CN209533386U - 一种用于控制机器人行走的传动结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于控制机器人行走的传动结构，其整体结构分为两个部分：基座和行走机构；其中，基座又分为主体和连接座两部分，行走机构从上至下依次为大腿部、小腿部和脚部。运动控制系统则集中安装于基座上，用于控制大腿部的转动、大腿部的前后摆动、大腿部的侧向摆动、小腿部的前后摆动和脚部的前后摆动。由此，该用于控制机器人行走的传动结构实现了对于机器人行走机构各部分的精细控制，并且多数驱动装置集中布置于基座上，使得整体结构紧凑，而且第一传动系统通过传动结构的优化，仅用一个电机即实现了两个大腿部的同步转动，提高了效率，同时降低了成本。

Description

一种用于控制机器人行走的传动结构

技术领域

本实用新型属于机器人结构技术领域，尤其涉及一种控制机器人行走的传动结构。

背景技术

足式机器人是一种具有冗余驱动、多支链、时变拓扑运动机构的智能型机器人，涉及到生物学、仿生学、机构学、传感技术及信息处理技术等的一门综合性高技术产品。然而现有的足式机器人结构在设计上存在着一些缺点，腿部的控制结构不够精细，且腿部整体结构不够紧凑，一般的，完成对机器人腿部运动的控制需要使用的电机数量非常多，会增加机器人的制造成本，尤其是在控制腿部进行转动的过程中，需要用到两个电机才能分别满足两条腿部的轴向旋转运动。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种用于控制机器人行走的传动结构，对腿部结构控制精细，同时保证结构紧凑，而且能够在保证自由度不变的前提下减少使用电机的数量，从而有效地降低成本。

基于此，本实用新型提出了一种传动机构，其包括第一传动系统、基座、两套第二传动系统和两个行走机构，所述第一传动系统和所述两套第二传动系统均设置于所述基座上；

所述两套第二传动系统与各所述行走机构一一对应传动连接；

所述行走机构包括从上至下依次连接的大腿部和小腿部，且所述大腿部与所述基座相连接；

所述第一传动系统包括第一驱动装置、第一同步带轮装置、传动件和两套第一连杆组件，所述两套第一连杆组件分别通过所述传动件与所述第一同步带轮装置的输出端传动连接，所述第一同步带轮装置的输入端与所述第一驱动装置的输出端传动连接，所述第一驱动装置固定安装在所述基座上，且各所述第一连杆组件分别与所述基座相连接，所述第一连杆组件带动所述基座转动使得所述行走机构发生转动；

所述第二传动系统包括用于使所述大腿部前后摆动的第一传动组件、用于使所述大腿部侧向摆动的第二传动组件和用于使所述小腿部前后摆动的第三传动组件，且所述第一传动组件、所述第二传动组件和所述第三传动组件分别安装在所述基座上。

可选的，所述基座包括主体和两个分别连接于所述主体两侧的连接座，各所述大腿部的上端分别通过所述连接座与所述主体相连接，所述第一驱动装置固定安装在所述主体上，所述传动件通过所述第一同步带轮装置与所述第一驱动装置的输出端传动连接，所述第一连杆组件与所述连接座一一对应相连接，且各所述第二传动系统分别对应安装在各所述连接座上。

可选的，所述传动件为丝杠，所述第一同步带轮装置包括第一主动轮和第一从动轮，所述第一主动轮与所述第一驱动装置的输出端相连接，所述第一从动轮与所述丝杠相连接，所述两套第一连杆组件分别连接于所述丝杠的两侧。

可选的，所述第一连杆组件包括第一支杆和第二支杆，所述第一支杆的第一端部和所述第二支杆的第一端部相铰接，所述第一支杆的第二端部与所述丝杠相连接，所述第二支杆的第二端部与所述连接座相连接。

可选的，所述第一传动组件包括第二同步带轮装置、第二驱动装置和第一减速器，所述第二同步带轮装置包括第二主动轮和第二从动轮，所述第二驱动装置的输出端与所述第二主动轮相连接，所述第二从动轮通过所述第一减速器与所述大腿部相连接，所述第二驱动装置的动力通过所述第二同步带轮装置传递给所述第一减速器，使得所述第一减速器带动所述大腿部前后摆动。

可选的，所述第二传动组件包括第三同步带轮装置、第三驱动装置和第二减速器，所述第三同步带轮装置包括第三主动轮和第三从动轮，所述第三驱动装置的输出端与所述第三主动轮相连接，所述第三从动轮通过所述第二减速器与所述大腿部相连接，所述第三驱动装置的动力通过所述第三同步带轮装置传递给所述第二减速器，使得所述第二减速器带动所述大腿部侧向摆动。

