第二通孔(1123)和延伸至所述第二通孔(1123)的第二缝隙部(1121)；

所述第三夹件(1130)具有第三通孔(1133)和延伸至所述第三通孔(1133)的第三缝隙部(1131)；

所述第一通孔(1113)、所述第二通孔(1123)和所述第三通孔(1133)的直径与主杆件(1140)的直径匹配，以允许每个主杆件(1140)同时穿过所述第一通孔(1113)、所述第二通孔(1123)和所述第三通孔(1133)，并且通过所述第一缝隙部(1111)、所述第二缝隙部(1121)和所述第三缝隙部(1131)上安装的紧固件使所述第一夹件(1110)、所述第二夹件(1120)和所述第三夹件(1130)与主杆件(1140)夹持；

相邻的一对所述第二夹件(1120)与主杆固定板(1150)固定连接，所述线性致动器(1250)与所述主杆固定板(1150)固定连接；

第三夹件(1130)用于与外部的机构体固定连接。

7.根据权利要求6所述的可升降轮式机构(1000)，其特征在于，

所述主杆件(1140)和所述线性致动器(1250)平行地布置，所述主杆固定板(1150)与所述主杆件(1140)垂直地布置。

8.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的可升降轮式机构(1000)，其特征在于，所述轮架组件(1300)包括：

L型的架接件，所述架接件与所述第一连杆(1210)固定连接；

与所述架接件固定连接的轮架件，所述轮架件具有轮架部；

安装在所述轮架部的多个滚轮。

9.根据权利要求8所述的可升降轮式机构(1000)，其特征在于，所述轮架件包括：

与轮架部呈夹角设置的平面连接部(1323)，所述平面连接部(1323)的上侧与所述架接件固定连接；

从所述平面连接部(1323)的底侧向下延伸的第一凸部；

从所述轮架部向上延伸的第二凸部，所述第二凸部与所述第一凸部保持靠近或者接触；

所述轮架部、所述第一凸部和所述第二凸部中的至少一者包含弹性材料。

10.一种足式仿生机器人，包括根据权利要求1至9中任一项权利要求所述的可升降轮式机构(1000)。

Images