CN207403833U - 一种带陀螺稳定仪的步行机器人 - Google Patents

Abstract

一种带陀螺稳定仪的步行机器人，包括双足行走机构、陀螺稳定仪机构、脚部驱动机构，身体的下端两侧里面各安装有一个陀螺稳定仪机构，陀螺稳定仪机构在步行行走时能够平衡身体重心；双足行走机构包括小腿、大腿、主动轴、直齿锥齿轮、轴承以及电动机，大腿上关节与身体铰接，大腿下关节与小腿上关节铰接，小腿下关节与脚上盖铰接，脚上盖与脚底座配合安装，通过大腿里面安装的主动轴、直齿锥齿轮、轴承、电动机各零部件之间配合运动，实现了小腿和大腿能够类似人的行走运动；脚部驱动机构包括脚上盖、脚底座、万向球轮、驱动轮，电动机，能够实现机器人的行走转弯或曲线行走；该带陀螺稳定仪的步行机器人即可以直立轮式行走，又可以步行行走。

Description

一种带陀螺稳定仪的步行机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，更具体地说，涉及一种可以步行走动和驱动轮驱动的机器人。

背景技术

随着科学技术的不断进步，智能机器人逐渐走入千家万户，市场上出现了各种各样的机器人，绝大多数机器人的行走方式都是轮式驱动来实现机器人的行走运动，而现有机器人中缺少能够步行行走的机器人，步行行走的机器人的行走难度大，绝大多数企业或研发机构都难以解决步行行走时身体平衡难题和腿部行走机构的机械运动原理复杂的难题，以及步行行走机器人制造成本高的难题。

发明内容

为了克服现有机器人步行行走时身体不能平衡和腿部行走机构的机械运动原理复杂的难题，本实用新型提供了一种即可以直立轮式驱动行走，又可以步行行走的机器人，该机器人解决了现有机器人步行行走时身体难以保持平衡的难题，以及创新设计了齿轮、轴承，电机的相互配合实现了腿部能够类似人行走时的运动功能，本机器人的制造容易，制造成本较低，更有利于推广应用。

本实用新型所解决的技术问题所采用的技术方案是：一种带陀螺稳定仪的步行机器人，包括双足行走机构、左腿、右腿、陀螺稳定仪机构、脚部驱动机构，所述陀螺稳定仪机构安装在身体里面；

进一步的，所述大身的下端两侧里面安装有陀螺稳定仪机构，所述陀螺稳定仪机构分别安装在身体的下端两侧里面。

所述双足行走机构包括小腿、大腿、主动轴、直齿锥齿轮、轴承以及电动机；所述大腿上关节与身体铰接，大腿下关节与小腿上关节铰接，小腿下关节与脚上盖铰接，所述大腿里面安装有轴承、主动轴、电动机、直齿锥齿轮。

所述脚部驱动机构包括脚上盖、脚底座、万向球轮、驱动轮，电动机，所述脚底座安装有两个驱动轮和两个电动机，每个驱动轮独立与电动机连接。

所述大腿的上关节里面安装有电动机，电动机与主动轴相互连接，主动轴穿过二号直齿锥齿轮的中心孔和三号直齿锥齿轮的中心孔，主动轴与二号直齿锥齿轮和三号直齿锥齿轮相互连接固定；

进一步的，电机转动就带动主动轴转动，主动轴带动二号直齿锥齿轮和三号直齿锥齿轮；

所述三号直齿锥齿轮与四号直齿锥齿轮相互啮合，所述四号直齿锥齿轮通过齿轮固定轴与身体连接固定，大腿可以绕着四号直齿锥齿轮的齿轮固定轴旋转运动；

进一步的，所述二号直齿锥齿轮与一号直齿锥齿轮相互啮合，一号直齿锥齿轮通过螺丝与小腿上关节的螺丝固定孔相互连接固定，一号直齿锥齿轮中心孔安装有旋转轴。

所述主动轴转动就带动三号直齿锥齿轮和二号直齿锥齿轮，因三号直齿锥齿轮与四号直齿锥齿轮相互啮合，四号直齿锥齿轮与身体连接固定，所以三号直齿锥齿轮转动就带动大腿绕着四号直齿锥齿轮的齿轮固定轴的心旋转运动；

