CN211032808U - 一种多自由度双足机器人平台装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用在机器人技术的多自由度双足机器人平台装置，其包括机身及连接于机身上的下肢机构；下肢机构包括由上至下依次连接的髋关节模块、膝关节模块和踝关节模块；髋关节模块包括髋关节支架和髋关节驱动电机；膝关节模块包括与髋关节支架连接的连接架、膝关节支架和膝关节驱动电机；膝关节驱动电机的本体与膝关节支架连接，膝关节驱动电机的输出端与连接架连接。即本申请给出了多自由度双足机器人平台装置的构造，能够满足生活的大多数场景，面对阶梯地形也能轻松跨越，同时单腿只具有4个自由度，简化双足机器人的控制算法和步态规划，减少占用资源和重量，动作将更加灵活和稳定，将更加适用于商业服务领域。

Description

一种多自由度双足机器人平台装置

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，具体而言，一种多自由度双足机器人平台装置。

背景技术

为适应不同的工作环境，地面行走机器人的运动方式分为轮式、足式、履带式以及复合式等。对于具有落差高度等复杂地形环境下，足式机器人具有很大的优势。典型的或者常见的现有技术有：

如CN101229826B公开了一种双足机器人的下肢机构，本发明实现髋和膝关节前摆自由度的两个电机均设计位于膝关节处，从而优化了腿部机构的质量分布，并降低了3自由度髋关节的设计难度。利用平行四连杆机构实现机器人大小腿的机构设计，从而保证机器人在行走过程中两只脚底面始终与地面保持平行，有效降低了电机输出轴的回转间隙对机器人行走稳定性所造成的影响。另一种经典的如CN103010330A，公开了一种双足步行机器人，本发明包括机器人腰部与机器人腿部。机器人腰部与机器人腿部连接，且机器人腰部存放有控制单元与电源，腿部通过伺服电机进行驱动，驱动机器人移动。该双足步行机器人的每条腿具有自由度髋关节、自由度膝关节、自由度踝关节。可以在斜坡，阶梯等复杂路况下实现行走、攀爬、转弯等多种驱动前进方式。

综上所述，经过申请人的海量检索可知，足式机器人作为机器人的一员，具有优秀的动态性能，它可以很好适应平地或者复杂路面等环境。适当增加足式机器人的足数及关节自由度，可以提升其跨越障碍、高度落差等能力。但是，足数及关节自由度的增多会给足式机器人的控制和步态规划带来更多的困难，同时会增加足式机器人的体积、重量。因此，需要开发或者需要改进一种多自由度双足机器人平台装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种多自由度双足机器人平台装置以解决所述问题。

为实现上述目的，本实用新型所提供的一种多自由度双足机器人平台装置，其包括机身及连接于所述机身上的下肢机构；所述下肢机构包括由上至下依次连接的髋关节模块、膝关节模块和踝关节模块；所述髋关节模块包括髋关节支架和用于驱动所述髋关节支架绕Y轴转动的髋关节驱动电机；所述膝关节模块包括与所述髋关节支架连接的连接架、膝关节支架和驱动所述膝关节支架绕X轴转动的膝关节驱动电机；所述膝关节驱动电机的本体与所述膝关节支架连接，所述膝关节驱动电机的输出端与所述连接架连接；所述踝关节模块包括踝关节组件和驱动所述踝关节组件绕X轴转动的踝关节驱动电机；所述踝关节驱动电机的本体与所述膝关节支架连接，所述踝关节驱动电机的输出端与所述踝关节组件连接。

优选的是，所述踝关节组件包括第一踝关节支架、第二踝关节支架、脚掌块和用于控制所述脚掌块绕Y轴转动的脚掌驱动电机。

优选的是，所述第一踝关节支架与所述踝关节驱动电机的输出端连接；所述第二踝关节支架与所述第一踝关节支架连接；所述脚掌驱动电机的本体与所述脚掌块连接，所述脚掌驱动电机的输出端与所述第二踝关节支架连接。

优选的是，所述机身的底部设有下肢固定架；所述髋关节驱动电机的本体安设于所述下肢固定架上，所述髋关节驱动电机的输出端伸出于所述下肢固定架外。

优选的是，下肢机构包括左下肢组件和右下肢组件；所述左下肢组件和所述右下肢组件呈对称布置；所述髋关节模块、膝关节模块和踝关节模块由上至下依次连接形成所述左下肢组件。

