CN115610552B - 机器人、腿部组件以及驱动机构 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种机器人、腿部组件以及驱动机构；该驱动机构包括：第一链轮、第二链轮组、链条以及第一换挡装置；第一链轮可在驱动电机的驱动下转动；第二链轮组包括连接轴以及至少两个第二链轮，至少两个第二链轮的直径不同且相邻设置；连接轴用于驱动机器人的腿部结构转动；第一换挡装置与链条相邻设置；第一换挡装置用于拨动链条，使得链条与至少两个第二链轮择一啮合，且链条能够在至少两个第二链轮间切换，进而改变第一链轮与第二链轮组的传动比。该驱动机构通过设置多个不同直径的主、从链轮并配合换挡装置，可以实现改变腿部组件传动比的目的，进而可以在不同使用环境条件下调节腿部结构的运动参数以适应不同的场景功能需求。

Description

机器人、腿部组件以及驱动机构

技术领域

本发明涉及多足机器人腿部结构的技术领域，具体是涉及一种机器人、腿部组件以及驱动机构。

背景技术

四足机器人结构简单，且腿的结构形式对于不同地形的环境适应能力强，因此近些年成为了重要的发展方向，同时也是各厂商研究的热点。四足机器人又名机器狗，其外观形态与真实动物“狗”相似。四足机器人被普遍认为在自然灾害的营救、工业监测、安防巡逻等有良好的应用前景。腿部作为机器人与环境直接交互的结构，功率的传递效率、运行的平稳性、运动的范围都是重要的性能指标。

常规技术中的四足机器狗的腿部结构主要存在使用寿命短以及传达效率低的问题。

发明内容

本申请实施例第一方面提供了一种驱动机构，包括：

第一链轮，可在驱动电机的驱动下转动；

第二链轮组，包括连接轴以及套设于所述连接轴上的至少两个第二链轮，所述至少两个第二链轮的直径不同且相邻设置；所述连接轴用于驱动机器人的腿部结构转动；

链条，用于与所述第一链轮以及所述第二链轮啮合传动连接；

及

第一换挡装置，与所述链条相邻设置；所述第一换挡装置用于拨动所述链条，使得所述链条与所述至少两个第二链轮择一啮合，且所述链条能够在所述至少两个第二链轮间切换，进而改变所述第一链轮与所述第二链轮组的传动比。

第二方面，本申请实施例提供了一种驱动机构，包括：

第一链轮组，用于与驱动电机连接，并可在驱动电机的驱动下转动；其中，所述第一链轮组包括直径不同的至少两个第一链轮，所述至少两个第一链轮同轴且相邻设置；

第二链轮组，包括连接轴以及套设于所述连接轴上的第二链轮，所述连接轴用于驱动机器人的腿部结构转动；

链条，用于与所述第一链轮以及所述第二链轮啮合传动连接；

换挡装置，与所述链条相邻设置；所述换挡装置用于拨动所述链条，使得所述链条可切换与不同直径的第一链轮进行啮合，进而改变所述第一链轮组与所述第二链轮组的传动比。

第三方面，本申请实施例提供了一种用于机器人的腿部组件，包括：

第一链轮，可在驱动电机的驱动下转动；

第二链轮组，包括连接轴以及套设于所述连接轴上的至少两个第二链轮，所述至少两个第二链轮的直径不同且相邻设置；

链条，用于与所述第一链轮以及所述第二链轮啮合传动连接；

小腿，与所述第二链轮组的连接轴连接，并可随所述连接轴转动；及

第一换挡装置，与所述链条相邻设置；所述第一换挡装置用于拨动所述链条，使得所述链条与所述至少两个第二链轮择一啮合，且所述链条能够在所述至少两个第二链轮间切换，进而改变所述第一链轮与所述第二链轮组的传动比。

