CN208868172U - 一种新型仿生关节机械腿 - Google Patents

Abstract

一种新型仿生关节机械腿，包括驱动部分和行走部分，驱动部分由驱动器和支架组成，驱动器为圆柱体结构，横向放置在支架后端开口驱动器支座上，驱动器两端设置有小轮，小轮与大腿一连接；行走部分由大腿一、大腿二、牵连件一、牵连件二以及足部组成，大腿一、大腿二、牵连件二和小腿以相互的连接孔为支点组成曲柄摇杆机构，大腿二、牵连件一、小腿和足部以相互的连接孔为支点组成曲柄摇杆机构。本实用新型整体性好、传力明确、仿生效果理想、灵活性能优越、轻便、结构简单独特、稳定性高、经济效果好、驱动力需求小、能耗低，应用范围广。对仿生机器人的设计和应用具有理论意义和实用价值，同时提高了社会生产效率，为我国机器人事业发展助力。

Description

一种新型仿生关节机械腿

技术领域

本实用新型涉及拟人机器人运动控制领域，特别是涉及一种新型仿生关节机械腿。

背景技术

我国机器人产业正处于高速发展期，市场对机器人的需求持续增长，对于机器人的设计尤为迫切，对于仿生机器人的需求更是如此。仿生机器人是仿生学与机构学的完美结合与应用，涉及到力学、机构学、仿生学等诸多学科，以实际应用为目的的第四代机器人，通常包括有拟人机器人、步行机器人等。

仿生机械腿是拟人机器人的重要支撑部分，通过一系列的连杆和相应的运动副组成，实现复杂的运动，进而完成规划的动作，是拟人机器人保持平衡的基础，并且是提高拟人机器人运动速度的关键。长期的科学实验和工程实践结果表明，机械结构中采用仿生机械腿可以取得十分明显的效益，同时也达到了机器与人的完美融合。

目前国内外对仿生机械腿的研究，无论采用串联结构还是并联结构，都有着仿生效果不理想、灵活性能不优越、笨重、驱动力需求大、结构复杂、美观性不高、平衡性能差、行走速度慢的问题。

发明内容

为了解决上述存在的技术问题，本实用新型提供一种可模仿人类走路关节运动，平衡性好，利于奔跑的一种新型仿生关节机械腿。

为实现上述目的，提供技术方案如下：

一种新型仿生关节机械腿，包括驱动部分和行走部分，驱动部分由驱动器和支架组成，驱动器为圆柱体结构，横向放置在支架后端开口驱动器支座上，驱动器两端设置有小轮，小轮与大腿一连接；行走部分由大腿一、大腿二、牵连件一、牵连件二以及足部组成，大腿一、大腿二、牵连件二和小腿以相互的连接孔为支点组成曲柄摇杆机构，大腿二、牵连件一、小腿和足部以相互的连接孔为支点组成双摇杆机构。

驱动器轴向贯穿设置有驱动轴，驱动轴贯穿小轮圆心处的小轮内孔与其连接。

小轮还设置有小轮外孔，小轮外孔与大腿一连接做定轴转动。

小腿为三角形结构，三个顶点设置有连接孔。

足部为J形结构。

驱动器支座为带有开口的半圆形结构。

大腿一设置有3个以上连接孔。

大腿二设置有4个以上连接孔。

足部设置有2个以上连接孔。

部件采用镂空结构。

机械腿整体为模拟人类走路关节的双对称结构, 大大增加了其平衡性能, 在功能上能实现膝关节和踝关节的运动，和人类运动原理更加相似；在外观上仿生效果好，具有完整的类似人腿的结构；在部件设计上，采用镂空设计，减少重量节约材料；在部件连接上，采用销轴和轴承的结合大大减少了运动过程中的摩擦，使动作更加连贯省力。支架架起驱动器并与腿部连接，是整个机械腿的主体，相当于人类的腰部，具有连接下肢和承载上肢的作用；驱动器等固定件靠近机械腿腰部，使得腿部运动时能够减少固定件产生的力矩和运动惯性；驱动器通过驱动轴与小轮连接，通过大腿一将小轮和大腿二连接起来，大腿一、大腿二、牵连件二和小腿组成曲柄摇杆机构，大腿二、牵连件一、小腿和足部组成双摇杆机构；驱动器带动小轮做定轴转动，小轮带动大腿一，利用曲柄摇杆机构把旋转运动变成往复运动，进而使大腿二做前后摆动，大腿二与三角形结构的小腿连接，小腿与J型结构的足部连接，利用双摇杆机构作用，使之能承受较大的水平力，而且一个构件运动即可带动其他构件运动，在保证其完成腿部运动的前提下又限制其自由度，使之完成规范运动，对腿部整体结构起到了稳定平衡的作用。整体的串联机构使动作连贯，用较小驱动力获得较大的冲程，达到省力降低能耗的目的。

本实用新型的有益效果：整体性好、传力明确、仿生效果理想、灵活性能优越、轻便、结构简单独特、稳定性高、经济效果好、驱动力需求小、能耗低，应用范围广。对仿生机器人的设计和应用具有理论意义和实用价值，同时提高了社会生产效率，为我国机器人事业发展助力。