所述直二号齿锥齿轮转动就带动相互啮合的一号直齿锥齿轮，因一号直齿锥齿轮与小腿的上关节通过螺丝相互连接固定，二号直齿锥齿轮转动就带动小腿绕着一号直齿锥齿轮的轴旋转运动。

所述主动轴顺时针转动就带动三号直齿锥齿轮和二号直齿锥齿轮顺时针转动，三号直齿锥齿轮就绕着四号直齿锥齿轮的齿轮固定轴的心与四号直齿锥齿轮啮合顺时针转动，从而带动大腿绕着四号直齿锥齿轮的齿轮固定轴的心顺时针转动，实现大腿向前运动抬高；

进一步的，主动轴逆时针转动，所述三号直齿锥齿轮绕着四号直齿锥齿轮的齿轮固定轴的轴心与四号直齿锥齿轮啮合逆时针转动，从而大腿就逆时针转动，实现大腿向后运动抬高。

所述二号直齿锥齿轮顺时针转动就带动相互啮合的一号直齿锥齿轮逆时针转动，因一号直齿锥齿轮与小腿连接固定，一号直齿锥齿轮逆时针转动就带动小腿绕着一号直齿锥齿轮的旋转轴逆时针转动，实现小腿逆时针运动抬高；

进一步的，二号直齿锥齿轮逆时针转动就带动相互啮合的一号直齿锥齿轮顺时针转动，从而小腿就顺时针转动，实现小腿向前运动抬高。

所述小腿的下关节通过轴与脚上盖铰接，脚上盖可以与脚底座相互配合安装固定；

进一步的，所述小腿的下关节安装弹簧，弹簧与小腿、脚上盖弹力接触；更进一步的，所述小腿抬高时，脚上盖受弹簧弹力作用绕着小腿下关节的铰接轴旋转4~6度，使机器人脚尖向下倾斜4~6度，脚尖向下倾可以使机器人在行走脚落地时，脚底座的万向球轮先落地有更好的柔性，使机器人行走更平稳。

所述双足行走机构和陀螺稳定仪机构的工作相互关联，当所述左腿抬高运动时右陀螺稳定仪机构开始工作，左陀螺稳定仪机构不工作，使身体保持平衡；

当所述右腿抬高运动时左陀螺稳定仪机构开始工作，右陀螺稳定仪机构停止工作，使身体保持平衡。

所述脚部驱动机构的两个独立驱动轮差速转动时能够实现机器人的行走转弯，直立行走时双足行走机构和陀螺稳定仪机构停止工作，脚部驱动机构进行工作，实现机器人直立运动和转弯，进一步的，双足步行行走时脚部驱动机构仅在转弯或曲线行走时才开始工作。

本实用新型的有益效果是，一种带陀螺稳定仪的步行机器人，包括双足行走机构、陀螺稳定仪机构、脚部驱动机构，所述身体的下端两侧里面各安装有一个陀螺稳定仪机构，陀螺稳定仪机构在步行行走时能够平衡身体重心；双足行走机构包括小腿、大腿、主动轴、直齿锥齿轮、轴承以及电动机，所述大腿上关节与身体铰接，大腿下关节与小腿上关节铰接，小腿下关节与脚上盖铰接，脚上盖与脚底座相互配合安装，通过大腿里面安装的主动轴、直齿锥齿轮、轴承以及电机各零部件之间配合运动，实现了小腿和大腿能够类似人的行走运动；所述脚部驱动机构包括脚上盖、脚底座、万向球轮、驱动轮，电动机，所述脚底座安装有两个驱动轮和两个电动机，每个驱动轮独立与电动机连接，脚部驱动机构的两个独立驱动轮差速转动时能够实现机器人的行走转弯或曲线行走；该带陀螺稳定仪的步行机器人即可以直立轮式驱动行走，又可以步行行走。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是立体图

图2是不安装身体后盖立体图的后视图

图 3是腿部的结构视图

图 4是腿部结构视图的细节A视图

图 5是腿部结构视图的细节B视图

图 6是腿部结构视图细节B视图的侧视图

图7是机器人步行行走时腿部运动视图

图中：1. 脚部驱动机构，2. 小腿，3.大腿，4. 陀螺稳定仪机构，12. 脚底座，13.脚上盖，14万向球轮，15. 驱动轮，16. 电动机， 21.螺丝固定孔，22. 弹簧，30.齿轮固定轴，31. 一号直齿锥齿轮孔，32. 二号直齿锥齿轮，33.轴承，34. 主动轴，35. 轴承，36. 三号直齿锥齿轮，37.四号直齿锥齿轮，38. 轴承，39. 电动机。