可选的，所述第三传动组件包括第四驱动装置、第四同步带轮装置和第二连杆组件，所述第四同步带轮装置包括第四主动轮和第四从动轮，所述第四驱动装置的输出端与所述第四主动轮相连接，所述第四从动轮通过所述第二连杆组件与所述小腿部相连接，所述第四驱动装置的动力通过所述第四同步带轮装置传递给所述第二连杆组件，使得所述第二连杆组件带动所述小腿部前后摆动。

可选的，所述第二连杆组件包括第三支杆和第四支杆，所述第三支杆的第一端部和所述第四支杆的第一端部相铰接，所述第三支杆的第二端部与所述第四从动轮相连接，所述第四支杆的第二端部与所述小腿部相连接。

可选的，所述行走机构还包括脚部，所述脚部连接于所述小腿部的下端，所述大腿部上设置有第三传动系统，所述第三传动系统与所述脚部传动连接，使得所述脚部转动。

可选的，所述第三传动系统包括第五驱动装置、第一连接转盘、第二连接转盘和连接线，所述第五驱动装置的输出端与所述第一连接转盘相连接，所述第一连接转盘通过所述连接线与所述第二连接转盘相连接，所述第二连接转盘与所述脚部相连接。

实施本实用新型实施例，具有如下有益效果：

本实用新型的用于控制机器人行走的传动结构包括第一传动系统、基座、两套第二传动系统和两个行走机构，第一传动系统和两套第二传动系统均设置于基座上。

第一传动系统用于控制大腿部的前后摆动，第二传动系统用于控制大腿部的侧向摆动、大腿部的轴向转动和小腿部的前后摆动，实现了对行走机构整体的精细化控制，特别的，第一传动系统仅需要使用一个第一驱动装置，并通过传动件和第一连杆组件即可实现大腿部的轴向转动，在不降低自由度的前提下，减少所需驱动装置的数量，能有效降低整体成本。另外，第一传动组件、第二传动组件和第三传动组件均安装在基座上，使得驱动装置比较集中，能够优化机器人的行走机构，让大腿部的布置紧凑，节省空间。

附图说明

图1为本实用新型实施例的一种用于控制机器人行走的传动结构的正视结构示意图；

图2为本实用新型实施例的一种用于控制机器人行走的传动结构的俯视结构示意图；

图3为本实用新型实施例的一种用于控制机器人行走的传动结构的局部正视结构示意图；

图4为本实用新型实施例的一种用于控制机器人行走的传动结构的第二传动系统的局部结构的正视示意图；

图5为本实用新型实施例的一种用于控制机器人行走的传动结构的第二传动系统的局部结构的侧视示意图；

图6为本实用新型实施例的一种用于控制机器人行走的传动结构的右视结构示意图。

附图标记说明：

1、基座，11、主体，12、连接座，2、行走机构，21、大腿部， 22、小腿部，23、脚部，3、第一传动系统，31、第一驱动装置，32、第一主动轮，33、传动件，34、第一连杆组件，341、第一支杆，342、第二支杆，4、第二传动系统，41、第一传动组件，411、第二驱动装置，412、第二同步带轮装置，4121、第二主动轮，4122、第二从动轮，413、第一减速器，42、第二传动组件，421、第三驱动装置，422、第三同步带轮装置，4221、第三主动轮，4222、第三从动轮，423、第二减速器，431、第四驱动装置，432、第四同步带轮装置，4321、第四主动轮，4322、第四从动轮，433、第二连杆组件，4331、第三支杆，4332、第四支杆，51、第五驱动装置，52、第一连接转盘，53、第二连接转盘。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

参见图1至图6，本实用新型的实施例提出的一种传动机构，其包括第一传动系统3、基座1、两套第二传动系统4和两个行走机构 2，第一传动系统3和两套第二传动系统4均设置于基座1上；两套第二传动系统4与各行走机构2一一对应传动连接；行走机构2包括从上至下依次连接的大腿部21和小腿部22，且大腿部21与基座1 相连接；第一传动系统3包括第一驱动装置31、第一同步带轮装置、传动件33和两套第一连杆组件34，两套第一连杆组件34分别通过传动件33与第一同步带轮装置的输出端传动连接，第一同步带轮装置的输入端与第一驱动装置31的输出端传动连接，第一驱动装置31 固定安装在基座1上，且各第一连杆组件34分别与基座1相连接，第一连杆组件34带动基座1转动使得行走机构2发生转动；第二传动系统4包括用于使大腿部21前后摆动的第一传动组件41、用于使大腿部21侧向摆动的第二传动组件42和用于使小腿部22前后摆动的第三传动组件，且第一传动组件41、第二传动组件42和第三传动组件分别安装在基座1上。