附图说明

图1为本实用新型整体示意图；

图2为支架结构示意图；

图3为大腿一结构示意图；

图4为大腿二结构示意图；

图5为足部结构示意图；

图6为小腿结构示意图；

图7为牵连件一结构示意图；

图8为牵连件二结构示意图；

图9为小轮结构示意图；

图中，1、驱动器，2、支架，21、支架孔，22、驱动器支座，3、大腿一，31、大腿一小轮孔，32、大腿一牵引孔，33，大腿一连接孔，4、大腿二，41、大腿二支架孔，42、大腿二连接孔，43、大腿二牵引孔，44、大腿二小腿孔，5、足部，51、足部牵引孔；52、足部小腿孔，61、小腿足部孔，62、小腿牵引孔，63、小腿大腿孔，6、小腿，7、牵连件一，8、牵连件二，9、小轮，91、小轮外孔，92、小轮内孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细描述：

实施例1

如图1和图9所示，驱动器1为圆柱体内部安装有电机和控制板，两端设置有小轮9，小轮9为圆盘状结构，是连接电机与腿部的连接装置，电机通过驱动轴带动小轮9做定轴转动，圆心处的小轮内孔92是连接电机装置的驱动轴，小轮外孔91与大腿一小轮孔31活动连接。

如图2所示，支架2是架起驱动器1和连接大腿二4的装置，后端的半圆形开口驱动器支座22架起放置有驱动器1，支架孔21与大腿二支架孔41活动连接。

如图3所示，大腿一3作为连接小轮9与大腿二4的装置，上段的大腿一小轮孔31与小轮外孔91活动连接，中段的大腿一牵引孔32与牵连件二8一端活动连接，下段的大腿一连接孔33与大腿二连接孔42活动连接。

如图4所示，大腿二4是机械腿重要部件，所连接的部件最多，依次设置有4个连接孔。上段的大腿二支架孔41与支架孔21活动连接，大腿二连接孔42与大腿一连接孔33活动连接，中段的大腿二牵引孔43与牵连件一7一端活动连接，下段的大腿二小腿孔44与小腿大腿孔63活动连接。

如图5所示，足部5采用J形结构，可模拟人脚的能量和吸震区，运动时会根据步幅的阶段(如落地、脚尖离地等)产生能量，足部5弯曲呈C形部分能增加能量的回弹和后蹬的前驱力。J形结构大大增强了机械腿的灵活性和弹跳性，不会出现笨重情况。而且该结构减少了每步的弹起，提高了控制力和效率，使得机械腿更容易被控制，奔跑速度加快；足部5的足部牵引孔51与一7一端活动连接，足部小腿孔52与小腿足部孔61活动连接。

如图6所示，小腿6位于机械腿的下方，需要承受上方大量的重量，所以选择三角形结构，稳固性好，承重大，3个顶点设有三个连接孔， 其中小腿足部孔61与足部小腿孔52活动连接，小腿牵引孔62与牵连件二8一端活动连接，小腿大腿孔63与大腿二小腿孔44活动连接。

如图7和图8所示，牵连件一7两端设有连接孔，分别与足部牵引孔51和大腿二牵引孔43活动连接；牵连件二8两端设有连接孔，分别与大腿一牵引孔32和小腿牵引孔62活动连接。

当机械腿工作时，驱动器中的电机转动，通过驱动轴使小轮9与电机一起转动，并且带动大腿一3随其转动，进而使与大腿一3相连的大腿二4,做前后摆动。这一过程运用了曲柄摇杆机构使旋转运动转换成往复运动，实现了增力功能。大腿二4再带动小腿6，小腿6带动足部5进行一系列连贯运动，从而使机械腿实现步行、跑步等运动。

可以理解的是，以上关于本实用新型的具体描述，仅用于说明本实用新型而并非受限于本实用新型实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种新型仿生关节机械腿,包括驱动部分和行走部分,其特征在于:所述驱动部分由驱动器(1)和支架(2)组成,驱动器(1)为圆柱体结构,横向放置在支架(2)后端开口驱动器支座(22)上,驱动器(1)两端设置有小轮(9),小轮(9)与大腿一(3)连接;所述行走部分由大腿一(3)、大腿二(4)、牵连件一(7)、牵连件二(8)以及足部(5)组成,大腿一(3)、大腿二(4)、牵连件二(8)和小腿(6)以相互的连接孔为支点组成曲柄摇杆机构,大腿二(4)、牵连件一(7)、小腿(6)和足部(5)以相互的连接孔为支点组成双摇杆机构。

2.根据权利要求1所述的一种新型仿生关节机械腿,其特征在于驱动器(1)轴向贯穿设置有驱动轴,驱动轴贯穿小轮(9)圆心处的小轮内孔(92)与其连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种新型仿生关节机械腿,其特征在于小轮(9)还设置有小轮外孔(91),小轮外孔(91)与大腿一(3)连接做定轴转动。

4.根据权利要求1所述的一种新型仿生关节机械腿,其特征在于小腿(6)为三角形结构,3个顶点分别设置有连接孔。

5.根据权利要求1所述的一种新型仿生关节机械腿,其特征在于足部(5)为J形结构。

6.根据权利要求1所述的一种新型仿生关节机械腿,其特征在于驱动器支座(22)为带有开口的半圆形结构。

7.根据权利要求1所述的一种新型仿生关节机械腿,其特征在于大腿一(3)设置有3个以上连接孔。

8.根据权利要求1所述的一种新型仿生关节机械腿,其特征在于大腿二(4)设置有4个以上连接孔。

9.根据权利要求1所述的一种新型仿生关节机械腿,其特征在于足部(5)设置有2个以上连接孔。