具体实施方式

在图1、图2所示实施例中，所述身体里面安装有两个陀螺稳定仪机构4，所述陀螺稳定仪机构4分别安装在身体的下端两侧里面，陀螺稳定仪机构4在步行行走时能够平衡身体重心；双足行走机构和陀螺稳定仪机构4的工作相互关联，当左腿抬高运动时右陀螺稳定仪机构开始工作，左陀螺稳定仪机构不工作，使身体保持平衡，当所述右腿抬高运动时左陀螺稳定仪机构开始工作，右陀螺稳定仪机构停止工作，使身体保持平衡；

所述大腿3的上关节与身体铰接，大腿3的下关节与小腿2的上关节铰接，小腿2的下关节与脚上盖13铰接，脚上盖可以与脚底座配合安装；在身体里面安装有齿轮固定轴30，齿轮固定轴30与四号直齿锥齿轮37连接固定，大腿3可以绕着齿轮固定轴30旋转运动。

在图3、图4所示实施例中，大腿3的里面安装有轴承、主动轴34、电动机39、直齿锥齿轮，在大腿的上关节里面安装有电动机39，电动机39与主动轴34相互连接，主动轴34穿过二号直齿锥齿轮32的中心孔和三号直齿锥齿轮36的中心孔，主动轴34与二号直齿锥齿轮32和三号直齿锥齿轮36相互连接固定，电动机39转动就带动主动轴34转动，主动轴34带动二号直齿锥齿轮32和三号直齿锥齿轮36转动。

三号直齿锥齿轮36与四号直齿锥齿轮37相互啮合，四号直齿锥齿轮37通过齿轮固定轴30与身体连接固定，大腿3可以绕着四号直齿锥齿轮37的齿轮固定轴30旋转运动；

二号直齿锥齿轮32与一号直齿锥齿轮31相互啮合，一号直齿锥齿轮31通过螺丝与小腿2上关节的螺丝固定孔21相互连接固定，一号直齿锥齿轮31中心孔安装有旋转轴，旋转轴的两端分别安装在大腿的下关节的轴套孔里面。

主动轴34转动就带动三号直齿锥齿轮36和二号直齿锥齿轮32，因三号直齿锥齿轮36与四号直齿锥齿轮37相互啮合，四号直齿锥齿轮37与身体连接固定，所以三号直齿锥齿轮36转动就带动大腿3绕着四号直齿锥齿轮37的齿轮固定轴30的轴心旋转运动；

二号直齿锥齿轮32转动就带动相互啮合的一号直齿锥齿轮31，因一号直齿锥齿轮31与小腿2的上关节通过螺丝相互连接固定，二号直齿锥齿轮32转动就带动小腿2绕着一号直齿锥齿轮31的旋转轴运动。

当主动轴34顺时针转动就带动三号直齿锥齿轮36和二号直齿锥齿轮32顺时针转动，三号直齿锥齿轮36就绕着四号直齿锥齿轮37的轴心与四号直齿锥齿轮37啮合顺时针转动，从而带动大腿3绕着四号直齿锥齿轮37的齿轮固定轴30的轴心顺时针转动，实现大腿向前运动抬高。

当主动轴34逆时针转动，三号直齿锥齿轮36绕着四号直齿锥齿轮37的齿轮固定轴30的轴心与四号直齿锥齿轮37啮合逆时针转动，从而大腿3就逆时针转动，实现大腿3向后运动抬高。

二号直齿锥齿轮32顺时针转动时就带动相互啮合的一号直齿锥齿轮31逆时针转动，因一号直齿锥齿轮31与小腿2连接固定，一号直齿锥齿轮31逆时针转动就带动小腿2绕着一号直齿锥齿轮31的旋转轴逆时针转动，实现小腿2逆时针运动抬高；