基于以上结构，第一驱动装置31固定在基座1上，且第一驱动装置31的输出端通过传动件33与两套第一连杆组件34传动连接，两套第一连杆组件34与两个大腿部21一一对应地相连，从而控制两个大腿部21同时轴向转动，值得指出的是，第一传动系统3仅需要使用一个第一驱动装置31，通过传动件33改变动力传递的运动方向，并向第一连杆组件34传输，以能够实现两个大腿部21的轴向转动，在不降低自由度的前提下，能够有效地减少所需使用的驱动装置的数量，从而有效降低成本；第二传动系统4包括用于使大腿部21前后摆动的第一传动组件41、用于使大腿部21侧向摆动的第二传动组件 42和用于使小腿部22前后摆动的第三传动组件，且第一传动组件41、第二传动组件42和第三传动组件分别安装在基座1上，由此实现了对行走机构2整体的精细化控制；由于第一传动组件41、第二传动组件42和第三传动组件均安装在基座1上，因此驱动装置的布置较为集中，能够优化机器人的行走机构2，让大腿部21的布置紧凑，节省空间。

其中，基座1包括主体11和两个分别连接于主体11两侧的连接座12，各大腿部21的上端分别通过连接座12与主体11相连接，第一驱动装置31固定安装在主体11上，传动件33通过第一同步带轮装置与第一驱动装置31的输出端传动连接，第一连杆组件34与连接座12一一对应相连接，且各第二传动系统4分别对应安装在各连接座12上。由此，第一驱动装置31固定安装于不动的主体11上，第一驱动装置31通过传动件33与第一连杆组件34传动连接，从而带动连接座12转动，进而带动连接于连接座12的大腿部21转动；第二传动系统4包括多个驱动装置，均设置在连接座12上，使得结构紧凑。

进一步的，传动件33为丝杠，第一同步带轮装置32包括第一主动轮321和第一从动轮，第一主动轮321与第一驱动装置31的输出端相连接，第一从动轮与传动件33相连接，两套第一连杆组件34分别连接于传动件33的两侧。进一步的，第一连杆组件34包括第一支杆341和第二支杆342，第一支杆341的第一端部和第二支杆342的第一端部相铰接，第一支杆341的第二端部与传动件33相连接，第二支杆342的第二端部与连接座12相连接；第一驱动装置31是电机，第一驱动装置31的输出端是电机的输出轴，丝杠能够将第一驱动装置31输出端的旋转运动转化为直线运动分别传递给两套第一连杆组件34，两套第一连杆组件34再分别带动两个连接座12旋转，此外，两套第一连杆组件34通过第一支杆341和第二支杆342的铰接能够进一步压缩横向空间，以减少两个行走机构2之间的距离，使得结构更加紧凑。

在本实施例中，第一传动组件41包括第二驱动装置411、第二同步带轮装置412和第一减速器413，第二同步带轮装置412包括第二主动轮4121和第二从动轮4122，第二驱动装置411的输出端与第二主动轮4121相连接，第二从动轮4122通过第一减速器413与大腿部21相连接；第二驱动装置411为电机，第二驱动装置411的输出端将动力输出到第二同步带轮装置412的第二主动轮4121，由第二主动轮4121带动第二同步带轮装置412的第二从动轮4122开始转动，第二从动轮4122的转动再通过第一减速器413进行合适的减速后，再带动大腿部21进行前后摆动。

第二传动组件42包括第三同步带轮装置422、第三驱动装置421 和第二减速器423，第三同步带轮装置422包括第三主动轮4221和第三从动轮4222，第三驱动装置421的输出端与第三主动轮4221相连接，第三从动轮4222通过第二减速器423与大腿部21相连接，第二减速器423与大腿部21相连接；第三驱动装置421为电机，第三驱动装置421的输出端将动力输出到第三同步带轮装置422的第三主动轮4221，第三主动轮4221传动到第三同步带轮装置422的第三从动轮4222，第三从动轮4222将动力传递到第二减速器423进行减速后，再由第二减速器423所输出的动力带动大腿部21进行侧向摆动。

