CN210592213U - 机械腿及机器人 - Google Patents

Abstract

一种机械腿及机器人，包括第一摆臂组件、第二摆臂组件以及驱动组件，第一摆臂组件与第二摆臂组件并排安装于驱动组件上；第一摆臂组件包括第一传动臂、第一支撑臂以及第一电机，第一传动臂的一端与第一电机连接，第一传动臂的另一端与第一支撑臂的一端铰接；第二摆臂组件包括第二传动臂、第二支撑臂以及第二电机，第二传动臂的一端与第二电机连接，第二传动臂的另一端与第二支撑臂的一端铰接；第一支撑臂的另一端与第二支撑臂的另一端铰接。本实用新型提供的机械腿及机器人，采用并排安装的第一摆臂组件和第二摆臂组件，降低了第一电机和第二电机的负载和惯量，便于提高机械腿的负载能力，提高了机械腿的强度和刚性，提高了机械腿的响应速度。

Description

机械腿及机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其提供一种机械腿及机器人。

背景技术

随着移动机器人的应用越来越广泛，足式机器人由于其对地形适应能力强，对环境改造的需求少而受到越来越多的重视。现有的足式机器人多采用双节摆臂结构，通过两个电机分别驱动下关节和上关节摆动，腿部摆动部分质量较大，为了提高抗冲击能力，需要加强腿部结构强度、增加腿部刚性，导致腿部惯量增大，响应速度降低，同时电机的负载过大，腿部的负载能力难以提高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种机械腿，旨在解决现有技术中机器人腿部摆动部分质量较大，为了提高抗冲击能力，需要加强腿部结构强度、增加腿部刚性，导致腿部惯量增大，响应速度降低，同时电机的负载过大，腿部的负载能力难以提高的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种机械腿，包括第一摆臂组件、第二摆臂组件以及用于驱动所述第一摆臂组件和所述第二摆臂组件左右摆动的驱动组件，所述第一摆臂组件与所述第二摆臂组件并排安装于所述驱动组件上；所述第一摆臂组件包括第一传动臂、第一支撑臂以及用于驱动所述第一传动臂前后摆动的第一电机，所述第一传动臂的一端与所述第一电机连接，所述第一传动臂的另一端与所述第一支撑臂的一端铰接；所述第二摆臂组件包括第二传动臂、第二支撑臂以及用于驱动所述第二传动臂前后摆动的第二电机，所述第二传动臂的一端与所述第二电机连接，所述第二传动臂的另一端与所述第二支撑臂的一端铰接；所述第一支撑臂的另一端与所述第二支撑臂的另一端铰接。

进一步地，所述第一电机和所述第二电机正对且间隔设置；所述第一传动臂和所述第二传动臂分别位于所述第一电机和所述第二电机之间，且所述第一传动臂的端部与所述第一电机的转轴固定连接，所述第二传动臂的端部与所述第二电机的转轴固定连接。

进一步地，所述第一电机与所述第二电机之间设有固定座，所述固定座的一端与所述第一电机的壳体固定，所述固定座的另一端与所述第二电机的壳体固定。

进一步地，所述驱动组件包括第三电机以及固定于所述第三电机之转轴上的安装座，所述第一电机和所述第二电机安装于所述安装座上。

进一步地，所述第一电机之壳体的一端与所述安装座固定连接，所述固定座固定于所述第一电机之壳体的另一端。

进一步地，所述第一支撑臂位于所述第一传动臂靠近所述第二传动臂一侧，所述第二支撑臂位于所述第二传动臂靠近所述第一传动臂一侧。

进一步地，所述第二支撑臂远离所述第二传动臂的一端设有支撑部，所述第一支撑臂远离所述第一传动臂的一端铰接于所述第二支撑臂邻近所述支撑部的位置。

进一步地，所述第一传动臂的长度小于所述第一支撑臂的长度，所述第二传动臂的长度小于所述第二支撑臂的长度。

进一步地，所述第一传动臂与所述第二传动臂同轴摆动，所述第一传动臂和所述第二传动臂长度相等，所述第一支撑臂与所述第二支撑臂的铰接位置和所述第一支撑臂与第一传动臂的铰接位置的距离等于所述第一支撑臂与所述第二支撑臂的铰接位置和所述第二支撑臂与第二传动臂的铰接位置的距离。