当二号直齿锥齿轮32逆时针转动就带动相互啮合的一号直齿锥齿轮31顺时针转动，从而小腿2就顺时针转动，实现小腿2向前运动抬高。

在图5、图6所示实施例中，脚底座12安装有两个驱动轮15和两个电动机16，每个驱动轮15独立与电动机16连接，小腿2的下关节通过轴与脚上盖13铰接，脚上盖13可以与脚底座12相互配合安装固定；

所述小腿2的下关节安装弹簧22，弹簧22与小腿2、脚上盖13弹力接触，当小腿2抬高时，脚上盖13受弹簧弹力作用绕着小腿2的下关节的铰接轴旋转4~6度，向下倾斜；当机器人步行行走时，腿部运动抬高，脚尖部就会向下倾斜4~6度，脚部运动着地时，因脚尖部向下倾斜就最先落地的是脚底座12的万向球轮先落地，可以使机器人机器人在行走着地时脚有更好的柔性落地，使机器人行走更平稳。

当安装在脚底座的两个驱动轮15差速转动时能够实现机器人的行走转弯或曲线行走；直立行走时，双足行走机构和陀螺稳定仪机构4停止工作，脚部驱动机构1进行工作，实现机器人直立运动和转弯；当双足步行行走时，脚部驱动机构1仅在转弯或曲线行走时才开始工作。

在图7所示实施例中，机器人步行行走时，左腿的电动机39顺时针转动，大腿3相对于身体向前运动抬高，小腿2相对于大腿3向后运动，脚部驱动机构1在弹簧的弹力作用下脚尖向下倾斜4~6度，实现了左腿的抬腿运动；当左腿开始抬腿运动离开地面时，右腿的脚部与地面接触并且承受整个机器人的全部重力，此时右腿的电动机39逆时针转动，大腿3相对于身体向后运动，小腿2相对于大腿3向前运动，实现了机器人的身体向前运动。

当机器人的左腿运动搞高到一定高度和身体向前运动后，左腿的电动机39开始逆时针转动，右腿的电动机39开始顺时针转动，左右腿的电动机39不断的重复着顺时针转动或逆时针转动的循环工作，实现了机器人的步行行走循环运动。

本机器人解决了现有机器人步行行走时身体难以保持平衡的难题，以及创新设计了齿轮、轴承，电机的相互配合实现了腿部能够类似人行走时的运动功能，是一款即可以直立轮式驱动行走，又可以步行行走的机器人。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施方式的限制，上述实施方式和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内，本实用新型的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种带陀螺稳定仪的步行机器人，其特征在于：包括双足行走机构、左腿、右腿、陀螺稳定仪机构（4）、脚部驱动机构（1），所述陀螺稳定仪机构（4）安装在身体里面；

所述双足行走机构包括小腿（2）、大腿（3）、主动轴(34)、直齿锥齿轮、轴承、电动机（39），所述大腿（3）的上关节与身体铰接，大腿（3）下关节与小腿（2）上关节铰接，小腿（2）下关节与脚上盖（13）铰接，所述大腿（3）的里面安装有轴承、主动轴（34）、电动机（39）、直齿锥齿轮；

所述脚部驱动机构包括脚上盖（13）、脚底座（12）、万向球轮（14）、驱动轮（15），电动机（16），所述脚底座（12）安装有两个驱动轮（15）和两个电动机（16），每个驱动轮（15）独立与电动机（16）连接。

2.根据权利要求1所述一种带陀螺稳定仪的步行机器人，其特征在于：所述身体里面安装有两个陀螺稳定仪机构（4），所述陀螺稳定仪机构（4）分别安装在身体的下端两侧里面。

3.根据权利要求1所述一种带陀螺稳定仪的步行机器人，其特征在于：

所述大腿（3）的上关节里面安装有电动机（39），电动机（39）与主动轴（34）相互连接，主动轴（34）穿过三号直齿锥齿轮（36）的中心孔和二号直齿锥齿轮（32）的中心孔，主动轴（34）与三号直齿锥齿轮（36）和二号直齿锥齿轮（32）相互连接固定，电动机（39）转动就带动主动轴（34）转动，主动轴（34）带动三号直齿锥齿轮（36）和二号直齿锥齿轮(32)。