优选的是，所述髋关节支架、连接架、第一踝关节支架和第二踝关节支架的外轮廓均为U型，且U型底部设有连接孔，U型的两端上对称设有安装孔；所述安装孔内插接有双轴杆；且每个所述双轴杆分别与所述髋关节驱动电机的输出端、膝关节驱动电机的输出端、踝关节驱动电机的输出端和脚掌驱动电机的输出端传动连接。

优选的是，所述膝关节支架包括上膝部和下膝部；所述上膝部的一端与和所述下膝部连接，另一端与所述膝关节驱动电机的本体连接；所述下膝部远离所述上膝部的一端与所述踝关节驱动电机的本体连接。

优选的是，所述上膝部的外轮廓和下膝部的外轮廓均为U型，且两者的两端部上均设有固定孔，并通过螺栓分别与所述膝关节驱动电机的本体和所述踝关节驱动电机的本体的连接。

上述技术方案所提供的一种多自由度双足机器人平台装置，与现有技术相比，其有益效果包括：

1.本实用新型具有优秀的动态性能，它可以很好适应平地或者复杂路面等环境。适当增加足式机器人的足数及关节自由度，可以提升其跨越障碍、高度落差等能力。

2.本实用新型采用单腿四个自由度的双足机器人驱动方式，减少占用的空间资源，降低关节数目的同时也能保证双足机器人跨越具有落差高度地形的特点

3.本实用新型的多自由度移动机器人平台装置能够满足生活的大多数场景，面对阶梯地形也能轻松跨越，比轮式和履带类机器人有着跨越具有一定高度落差的优势，同时单腿只具有4个自由度，简化双足机器人的控制算法和步态规划，减少占用资源和重量，动作将更加灵活和稳定，将更加适用于商业服务领域。

附图说明

从以下结合附图的描述可以进一步理解本实用新型。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。

图1是本实用新型实施例1～2中一种多自由度双足机器人平台装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例1～2中一种多自由度双足机器人平台装置的侧视结构示意图；

图3是本实用新型实施例1～2中一种多自由度双足机器人平台装置的主视结构示意图。

附图标记说明：1-机身；2-髋关节模块；21-髋关节支架；22-髋关节驱动电机；3-膝关节模块；31-连接架；32-膝关节支架；33-膝关节驱动电机；4-踝关节模块；41-述踝关节组件；411-第一踝关节支架；412-第二踝关节支架；413-脚掌块；414-脚掌驱动电机；42-踝关节驱动电机；5-下肢固定架；6-连接孔；7-安装孔；8-固定孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行进一步说明。

为了使得本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本实用新型进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后，本实施例的其它系统、方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的系统、方法、特征和优点都包括在本说明书内、包括在本实用新型的范围内，并且受所附权利要求书的保护。在以下详细描述描述了所公开的实施例的另外的特征，并且这些特征根据以下将详细描述将是显而易见的。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”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组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，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的具体含义。

实施例一：

如图1～3所示的一种多自由度双足机器人平台装置，其包括机身1及连接于所述机身1上的下肢机构；所述下肢机构包括由上至下依次连接的髋关节模块2、膝关节模块3和踝关节模块4；所述髋关节模块2包括髋关节支架21和用于驱动所述髋关节支架21绕Y轴转动的髋关节驱动电机22；所述膝关节模块3包括与所述髋关节支架21连接的连接架31、膝关节支架32和驱动所述膝关节支架32绕X轴转动的膝关节驱动电机33；所述膝关节驱动电机33的本体与所述膝关节支架32连接，所述膝关节驱动电机 33的输出端与所述连接架31连接；所述踝关节模块4包括踝关节组件41 和驱动所述踝关节组件41绕X轴转动的踝关节驱动电机42；所述踝关节驱动电机的本体42与所述膝关节支架32连接，所述踝关节驱动电机42的输出端与所述踝关节组件41连接。

其中，所述踝关节组件41包括第一踝关节支架411、第二踝关节支架 412、脚掌块413和用于控制所述脚掌块413绕Y轴转动的脚掌驱动电机 414；所述第一踝关节支架411与所述踝关节驱动电机42的输出端连接；所述第二踝关节支架412与所述第一踝关节支架411连接；所述脚掌驱动电机414的本体与所述脚掌块413连接，所述脚掌驱动电机414的输出端与所述第二踝关节支架412连接。

本实施例1中，所述机身1的底部设有下肢固定架5；所述髋关节驱动电机22的本体安设于所述下肢固定架5上，所述髋关节驱动电机22的输出端伸出于所述下肢固定架5外；下肢机构包括左下肢组件和右下肢组件；所述左下肢组件和所述右下肢组件呈对称布置；所述髋关节模块2、膝关节模块3和踝关节模块4由上至下依次连接形成所述左下肢组件。