第三传动组件包括第四驱动装置431、第四同步带轮装置432、第二连杆组件433和第三减速器，第四同步带轮装置432包括第四主动轮4321和第四从动轮4322，第四驱动装置431的输出端与第四主动轮4321相连接，第四从动轮4322通过第二连杆组件433与小腿部22相连接，第四驱动装置431与第四同步带轮装置432传动连接，第四同步带轮装置432与第二连杆组件433传动连接，第二连杆组件 433与第三减速器传动连接，第三减速器与小腿部22相连接；第四驱动装置431为电机，第四驱动装置431的输出端将动力传递给第四同步带轮装置432的第四主动轮4321，第四主动轮4321传动到第四同步带轮装置432的第四从动轮4322，第四从动轮4322将动力传递给第三减速器进行减速后，再由第三减速器所输出的动力带动第二连杆组件433转动，第二连杆组件433带动小腿部22进行前后摆动。

其中，第二连杆组件433包括第三支杆4331和第四支杆4332，第三支杆4331的第一端部和第四支杆4332的第一端部相铰接，第三支杆4331的第二端部与第四从动轮4322相连接，第四支杆4332的第二端部与小腿部22相连接；第三减速器带动第三支杆4331转动，第三支杆4331带动第四支杆4332转动，第四支杆4332带动小腿部 22进行前后摆动。第二连杆组件433通过第三支杆4331与第四支杆 4332铰接避免与大腿部21上的结构发生干涉，同时使得结构紧凑。

需要说明的是，在本实施例中，第一减速器413、第二减速器423 以及第三减速器均采用的是谐波减速器，谐波减速器传动效率高，工作平稳，且质量较低，能够有效的降低整体装置的质量，并保证驱动机器人行走运动的平稳性，但是在其他实施例中，第一减速器413、第二减速器423以及第三减速器的类型并不受本实施例的限制，当可按照实际的需要，选择合适的减速器类型。

此外，行走机构2还包括脚部23，脚部23连接于小腿部22的下端，大腿部21上设置有第三传动系统，第三传动系统与脚部23传动连接，使得脚部23转动。第三传动系统包括第五驱动装置51、第一连接转盘52、第二连接转盘53和连接线，第五驱动装置51的输出端与第一连接转盘52相连接，第一连接转盘52通过连接线与第二连接转盘53相连接，第二连接转盘53与脚部23相连接；第五驱动装置51为舵机，第五驱动装置51的输出端将动力传递到第一连接转盘52，第一连接转盘52通过连接线将动力传递给第二连接转盘53，第二连接转盘53与脚部23相连接，从而带动脚部23进行前后摆动。

综上，该用于控制机器人行走的传动结构的工作过程为：

第一传动系统3：第一驱动装置31的输出端将动力输出到第一同步带轮装置的第一主动轮32，第一同步带轮装置的第一从动轮将动力传递给传动件33，传动件33将旋转运动转化为直线运动传递给第一连杆组件34的第一支杆341，第一支杆341带动第一连杆组件34的第二支杆342，第二支杆342带动连接座12轴向转动，进而带动两侧的大腿部21进行轴向转动。

第二传动系统4分为独立工作的三个部分：用于使大腿部21前后摆动的第一传动组件41、用于使大腿部21侧向摆动的第二传动组件42和用于使小腿部22前后摆动的第三传动组件，各传动组件具体的工作过程如下：

第一传动组件41：第二驱动装置411的输出端将动力输出到第二主动轮4121，第二从动轮4122将动力传递到第一减速器413，第一减速器413带动大腿部21进行前后摆动；

第二传动组件42：第三驱动装置421的输出端将动力输出到第三主动轮4221，第三从动轮4222将动力传递到第二减速器423，第二减速器423带动大腿部21进行侧向摆动；

第三传动组件：第四驱动装置431的输出端将动力输出到第四主动轮4321，第四从动轮4322将动力传递到第二连杆组件433的第三支杆4331，第三支杆4331带动第四支杆4332运动，第四支杆4332 带动小腿部22进行前后摆动。

第三传动系统：第五驱动装置51的输出端将动力输出到第一连接转盘52，第一连接转盘52通过连接线将动力传递给第二连接转盘 53，第二连接转盘53带动脚部23进行前后摆动。

第一传动系统3、第二传动系统4和第三传动系统独立工作，共同集成为机器人的整体运动控制系统。

由此，该用于控制机器人行走的传动结构实现了对于机器人行走机构2的精细控制，并且多数驱动装置集中布置于基座1上，使得整体结构紧凑，值得一提的是，第一传动系统3通过传动结构的优化，仅用一个电机即可实现两个大腿部21的同步转动，能够提高效率，降低成本。

应当理解的是，本实用新型中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本实用新型范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

以上是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于控制机器人行走的传动结构，其特征在于，包括第一传动系统、基座、两套第二传动系统和两个行走机构，所述第一传动系统和所述两套第二传动系统均设置于所述基座上；