4.根据权利要求3所述一种带陀螺稳定仪的步行机器人，其特征在于：所述三号直齿锥齿轮（36）与四号直齿锥齿轮（37）相互啮合，所述四号直齿锥齿轮（37）通过齿轮固定轴（30）与身体连接固定，大腿（3）可以绕着四号直齿锥齿轮（37）的齿轮固定轴（30）旋转运动；所述二号直齿锥齿轮（32）与一号直齿锥齿轮（31）相互啮合，一号直齿锥齿轮（31）通过螺丝与小腿（2）上关节的螺丝固定孔（21）相互连接固定，一号直齿锥齿轮（31）中心孔安装有旋转轴。

5.根据权利要求3或4所述一种带陀螺稳定仪的步行机器人，其特征在于：所述主动轴（34）转动就带动三号直齿锥齿轮（36）和二号直齿锥齿轮（32）转动，因三号直齿锥齿轮(36)与四号直齿锥齿轮(37)相互啮合，四号直齿锥齿轮(37)与身体连接固定，所以三号直齿锥齿轮(36)转动就带动大腿(3)绕着四号直齿锥齿轮（37）的齿轮固定轴（30）的轴心旋转运动；所述二号直齿锥齿轮（32）转动就带动相互啮合的一号直齿锥齿轮（31）转动，因一号直齿锥齿轮（31）与小腿（2）的上关节相互连接固定，二号直齿锥齿轮（32）转动就带动小腿（2）绕着一号直齿锥齿轮（31）的轴心旋转运动。

6.根据权利要求5所述一种带陀螺稳定仪的步行机器人，其特征在于：

主动轴（34）顺时针转动就带动三号直齿锥齿轮（36）和二号直齿锥齿轮（32）顺时针转动，三号直齿锥齿轮（36）就绕四号直齿锥齿轮（37）的轴心与四号直齿锥齿轮（37）啮合顺时针转动，从而大腿（3）就顺时针运动，实现大腿（3）向前运动抬高；主动轴（34）逆时针转动，所述三号直齿锥齿轮（36）绕着四号直齿锥齿轮（37）的轴心与四号直齿锥齿轮(37)啮合逆时针转动，从而大腿(3)就逆时针运动，实现大腿(3)向后运动抬高。

7.根据权利要求6所述一种带陀螺稳定仪的步行机器人，其特征在于：二号直齿锥齿轮(32)顺时针转动就带动相互啮合的一号直齿锥齿轮(31)逆时针转动，因一号直齿锥齿轮（31）与小腿（2）连接固定，一号直齿锥齿轮（31）逆时针转动就带动小腿(2)绕着一号直齿锥齿轮（31）的轴逆时针运动，实现小腿（2）逆时针运动抬高；二号直齿锥齿轮（32）逆时针转动就带动相互啮合的一号直齿锥齿轮（31）顺时针转动，从而小腿（2）就顺时针运动，实现小腿(2)向前运动抬高。

8.根据权利要求1所述一种带陀螺稳定仪的步行机器人，其特征在于：小腿(2)的下关节通过轴与脚上盖(13)铰接，脚上盖(13)可以与脚底座(12)相互配合安装固定；所述小腿（2）的下关节安装弹簧（22），弹簧（22）与小腿（2）、脚上盖（13）弹力接触，所述小腿（2）抬高时，脚上盖（13）受弹簧弹力作用绕着小腿（2）的下关节的铰接轴旋转4~6度，使机器人脚尖向下倾斜4~6度。

9.根据权利要求1所述一种带陀螺稳定仪的步行机器人，其特征在于：所述双足行走机构和陀螺稳定仪机构(4)的工作相互关联，左腿抬高运动时右陀螺稳定仪机构(4)开始工作，左陀螺稳定仪机构(4)不工作，使身体保持平衡；右腿抬高运动时左陀螺稳定仪机构（4）开始工作，右陀螺稳定仪机构（4）停止工作，使身体保持平衡。

10.根据权利要求1所述一种带陀螺稳定仪的步行机器人，其特征在于：所述脚部驱动机构（1）的两个独立驱动轮（15）差速转动时能够实现机器人的行走转弯或曲线行走；直立行走时，双足行走机构和陀螺稳定仪机构（4）停止工作，脚部驱动机构（1）进行工作，实现机器人直立运动和转弯；双足步行走动时，脚部驱动机构（1）仅在转弯或曲线行走时才开始工作。