为了使机器人拆装方便，且便于检修，同时满足结构简单，本身实施例1中的所述髋关节支架21、连接架31、第一踝关节支架411和第二踝关节支架412的外轮廓均为U型，且U型底部设有连接孔6，U型的两端上对称设有安装孔7；所述安装孔7内插接有双轴杆；且每个所述双轴杆分别与所述髋关节驱动电机22的输出端、膝关节驱动电机33的输出端、踝关节驱动电机42的输出端和脚掌驱动电机414的输出端传动连接。

其中，为了保证本双足机器人平台装置的稳定性，本实施例1中的所述膝关节支架32包括上膝部和下膝部；所述上膝部的一端与和所述下膝部连接，另一端与所述膝关节驱动电机33的本体连接；所述下膝部远离所述上膝部的一端与所述踝关节驱动电机42的本体连接；所述上膝部的外轮廓和下膝部的外轮廓均为U型，且两者的两端部上均设有固定孔8，并通过螺栓分别与所述膝关节驱动电机33的本体和所述踝关节驱动电机42的本体的连接。

实施例二：

如图1～3所示的一种多自由度双足机器人平台装置，其包括机身1及连接于所述机身1上的下肢机构；所述下肢机构包括由上至下依次连接的髋关节模块2、膝关节模块3和踝关节模块4；所述髋关节模块2包括髋关节支架21和用于驱动所述髋关节支架21绕Y轴转动的髋关节驱动电机22；所述膝关节模块3包括与所述髋关节支架21连接的连接架31、膝关节支架32和驱动所述膝关节支架32绕X轴转动的膝关节驱动电机33；所述膝关节驱动电机33的本体与所述膝关节支架32连接，所述膝关节驱动电机 33的输出端与所述连接架31连接；所述踝关节模块4包括踝关节组件41 和驱动所述踝关节组件41绕X轴转动的踝关节驱动电机42；所述踝关节驱动电机的本体42与所述膝关节支架32连接，所述踝关节驱动电机42的输出端与所述踝关节组件41连接。

其中，所述踝关节组件41包括第一踝关节支架411、第二踝关节支架 412、脚掌块413和用于控制所述脚掌块413绕Y轴转动的脚掌驱动电机 414；所述第一踝关节支架411与所述踝关节驱动电机42的输出端连接；所述第二踝关节支架412与所述第一踝关节支架411连接；所述脚掌驱动电机414的本体与所述脚掌块413连接，所述脚掌驱动电机414的输出端与所述第二踝关节支架412连接。

本实施例2中，所述机身1的底部设有下肢固定架5；所述髋关节驱动电机22的本体安设于所述下肢固定架5上，所述髋关节驱动电机22的输出端伸出于所述下肢固定架5外；下肢机构包括左下肢组件和右下肢组件；所述左下肢组件和所述右下肢组件呈对称布置；所述髋关节模块2、膝关节模块3和踝关节模块4由上至下依次连接形成所述左下肢组件。

为了使机器人拆装方便，且便于检修，同时满足结构简单，本身实施例1中的所述髋关节支架21、连接架31、第一踝关节支架411和第二踝关节支架412的外轮廓均为U型，且U型底部设有连接孔6，U型的两端上对称设有安装孔7；所述安装孔7内插接有双轴杆；且每个所述双轴杆分别与所述髋关节驱动电机22的输出端、膝关节驱动电机33的输出端、踝关节驱动电机42的输出端和脚掌驱动电机414的输出端传动连接。

其中，为了保证本双足机器人平台装置的稳定性，本实施例2中的所述膝关节支架32包括上膝部和下膝部；所述上膝部的一端与和所述下膝部连接，另一端与所述膝关节驱动电机33的本体连接；所述下膝部远离所述上膝部的一端与所述踝关节驱动电机42的本体连接；所述上膝部的外轮廓和下膝部的外轮廓均为U型，且两者的两端部上均设有固定孔8，并通过螺栓分别与所述膝关节驱动电机33的本体和所述踝关节驱动电机42的本体的连接。

本实施例2中，髋关节驱动电机22、膝关节驱动电机33、踝关节驱动电机42和脚掌驱动电机414均采用舵机，双足式移动机器人有多个关节，考虑到本机器人平台装置为小型机器人，需要关节电机的体积小、控制精度高便于达到预定的位姿、输出稳定可靠、便于控制，通过查询、比较和筛选不同款式的数字舵机，关节驱动电机选用LDX-218移动机器人专用的数字舵机，转动角度有180°，堵转转矩：15kg.cm 6.6V；17kg.cm 7.4V。