还提供一种机器人，包括躯干主体以及所述的机械腿，所述驱动组件固定于所述躯干主体上。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供的机械腿及机器人，采用并排安装的第一摆臂组件和第二摆臂组件，通过第一电机和第二电机分别对第一传动臂和第二传动臂输出转矩负载，驱使机械腿前后运动，使得机械腿的负载分散到第一摆臂组件和第二摆臂组件，降低了第一电机和第二电机的负载，便于提高机械腿的负载能力；第一电机和第二电机不需要沿前后摆动，从而降低了机械腿前后摆动的质量，提高了第一传动臂与第一支撑臂和第二传动臂与第二支撑臂连接结构的强度和机械腿的刚性，降低了机械腿的质量，减小了机械腿的前后摆动和左右摆动的惯量，提高了机械腿的响应速度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的机器人的立体结构示意图；

图2为图1中机械腿的立体结构示意图一；

图3为图1中机械腿的立体结构示意图二；

图4为图1中机械腿的爆炸图；

图5为图2中第一传动臂、第一支撑臂、第二传动臂及第二支撑臂的立体结构示意图；

图6为图5中第二支撑臂的立体结构示意图。

其中，图中各附图标记：

1—躯干主体、2—机械腿、10—驱动组件、11—第三电机、12—安装座、13—固定座、20—第一摆臂组件、21—第一电机、22—第一传动臂、23—第一支撑臂、30—第二摆臂组件、31—第二电机、32—第二传动臂、33—第二支撑臂、331—支撑部。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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。

此外，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请一并参阅1至图6，下面对本实用新型提供的机械腿2进行说明。本实用新型提供的机械腿2包括第一摆臂组件20、第二摆臂组件30及驱动组件10，驱动组件10用于驱动第一摆臂组件20和第二摆臂组件30左右摆动。第一摆臂组件20与第二摆臂组件30并排安装于驱动组件10上，即第一摆臂组件20和第二摆臂组件30的两端能够相对转动，第一摆臂组件20和第二摆臂组件30的中间相互独立运动。第一摆臂组件20包括第一电机21、第一传动臂22以及第一支撑臂23，第一电机21用于驱动第一传动臂22前后摆动；第一传动臂22的一端与第一电机21连接，第一传动臂22的另一端与第一支撑臂23的一端铰接。第二摆臂组件30包括第二电机31、第二传动臂32以及第二支撑臂33，第二电机31用于驱动第二传动臂32摆动；第二传动臂32的一端与第二电机31连接，第二传动臂32的另一端与第二支撑臂33的一端铰接。第一支撑臂23的另一端与第二支撑臂33的另一端铰接，这样就限制了第一支撑臂23和第二支撑臂33下端的运动，从而能够支撑机械腿2。其中，前后摆动是指第一传动臂22/第二传动臂32沿第一电机21转轴/第二电机31转轴的转动进行摆动，用于使第一传动臂22和第二传动臂32的下端产生沿机械腿2前后方向的位移；左右摆动是指第一电机21转轴和第二电机31转轴呈扇形摆动(即随第三电机11转动)的运动，用于使第一传动臂22和第二传动臂32的下端同时产生沿机械腿2左右两侧的位移。当机械腿2在行走过程中，第一电机21和第二电机31分别使第一传动臂22和第二传动臂32前后摆动，第一传动臂22和第二传动臂32分别带动第一支撑臂23和第二支撑臂33运动，由于第一支撑臂23的下端与第二支撑臂33的下端铰接，这样就使得第一传动臂22和第二传动臂32在同时运动时，能够将第一传动臂22和第二传动臂32的摆动同时输出至第一支撑臂23和第二支撑臂33的铰接点，使得第一传动臂22和第二传动臂32摆动方向相同或者相反时，能够使得第一支撑臂23与第二支撑臂33铰接处具有较高的运动速度，从而提高机械腿2的速度。而且，在机械腿2行走时，第一摆臂组件20和第二摆臂组件30是并列的，第一电机21提供第一摆臂组件20前后摆动的负载，第二电机31提供第二摆臂组件30前后摆动的负载，机械腿2运动过程中的负载等于第一摆臂组件20和第二摆臂组件30的负载之和；第一电机21和第二电机31同时输出转矩，这样使得机械腿2的最大承重负载等于第一电机21和第二电机31输出之和，减小了第一电机21和第二电机31的负载。这样，第一电机21和第二电机31集中了机械腿2的主要质量，但却不需要前后摆动，就使得第一摆臂组件20和第二摆臂组件30下部摆动部分的质量较轻，强度较大且刚性较强，从而有利于提高机械腿2的相应速度。即：由于第一电机21下侧的第一传动臂22和第一支撑臂23重量之和较小、摆动部分强度较大且刚性较强，在第一电机21转动时第一电机21的加减速时间短，运动速度快；相同的，第二电机31的加减速时间短，运动速度快。