另外，本申请实施例又提供一种机器人，所述机器人包括躯干以及与所述躯干连接的多个上述实施例中任一项所述的腿部组件；所述躯干上设有与所述腿部组件驱动电机，所述驱动电机用于驱动所述腿部组件的第一链轮转动。

本申请实施例提供的驱动机构，首先是利用链条传动结构，具有传递效率高、使用寿命长、成本相对较低以及传动可靠性高的优点；另外，通过设置多个不同直径的主、从链轮并配合换挡装置，可以实现改变腿部组件传动比的目的，进而可以在不同使用环境条件下调节腿部结构的运动参数以适应不同的场景功能需求，提高机器人的适用范围。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请用于机器人的腿部组件一实施例的整体结构示意图；

图2是图1实施例中用于机器人的腿部组件与驱动电机配合的结构示意图；

图3是图1实施例中用于机器人的腿部组件的拆分结构示意图；

图4是图3实施例中腿部组件的局部结构示意图；

图5是图3实施例中第二链轮组的结构示意图；

图6是本申请第一换挡装置一实施例的整体结构示意图；

图7是图6实施例中第一换挡装置的结构拆分示意图；

图8是本实施例中第一壳体的结构示意图；

图9是第一换挡装置第一工作状态的结构示意图；

图10是第一换挡装置第二工作状态的结构示意图；

图11是第一换挡装置第三工作状态的结构示意图；

图12是本申请用于机器人的腿部组件另一实施例的局部结构示意图；

图13是本申请用于机器人的腿部组件又一实施例的局部结构示意图；

图14是本申请机器人一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本发明，但不对本发明的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本发明的部分实施例而非全部实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

请一并参阅图1至图3，图1是本申请用于机器人的腿部组件一实施例的整体结构示意图，图2是图1实施例中用于机器人的腿部组件与驱动电机配合的结构示意图；图3是图1实施例中用于机器人的腿部组件的拆分结构示意图；需要说明的是，本申请中的腿部组件可以是用在包括躯干以及若干腿部结构的机器人上，而机器人具有在控制系统的控制下，可以完成行走、跑、跳等功能的机器设备。比较典型的一种机器人结构为机器狗，也即一种包括躯干以及四条腿的机器人结构，当然，本实施例中的机器人也可以为包括两条、三条或者多条腿的结构，甚至可以是包括一条腿的结构(可以是设有平衡装置等)，此处不做具体限定。其中，本实施例中用于机器人的腿部组件10包括但不限于第一链轮组100、第二链轮组200、链条300、小腿400、大腿外壳500以及第一换挡装置600。其中，第一链轮组、第二链轮组、链条以及换挡装置共同构成了腿部组件的驱动机构。需要说明的是，本申请实施例中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或组件。

具体而言，可选地，在本实施例中，大腿外壳500形成有容纳空间1000，所述第一链轮组100、所述第二链轮组200、链条300以及第一换挡装置600可以是设于所述容纳空间1000内。在本实施例中，所述第一链轮组100可以是包括第一链轮110，所述第一链轮110与驱动电机20连接，并可在驱动电机20的驱动下转动。

可选地，在本实施例中，所述大腿外壳500可以包括第一壳体510和第二壳体520，所述第一壳体510和所述第二壳体520之间固定连接，以配合形成所述容纳空间1000。其中，所述第一壳体510和所述第二壳体520之间的固定连接方式可以是通过螺钉固定、第一壳体510和第二壳体520可以通过卡合固定或者粘接固定等，此处不做具体限定。当然，在一些其他实施例中，大腿外壳500还可以是其他结构形式，但只要能够形成用于容纳第一链轮组100、第二链轮组200、链条300以及第一换挡装置600的密封或者半密封(在外观上至少可以罩住或者部分遮盖住第一链轮组100、第二链轮组200、链条300以及第一换挡装置600)容纳空间1000即可。其中，第一壳体510和第二壳体520的材质可以为不锈钢、硬质塑料、树脂或者铝合金等材质制成。