虽然上面已经参考各种实施例描述了本实用新型，但是应当理解，在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。也就是说上面讨论的方法，系统和设备是示例。各种配置可以适当地省略，替换或添加各种过程或组件。例如，在替代配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行方法，和/或可以添加，省略和/或组合各种部件。而且，关于某些配置描述的特征可以以各种其他配置组合，如可以以类似的方式组合配置的不同方面和元素。此外，随着技术发展其中的元素可以更新，即许多元素是示例，并不限制本公开或权利要求的范围。

在说明书中给出了具体细节以提供对包括实现的示例性配置的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践配置例如，已经示出了众所周知的电路，过程，算法，结构和技术而没有不必要的细节，以避免模糊配置。该描述仅提供示例配置，并且不限制权利要求的范围，适用性或配置。相反，前面对配置的描述将为本领域技术人员提供用于实现所描述的技术的使能描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。

综上，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以下权利要求(包括所有等同物)旨在限定本实用新型的精神和范围。以上这些实施例应理解为仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的保护范围。在阅读了本实用新型的记载的内容之后，技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本实用新型权利要求所限定的范围。

Claims (8)

1.一种多自由度双足机器人平台装置，其特征在于，其包括机身及连接于所述机身上的下肢机构；所述下肢机构包括由上至下依次连接的髋关节模块、膝关节模块和踝关节模块；所述髋关节模块包括髋关节支架和用于驱动所述髋关节支架绕Y轴转动的髋关节驱动电机；所述膝关节模块包括与所述髋关节支架连接的连接架、膝关节支架和驱动所述膝关节支架绕X轴转动的膝关节驱动电机；所述膝关节驱动电机的本体与所述膝关节支架连接，所述膝关节驱动电机的输出端与所述连接架连接；所述踝关节模块包括踝关节组件和驱动所述踝关节组件绕X轴转动的踝关节驱动电机；所述踝关节驱动电机的本体与所述膝关节支架连接，所述踝关节驱动电机的输出端与所述踝关节组件连接。

2.根据权利要求1所述的多自由度双足机器人平台装置，其特征在于，所述踝关节组件包括第一踝关节支架、第二踝关节支架、脚掌块和用于控制所述脚掌块绕Y轴转动的脚掌驱动电机。

3.根据权利要求2所述的多自由度双足机器人平台装置，其特征在于，所述第一踝关节支架与所述踝关节驱动电机的输出端连接；所述第二踝关节支架与所述第一踝关节支架连接；所述脚掌驱动电机的本体与所述脚掌块连接，所述脚掌驱动电机的输出端与所述第二踝关节支架连接。

4.根据权利要求1所述的多自由度双足机器人平台装置，其特征在于，所述机身的底部设有下肢固定架；所述髋关节驱动电机的本体安设于所述下肢固定架上，所述髋关节驱动电机的输出端伸出于所述下肢固定架外。

5.根据权利要求1所述的多自由度双足机器人平台装置，其特征在于，下肢机构包括左下肢组件和右下肢组件；所述左下肢组件和所述右下肢组件呈对称布置；所述髋关节模块、膝关节模块和踝关节模块由上至下依次连接形成所述左下肢组件。

6.根据权利要求3所述的多自由度双足机器人平台装置，其特征在于，所述髋关节支架、连接架、第一踝关节支架和第二踝关节支架的外轮廓均为U型，且U型底部设有连接孔，U型的两端上对称设有安装孔；所述安装孔内插接有双轴杆；且每个所述双轴杆分别与所述髋关节驱动电机的输出端、膝关节驱动电机的输出端、踝关节驱动电机的输出端和脚掌驱动电机的输出端传动连接。

7.根据权利要求1所述的多自由度双足机器人平台装置，其特征在于，所述膝关节支架包括上膝部和下膝部；所述上膝部的一端与和所述下膝部连接，另一端与所述膝关节驱动电机的本体连接；所述下膝部远离所述上膝部的一端与所述踝关节驱动电机的本体连接。

8.根据权利要求7所述的多自由度双足机器人平台装置，其特征在于，所述上膝部的外轮廓和下膝部的外轮廓均为U型，且两者的两端部上均设有固定孔，并通过螺栓分别与所述膝关节驱动电机的本体和所述踝关节驱动电机的本体的连接。

Images