进一步地，请一并参照图1至图3，作为本实用新型提供的机械腿2的一种具体实施方式，第一电机21和第二电机31正对设置，第一电机21和第二电机31间隔设置，第一传动臂22和第二传动臂32分别位于第一电机21和第二电机31之间，第一传动臂22的端部固定于第一电机21的转轴上，第二传动臂32的端部固定于第二电机31的转轴上。这样第一传动臂22和第二传动臂32之间具有较小的间距，减小了第一摆臂组件20与第二摆臂组件30沿第一电机21和第二电机31的转轴方向的间距，有利于提高第一摆臂组件20和第二摆臂组件30的稳定和刚度。

进一步地，请一并参照图1至图4，作为本实用新型提供的机械腿2的一种具体实施方式，第一电机21与第二电机31之间设有固定座13，固定座13的一端与第一电机21的壳体固定，固定座13的另一端与第二电机31的壳体固定。采用固定座13将第一电机21和第二电机31固定，能够保障第一电机21和第二电机31的位置固定不变，保障第一摆臂组件20和第二摆臂组件30结构的稳定。

具体地，固定座13为弧形连接块，固定座13位于第一电机21和第二电机31远离第一传动臂22和第二传动臂32的一侧，能够避免第一传动臂22和第二传动臂32摆动过程中与固定座13产生干扰，能够为第一传动臂22和第二传动臂32提供足够的摆动空间。

进一步地，请一并参照图1至图4，作为本实用新型提供的机械腿2的一种具体实施方式，驱动组件10包括第三电机11以及安装座12，第一电机21和第二电机31安装在安装座12上，安装座12固定于第三电机11的转轴上。当第三电机11摆动时，带动第一电机21和第二电机31沿第三电机11转轴转动，这时第一支撑臂23和第二支撑臂33的下端就会沿机械腿2的左右两侧运动，这样就能够实现机械腿2向两侧运动，可用来实现转向或侧向移动。同时，在机械腿2的上方受到侧向(即沿第一电机和第二电机转轴的轴线方向)的冲击后，机械腿2能够通过第三电机11快速地调整，起到缓冲和调整机械腿2重心的作用。

进一步地，请一并参照图1至图5，作为本实用新型提供的机械腿2的一种具体实施方式，第一电机21之壳体的一端与安装座12固定连接，固定座13固定于第一电机21之壳体的另一端。这样使得第一传动臂22和第二传动臂32避开了安装座12，避免了安装座12对第一传动臂22和第二传动臂32摆动产生干扰；同时，有利于缩短第一电机21和第二电机31与第三电机11之间沿第三电机11转轴轴向的距离，保障第一摆臂组件20和第二摆臂组件30与驱动组件10之间的稳定。

进一步地，请一并参照图1至图4，作为本实用新型提供的机械腿2的一种具体实施方式，第一支撑臂23位于第一传动臂22靠近第二传动臂32一侧，第二支撑臂33位于第二传动臂32靠近第一传动臂22一侧。这样使得第一支撑臂23和第二支撑臂33之间间隙较小，有利于提高第一传动臂22与第二传动臂32铰接处的支撑强度和刚性，进而有利于减小第一摆臂组件20和第二摆臂组件30的重量，减小第一电机21和第二电机31的负载。

具体地，第一支撑臂23和第二传动臂32位于同一平面，第二支撑臂33与第一传动臂22位于同一平面。即，第一支撑臂23位于第二支撑臂33靠近第二传动臂32一侧。这样一方面能够减小第一摆臂组件20和第二摆臂组件30占用的宽度；另一方面，能够避免第一支撑臂23与第二支撑臂33铰接位置发生形变，提高第一支撑臂23和第二支撑臂33的稳定性和强度。