请一并参阅图4和图5，图4是图3实施例中腿部组件的局部结构示意图，图5是图3实施例中第二链轮组的结构示意图。可选地，所述第二链轮组200包括连接轴210以及套设于所述连接轴210上直径不同且相邻设置的至少两个第二链轮220。至少两个第二链轮220与所述连接轴210可以是过盈配合，或者是通过传动销固定连接。

其中，本申请实施例中以第二链轮组200包括三个不同直径的第二链轮220为例进行说明。当然，在一些其他实施例中，还可以是第二链轮组200包括两个或者多个直径不同且相邻设置第二链轮220结构。连接轴210的两端可以是通过轴承与第一壳体510以及第二壳体520连接。

可选地，请继续参阅图3和图4，本实施例中的小腿400与所述第二链轮组200的连接轴210连接，并可随所述连接轴210转动。所述小腿400可以包括两个部分，两个部分分别安装于大腿外壳500的第一壳体510和第二壳体520的外侧。小腿400每一部分均可以包括主体部410以及连接部420；所述连接部420与所述第二链轮组200的连接轴210连接；所述主体部410用于与地面支撑接触。另外，在一些其他实施例中，主体部410远离所述连接部420的一端还可以设置有足部(图中未示)，其中，足部的材质可以为橡胶等具有一定弹性和耐磨性材料，起到对小腿400结构缓冲的作用。需要说明的是，本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

可选地，请继续参阅图4，所述链条300用于与所述第一链轮110以及所述第二链轮220啮合传动连接。多个不同直径的第二链轮220结构，在分别与链条300传动啮合时，可以达到改变第一链轮110与所述第二链轮220传动比的目的。

可选地，请继续参阅图3和图4，所述第一换挡装置600与所述链条300相邻设置；所述第一换挡装置600用于拨动所述链条300，使得所述链条300可切换与不同直径的第二链轮220进行啮合，进而改变所述第一链轮110与所述第二链轮组200的传动比。

本申请实施例提供的用于机器人的腿部组件，首先是利用链条传动结构，具有传递效率高、使用寿命长、成本相对较低以及传动可靠性高的优点；另外，通过设置多个不同直径的从链轮(第二链轮组)并配合换挡装置，可以实现改变腿部组件传动比的目的，进而可以在不同使用环境条件下调节腿部结构的运动参数以适应不同的场景功能需求，提高机器人的适用范围。

请一并参阅图6和图7，图6是本申请第一换挡装置一实施例的整体结构示意图，图7是图6实施例中第一换挡装置的结构拆分示意图，本实施例中的第一换挡装置600包括驱动组件610以及拨轮组件620。其中，所述拨轮组件620包括连接架621以及与所述连接架621转动连接的拨轮622；所述拨轮622与所述链条300啮合。所述驱动组件610用于驱动所述连接架621在平行于所述第二链轮组200连接轴210的轴线方向(图5中箭头X方向)往复移动，进而使得所述拨轮622带动链条300切换与不同直径的第二链轮220进行啮合。

可选地，所述驱动组件610包括驱动单元611以及传动组件612；其中，所述驱动单元611与所述大腿外壳500(本实施例中具体为第一壳体510)固定连接。可选地，所述驱动单元611可以为直线电机、气缸或者液压缸等，此处不做具体限定。其中，所述驱动单元611可以是通过两个锁紧件613与大腿外壳500的第一壳体510固定连接。

可选地，所述传动组件612分别与所述驱动单元611以及所述拨轮组件620的连接架621连接，所述驱动单元611可通过所述传动组件612带动所述连接架621移动。具体而言，在本实施例中，所述传动组件612包括传动块6121以及传动架6122。

请一并参阅图8，图8是本实施例中第一壳体的结构示意图；所述传动架6122上设有导向孔61220，所述大腿外壳500的第一壳体510上设有导向柱511，所述传动架6122的导向孔61220套设于所述大腿外壳500第一壳体510上的导向柱511，并与所述导向柱511滑动连接，所述导向柱511起到对所述传动架6122导向和定位的作用。其中，导向柱511以及与之配合的导向孔61220的数量不限于本实施例图示中的两个。