所述两套第二传动系统与各所述行走机构一一对应传动连接；

所述行走机构包括从上至下依次连接的大腿部和小腿部，且所述大腿部与所述基座相连接；

所述第一传动系统包括第一驱动装置、第一同步带轮装置、传动件和两套第一连杆组件，所述两套第一连杆组件分别通过所述传动件与所述第一同步带轮装置的输出端传动连接，所述第一同步带轮装置的输入端与所述第一驱动装置的输出端传动连接，所述第一驱动装置固定安装在所述基座上，且各所述第一连杆组件分别与所述基座相连接，所述第一连杆组件带动所述基座转动使得所述行走机构发生转动；

所述第二传动系统包括用于使所述大腿部前后摆动的第一传动组件、用于使所述大腿部侧向摆动的第二传动组件和用于使所述小腿部前后摆动的第三传动组件，且所述第一传动组件、所述第二传动组件和所述第三传动组件分别安装在所述基座上。

2.根据权利要求1所述的用于控制机器人行走的传动结构，其特征在于，所述基座包括主体和两个分别连接于所述主体两侧的连接座，各所述大腿部的上端分别通过所述连接座与所述主体相连接，所述第一驱动装置固定安装在所述主体上，所述传动件通过所述第一同步带轮装置与所述第一驱动装置的输出端传动连接，所述第一连杆组件与所述连接座一一对应相连接，且各所述第二传动系统分别对应安装在各所述连接座上。

3.根据权利要求2所述的用于控制机器人行走的传动结构，其特征在于，所述传动件为丝杠，所述第一同步带轮装置包括第一主动轮和第一从动轮，所述第一主动轮与所述第一驱动装置的输出端相连接，所述第一从动轮与所述丝杠相连接，所述两套第一连杆组件分别连接于所述丝杠的两侧。

4.根据权利要求3所述的用于控制机器人行走的传动结构，其特征在于，所述第一连杆组件包括第一支杆和第二支杆，所述第一支杆的第一端部和所述第二支杆的第一端部相铰接，所述第一支杆的第二端部与所述丝杠相连接，所述第二支杆的第二端部与所述连接座相连接。

5.根据权利要求2至4任一项所述的用于控制机器人行走的传动结构，其特征在于，所述第一传动组件包括第二同步带轮装置、第二驱动装置和第一减速器，所述第二同步带轮装置包括第二主动轮和第二从动轮，所述第二驱动装置的输出端与所述第二主动轮相连接，所述第二从动轮通过所述第一减速器与所述大腿部相连接，所述第二驱动装置的动力通过所述第二同步带轮装置传递给所述第一减速器，使得所述第一减速器带动所述大腿部前后摆动。

6.根据权利要求2至4任一项所述的用于控制机器人行走的传动结构，其特征在于，所述第二传动组件包括第三同步带轮装置、第三驱动装置和第二减速器，所述第三同步带轮装置包括第三主动轮和第三从动轮，所述第三驱动装置的输出端与所述第三主动轮相连接，所述第三从动轮通过所述第二减速器与所述大腿部相连接，所述第三驱动装置的动力通过所述第三同步带轮装置传递给所述第二减速器，使得所述第二减速器带动所述大腿部侧向摆动。

7.根据权利要求2至4任一项所述的用于控制机器人行走的传动结构，其特征在于，所述第三传动组件包括第四驱动装置、第四同步带轮装置和第二连杆组件，所述第四同步带轮装置包括第四主动轮和第四从动轮，所述第四驱动装置的输出端与所述第四主动轮相连接，所述第四从动轮通过所述第二连杆组件与所述小腿部相连接，所述第四驱动装置的动力通过所述第四同步带轮装置传递给所述第二连杆组件，使得所述第二连杆组件带动所述小腿部前后摆动。

8.根据权利要求7所述的用于控制机器人行走的传动结构，其特征在于，所述第二连杆组件包括第三支杆和第四支杆，所述第三支杆的第一端部和所述第四支杆的第一端部相铰接，所述第三支杆的第二端部与所述第四从动轮相连接，所述第四支杆的第二端部与所述小腿部相连接。

9.根据权利要求1所述的用于控制机器人行走的传动结构，其特征在于，所述行走机构还包括脚部，所述脚部连接于所述小腿部的下端，所述大腿部上设置有第三传动系统，所述第三传动系统与所述脚部传动连接，使得所述脚部转动。

10.根据权利要求9所述的用于控制机器人行走的传动结构，其特征在于，所述第三传动系统包括第五驱动装置、第一连接转盘、第二连接转盘和连接线，所述第五驱动装置的输出端与所述第一连接转盘相连接，所述第一连接转盘通过所述连接线与所述第二连接转盘相连接，所述第二连接转盘与所述脚部相连接。