具体地，第一传动臂22与第一支撑臂23之间、第一支撑臂23与第二支撑臂33之间及第二传动臂32与第二支撑臂33之间通过转轴转动连接。

进一步地，请一并参照图1至图6，作为本实用新型提供的机械腿2的一种具体实施方式，第二支撑臂33远离第二传动臂32的一端设有支撑部331，第一支撑臂23远离第一传动臂22的一端铰接于第二传动臂32邻近支撑部331的一侧。在第二支撑臂33的端部设置与地面(或支撑面)接触的支撑部331，支撑部331能够避免第一支撑臂23和第二支撑臂33的下端同时转动对机械腿2行走产生干扰。

具体地，支撑部331的下侧面呈圆弧形，且支撑部331的左右两侧凸出第一支撑臂23或第二支撑臂33侧面向外延伸。这样，能够增大与地面之间的接触面积，减小支撑部331与地面之间的冲击和磨损。

进一步地，请一并参照图1至图6，作为本实用新型提供的机械腿2的一种具体实施方式，第一传动臂22的长度小于第一支撑臂23的长度，第二传动臂32的长度小于第二支撑臂33的长度。在第一传动臂22和第二传动臂32摆动过程中，转矩较短，有利于减小第一电机21和第二电机31的负载。同时，由于第一传动臂22和第二传动臂32摆动的角度相同时，其长度越长导致其末端在竖直方向的位移越大，这就使得第一传动臂22和第二传动臂32分别短于第一支撑臂23和第二支撑臂33时，有助于提高第一电机21和第二电机31转动角度与支撑部331沿竖直方向的位移的比值，即有利于提高第一支撑臂23和第二支撑臂33运动的控制精度，进而有利于保障机械腿2的平稳。

更进一步地，第一传动臂22与第二传动臂32同轴摆动，且第一传动臂22和第二传动臂32长度相等，第一支撑臂23与第二支撑臂33的铰接位置和第一支撑臂23与第一传动臂22的铰接位置的距离等于第一支撑臂23与第二支撑臂33的铰接位置和第二支撑臂33与第二传动臂32的铰接位置的距离。在第一传动臂22和第二传动臂32相向转动时，能够使得第一传动臂22与第一支撑臂23的铰接位置和第二支撑臂33与第二支撑臂33的铰接位置的距离最小，这使得第一传动臂22、第一支撑臂23、第二传动臂32及第二支撑臂33能够同时沿第一电机21和第二电机31转轴的径向达到最大的伸长长度(及机械腿2达到最大伸长长度)，这时第一电机21和第二电机31的转矩最小。即，这样有利降低第一电机21和第二电机31分别驱动第一传动臂22和第二传动臂32转动的最小转矩，减小了机械腿2前后移动的最小负载。

进一步地，请一并参照图1至图6，作为本实用新型提供的机械腿2的一种具体实施方式，第一传动臂22、第一支撑臂23、第二传动臂32和第二支撑臂33上设有长形孔。由于第一摆臂组件20和第二摆臂组件30共同分担了机械腿2运动的负载，这使得第一传动臂22、第一支撑臂23、第二传动臂32和第二支撑臂33的受力相对较小；而设置长形孔能够进一步减轻第一传动臂22、第一支撑臂23、第二传动臂32和第二支撑臂33的质量，进而降低负载。

具体地，第一传动臂22、第一支撑臂23、第二传动臂32和第二支撑臂33上的长形孔沿其各自长度方向设置。这样既可以大量减小第一传动臂22、第一支撑臂23、第二传动臂32和第二支撑臂33的重量，也可减小长形孔对第一传动臂22、第一支撑臂23、第二传动臂32和第二支撑臂33强度的影响，保障第一传动臂22、第一支撑臂23、第二传动臂32和第二支撑臂33的刚性，提高机械腿2的响应速度。

请一并参阅图1至图6，下面对本实用新型提供的机器人进行说明。本实用新型还提供一种机器人，包括躯干主体1以及上述的机械腿2，驱动组件10固定于躯干主体1上。通过机械腿2实现机器人的运动，第一摆臂组件20和第二摆臂组件30用于使机器人前后运动，驱动组件10用于使机器人转向。第一摆臂组件20和第二摆臂组件30并排设置，降低了机械腿2的重量，降低了第一电机21和第二电机31的负载，提高了第一电机21和第二电机31下部结构的刚性，提高了机械腿2的响应速度。