可选地，所述连接架621与所述传动架6122连接；具体而言，所述传动架6122上设有连接柱61221，所述连接架621可以是与所述连接柱61221转动连接。所述传动块6121可在所述驱动单元611的驱动下移动，具体为所述驱动单元611可驱动所述传动块6121沿所述第一壳体510的内侧壁滑动。所述传动块6121设有斜面61210，所述斜面61210用于顶持所述传动架6122，进而推动所述传动架6122以及所述拨轮组件620沿所述第一壳体510上的导向柱511滑动，所述拨轮组件620的拨轮622拨动所述链条300，使得所述链条300可切换与不同直径的第二链轮220进行啮合，进而改变所述第一链轮110与所述第二链轮组200的传动比。

可选地，请继续参阅图7和图8，所述传动组件612还可以包括复位弹簧6123，所述复位弹簧6123具体可以是套设于所述第一壳体510上的导向柱511，所述复位弹簧6123的一端可以是顶持第二壳体520，另一端顶持所述传动架6122，所述复位弹簧6123用于在所述传动架6122背离所述传动块6121的一侧顶持所述传动架6122复位，作为反向换挡的驱动件，带动传动架6122向靠近第一壳体510的方向移动，进而实现反向换挡。

请一并参阅图9、图10以及图11，其中，图9是第一换挡装置第一工作状态的结构示意图；图10是第一换挡装置第二工作状态的结构示意图；图11是第一换挡装置第三工作状态的结构示意图。其中，图9、图10以及图11可以是分别代表了三个档位，也即链条300分别与第二链轮组200的三个不同直径第二链轮啮合的状态示意图。其中，传动块6121的底部顶持第一壳体510的内侧壁，顶部通过斜面61210与传动架6122滑动抵接，传动架6122受限于第一壳体510内侧的导向柱511仅能沿导向柱511的延伸方向(也即图中X方向)运动。当驱动单元611输出轴推动传动块6121到不同距离时，传动架6122相对于传动块6121滑动(在图中X箭头方向)。在导向柱511上设置复位弹簧6123，复位弹簧6123始终处于压缩状态，因此在驱动单元611输出轴收缩时，复位弹簧6123弹力压迫传动架6122沿导向柱511反方向运动，从而实现反向调节挡位。

可选地，请继续参阅图7和图8，在本实施例中，所述大腿外壳500(具体为第一壳体510的内部壁)上设有导向凸起513，所述传动块6121靠近所述大腿外壳500(第一壳体510)的一侧设有导向槽61211，所述导向凸起513与所述导向槽61211滑动配合，进而限定传动块6121相对于所述大腿外壳500第一壳体510的滑动方向。当然，本实施例中为第一壳体510的内部壁上设有导向凸起513，而传动块6121上设置导向槽61211的结构，在一些其他实施例中，还可以是在第一壳体510的内部壁上设置导向槽，而在传动块6121上设置导向凸起的结构，或者在第一壳体510的内部壁上设置滑轨，而在传动块6121的底部设置滑块，实现第一壳体510与传动块6121的导向作用，这一部分的详细结构特征在本领域技术人员的理解范围内，此处亦不再赘述。

可选地，请继续参阅图4和图7，所述拨轮622进一步包括并列设置的第一拨轮6221和第二拨轮6222，所述第一拨轮6221和所述第二拨轮6222分别与所述连接架621连接，所述连接架621通过所述传动架6122上的连接柱61221与所述传动架6122转动连接。所述第一拨轮6221和所述第二拨轮6222分别与链条300的内、外两侧啮合。由于所述连接架621可相对于所述传动架6122转动，在不同的挡位状态下，所述连接架621可自适应地相对所述传动架6122转动一定角度，进而调节链条300的松紧度。在换挡过程中，由于三个第二链轮220的直径大小不同，啮合时链条300的长度也会发生变化，此时由于连接架621与传动架6122之间通过连接柱61221过渡连接，连接架621会被链条300拉动绕传动架6122上的连接柱61221进行转动，所述第一拨轮6221和第二拨轮6222的位置会发生改变，进而调节链条300的布置形状。需要说明的是，本申请实施例中的术语“第一”、“第二”、“第三”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”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

可选地，请继续参阅图8，其中，所述第一壳体510的上还可以设有法兰盘512，所述驱动电机20可以是与第一壳体510内侧的法兰盘512定位，并通过螺丝与第一壳体510连接。

其中，本申请实施例给出了一种第一换挡装置的结构，该第一换挡装置通过将驱动单元的水平移动(沿第一壳体平面的移动)转化为传动架的竖直方向(垂直于第一壳体平面，也即图中X方向)上的移动，具有结构紧凑，运行可靠的特点。

可选地，在一些其他实施例中，第一换挡装置还可以为通过驱动组件直接带动拨轮组件在图中X方向上移动的结构方案，而无需设置用于实现中间用于转换传动方向的传动组件结构，关于这部分的详细结构特征在本领域技术人员的理解范围内，此处亦不再赘述。

其中，前述实施例中的是第一链轮组100包括第一链轮110，而第二链轮组200包括多个第二链轮220的结构，也即主动链轮为一个，从动链轮为多个的换挡方案。请参阅图12，图12是本申请用于机器人的腿部组件另一实施例的局部结构示意图，在本实施例中，第一链轮组100包括第一链轮110和第三链轮130。其中，所述第三链轮130与所述第一链轮110同轴且相邻设置，所述第三链轮130的直径与所述第一链轮110的直径不同。而第二链轮组200同样可以是包括连接轴210以及套设于所述连接轴210上直径不同且相邻设置的三个第二链轮220。

其中，本图示实施例中仅提及到从动链轮组(第二链轮组200)为三挡换挡，而主动链轮组(第一链轮组100)为两挡换挡的结构，根据挡位数＝第一链轮的数量*第二链轮的数量；因此在本申请图示实施例中的结构中，挡位便是第二链轮3*第一链轮2共6挡的传动方案。当然，在一些其他实施例中还可以是其他数量的链轮组合形式，进而形成多种档位数量。本领域技术人员可以知道的是，在空间允许的条件下，挡位数量可以根据情况自行设计。譬如，在一些实施例中，也可以是设置多个主动轮(即第一链轮组100包括多个主动链轮)，而设置一个从动链轮(即第二链轮组200只包括一个第二链轮220)的结构，该种结构的档位数即为主动链轮的数量。

可选地，为了实现更加精准的换挡控制，本实施例中的技术方案还可以设置第二换挡装置(图中未示)，其中，第二换挡装置可以是与所述链条相邻设置，所述第二换挡装置用于拨动所述链条，使得所述链条可与所述第三链轮以及所述第一链轮之间切换啮合。也即，第一换挡装置用于在靠近从动轮(第二链轮组)的位置拨动链条，使得链条在第二链轮组的多个第二链轮之间切换啮合；而第二换挡装置用于在靠近主动轮(第一链轮组)的位置拨动链条，使得链条在第一链轮组的第一链轮和第三链轮(甚至还可以有第四、第五链轮)之间切换啮合。可选地，第二换挡装置的结构可以是与第一换挡装置结构相同或者相类似，此处亦不再赘述。