进一步地，请一并参照图1至图4，作为本实用新型提供的机械腿2的一种具体实施方式，机器人躯干主体1连接有四个机械腿2，四个机械腿2分别连接在躯干主体1的四角上，排列成两行两列。各行中的两个机械腿2的驱动组件10并列设置，各行中的两个机械腿2呈镜像对称；各列的两个机械腿2的驱动组件10正对设置，且两个第一摆动组件20和两个第二摆动组件30分别安装在两个驱动组件10背对的两侧，各列中的两个机械腿2呈镜像对称。这样在机器人运动时，其各项运动具有较好的对称性，能够保障机器人沿各个方向都能较为平稳的运动。当机器人受到躯干主体1侧面的冲击后，侧向的作用力使得机器人向侧向加速，机器人重心向一侧移动。这时第三电机11控制机械腿2向侧面摆动，从而使得机器人整体向侧向移动，使机器人的重心重新回到机器人三条机械腿2投影的三角形区域内，即重心回复至受冲击的一侧，从而使机械腿2快速调整得以平衡。

进一步地，当机器人四个机械腿2竖直伸直且处于相同高度时，躯干主体1的重心位于四个机械腿2对角线交点上，这使得运动过程中，能够较为稳定和快速的调整重心位置，从而有利于机器人速度的控制。即，机器人重心容易快速切换至任意三条机械腿2连接成的三角区域内，使得机器人更加稳定，运动过程中响应速度更快。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机械腿，其特征在于：包括第一摆臂组件、第二摆臂组件以及用于驱动所述第一摆臂组件和所述第二摆臂组件左右摆动的驱动组件，所述第一摆臂组件与所述第二摆臂组件并排安装于所述驱动组件上；所述第一摆臂组件包括第一传动臂、第一支撑臂以及用于驱动所述第一传动臂前后摆动的第一电机，所述第一传动臂的一端与所述第一电机连接，所述第一传动臂的另一端与所述第一支撑臂的一端铰接；所述第二摆臂组件包括第二传动臂、第二支撑臂以及用于驱动所述第二传动臂前后摆动的第二电机，所述第二传动臂的一端与所述第二电机连接，所述第二传动臂的另一端与所述第二支撑臂的一端铰接；所述第一支撑臂的另一端与所述第二支撑臂的另一端铰接。

2.根据权利要求1所述的机械腿，其特征在于：所述第一电机和所述第二电机正对且间隔设置；所述第一传动臂和所述第二传动臂分别位于所述第一电机和所述第二电机之间，且所述第一传动臂的端部与所述第一电机的转轴固定连接，所述第二传动臂的端部与所述第二电机的转轴固定连接。

3.根据权利要求2所述的机械腿，其特征在于：所述第一电机与所述第二电机之间设有固定座，所述固定座的一端与所述第一电机的壳体固定，所述固定座的另一端与所述第二电机的壳体固定。

4.根据权利要求3所述的机械腿，其特征在于：所述驱动组件包括第三电机以及固定于所述第三电机之转轴上的安装座，所述第一电机和所述第二电机安装于所述安装座上。

5.根据权利要求4所述的机械腿，其特征在于：所述第一电机之壳体的一端与所述安装座固定连接，所述固定座固定于所述第一电机之壳体的另一端。

6.根据权利要求2所述的机械腿，其特征在于：所述第一支撑臂位于所述第一传动臂靠近所述第二传动臂一侧，所述第二支撑臂位于所述第二传动臂靠近所述第一传动臂一侧。

7.根据权利要求6所述的机械腿，其特征在于：所述第二支撑臂远离所述第二传动臂的一端设有支撑部，所述第一支撑臂远离所述第一传动臂的一端铰接于所述第二支撑臂邻近所述支撑部的位置。

8.根据权利要求1至7任一项所述的机械腿，其特征在于：所述第一传动臂的长度小于所述第一支撑臂的长度，所述第二传动臂的长度小于所述第二支撑臂的长度。

9.根据权利要求1至7任一项所述的机械腿，其特征在于：所述第一传动臂与所述第二传动臂同轴摆动，所述第一传动臂和所述第二传动臂长度相等，所述第一支撑臂与所述第二支撑臂的铰接位置和所述第一支撑臂与第一传动臂的铰接位置的距离等于所述第一支撑臂与所述第二支撑臂的铰接位置和所述第二支撑臂与第二传动臂的铰接位置的距离。

10.机器人，其特征在于：包括躯干主体以及如权利要求1至9任一项所述的机械腿，所述驱动组件固定于所述躯干主体上。

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