本实施例中的腿部组件，通过设置两个换挡装置，可以是实现主从动轮换挡的控制准确性，进而提高换挡效率以及可靠性。

进一步地，请参阅图13，图13是本申请用于机器人的腿部组件又一实施例的局部结构示意图，在前述实施例中一般认为传动比均大于1(主动链轮的直径均大于从动链轮的直径)，即增加转速降低扭矩的方案。在本实施例中，可以是将主动链轮(第一链轮110)的直径做小，膝关节处的从动链轮(第二链轮220的)链轮直径做大，使得传动比小于一，即可以做到减速增扭的方案。其中，图中主动链轮(第一链轮组100)和从动链轮(第二链轮组200)均可以是设置多个链轮，实现多挡位的结构。

进一步地，本申请实施例还提供一种机器人结构，请参阅图14，图14是本申请机器人一实施例的结构示意图，本实施例中的机器人包括躯干30以及与所述躯干30连接的多个腿部组件10(本实施例的图示中以四组机器狗的结构为例进行说明)。关于腿部组件10的详细结构请参阅前述实施例的相关描述。其中，机器人的躯干30内可以包括控制电路板以及用于驱动腿部结构运动的装置，关于这部分的详细特征在本领技术人员的理解范围内，此处亦不再赘述。

本申请实施例提供的机器人，其腿部组件首先是利用链条传动结构，具有传递效率高、使用寿命长、成本相对较低以及传动可靠性高的优点；另外，通过设置多个不同直径的主、从链轮并配合换挡装置，可以实现改变腿部组件传动比的目的，进而可以在不同使用环境条件下调节腿部结构的运动参数以适应不同的场景功能需求，提高机器人的适用范围。

以上所述仅为本发明的部分实施例，并非因此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效装置或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种用于机器人的腿部组件，其特征在于，包括：

大腿外壳；

第一链轮，可在驱动电机的驱动下转动；

第二链轮组，包括连接轴以及套设于所述连接轴上的至少两个第二链轮，所述至少两个第二链轮的直径不同且相邻设置；

链条，用于与所述第一链轮以及所述第二链轮啮合传动连接；

小腿，与所述第二链轮组的连接轴连接，并可随所述连接轴转动；及

第一换挡装置，与所述链条相邻设置，包括驱动组件以及拨轮组件；所述拨轮组件包括连接架以及与所述连接架转动连接的拨轮；所述拨轮与所述链条啮合；

所述驱动组件包括驱动单元以及传动组件，用于驱动所述连接架在平行于所述第二链轮组连接轴的轴线方向往复移动，进而使得所述拨轮带动所述链条与所述至少两个第二链轮择一啮合，且所述链条能够在所述至少两个第二链轮间切换，进而改变所述第一链轮与所述第二链轮组的传动比；

其中，所述驱动单元与所述大腿外壳固定连接，所述传动组件分别与所述驱动单元以及所述拨轮组件的连接架连接，所述驱动单元可通过所述传动组件带动所述连接架移动；

所述传动组件包括传动块以及传动架；所述传动架与所述大腿外壳上的导向柱滑动连接，所述连接架与所述传动架连接；所述传动块可在所述驱动单元的驱动下移动，所述传动块设有斜面，所述斜面用于顶持所述传动架，进而推动所述传动架以及所述拨轮组件沿所述导向柱滑动。

2.根据权利要求1所述的腿部组件，其特征在于，所述传动组件还包括复位弹簧，所述复位弹簧用于在所述传动架背离所述传动块的一侧顶持所述传动架。

3.根据权利要求1所述的腿部组件，其特征在于，所述大腿外壳上设有导向凸起，所述传动块靠近所述大腿外壳的一侧设有导向槽，所述导向凸起与所述导向槽滑动配合。

4.根据权利要求1所述的腿部组件，其特征在于，所述拨轮包括并列设置的第一拨轮和第二拨轮，所述第一拨轮和所述第二拨轮分别与所述链条的内、外两侧啮合。

5.一种机器人，其特征在于，所述机器人包括躯干以及与所述躯干连接的多个如权利要求1-4任一项所述的腿部组件；所述躯干上设有所述腿部组件驱动电机，所述驱动电机用于驱动所述腿部组件的第一链轮转动。