CN211844681U - 一种机器人腿部动力系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种机器人腿部动力系统，包括机身和第一腿模块、第二腿模块、第三腿模块和第四腿模块，所述第一腿模块、第二腿模块、第三腿模块和第四腿模块彼此相互独立，所述四个腿模块分别对称分布在所述机身的四周，每一个腿模块与机身通过旋转副连接固定；所述机身包括腹部、前部和后部；所述前部和后部前后对称分布，所述前部和后部通过打印件管夹与腹部固定连接。本实用新型实现模块化的前后部设计，提高人机工程性，方便维护与拆卸，降低了成本和复杂度，可广泛应用于智能设备技术领域。
Description
技术领域
本实用新型涉及智能设备技术领域，尤其是一种机器人腿部动力系统。
背景技术
足式机器人在非结构地形上具有比轮式和履带式机器人更强的适应能力和更高的机动性能。其中，四足机器人具有运动稳定和负载能力强等优点，在背负一定负载的同时能够快速、稳定地通过崎岖自然地形，目前的足式机器人一般采用串联式的腿部结构，这种串联式的腿部结构对电机扭矩、耗电以及散热的要求较高，提高了足式机器人的制作成本和制作复杂度。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型实施例提供一种制作成本低且制作复杂度低的机器人腿部动力系统。
本实用新型实施例提供了一种机器人腿部动力系统，包括机身和第一腿模块、第二腿模块、第三腿模块和第四腿模块，所述第一腿模块、第二腿模块、第三腿模块和第四腿模块彼此相互独立，所述四个腿模块分别对称分布在所述机身的四周，每一个腿模块与机身通过旋转副连接固定；所述机身包括腹部、前部和后部；其中，所述前部和后部前后对称分布，所述前部和后部通过打印件管夹与腹部固定连接。
进一步，所述第一腿模块、第二腿模块、第三腿模块和第四腿模的主腿和副腿为筝型结构。
进一步，所述主腿包括主腿电机、主腿主动轮、主腿从动轮、主腿转轴、主腿连接铝加工件、主腿大腿连杆、主腿关节连接铝加工件、主腿小腿连杆和脚趾；
其中，所述主腿主动轮和主腿从动轮依靠同步带连接。
进一步，所述副腿包括副腿电机、副腿主动轮、副腿从动轮、副腿转轴、副腿连接铝加工件、副腿大腿连杆和副腿小腿连杆；
其中，所述副腿转轴藏于主腿转轴内，相互间套用深沟球轴承连接。
进一步，所述主腿电机和副腿电机上均设有霍尔编码器和温度传感器。
进一步，所述主腿电机和副腿电机上均设有无刷电调。
进一步，还包括CAN总线和STM32主控模块。
进一步，还包括WIFI模块、USB模块、HDMI模块、摄像头、显示屏、雷达、3轴陀螺仪、3轴加速度计。
上述本实用新型实施例中的一个技术方案具有如下优点：本实用新型的第一腿模块、第二腿模块、第三腿模块和第四腿模块彼此相互独立，所述四个腿模块分别对称分布在所述机身的四周，每一个腿模块与机身通过旋转副连接固定；所述机身包括腹部、前部和后部；其中，所述前部和后部前后对称分布，所述前部和后部通过打印件管夹与腹部固定连接；本实用新型实现模块化的前后部设计，提高人机工程性，方便维护与拆卸，降低了成本和复杂度。
附图说明
图1为本实用新型的一种机器人腿部动力系统的整体结构图；
图2为本实用新型的主机身的结构示意图；
图3为本实用新型的单腿的结构示意图；
图4为本实用新型的传动结构的主腿拆解示意图；
图5为本实用新型的传动结构的副腿拆解示意图；
图6为本实用新型的硬件电路与通信流程示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步解释和说明。
如图1所示，本实用新型涉及一种主从并联结构四足式准直驱型的机器人的腿部动力系统结构，包括机身1和第一腿模块2、第二腿模块3、第三腿模块4、第四腿模块5四个独立的腿模块，四个独立的腿模块左右前后对称分布在机身的两侧，每一个腿模块与机身通过旋转副连接固定。
其中，机身分为三部分，如图2所示，包括腹部1.2、前部1.1、后部1.3。其中，前部1.1和后部1.3前后对称分布，通过打印件管夹与腹部1.2固定连接，实现模块化的前后部设计，提高人机工程性，方便维护与拆卸。管板式相互结合的设计在重量保持一定的情况下，提高前后机身的刚度以及优化外观的美感。
腿模块主副腿为筝型结构，本申请实施例以第二腿模块举例说明，如图3所示，同步带传动比为1：1.2。其中，腿部动力系统结构包括主腿电机2.1.1，副腿电机2.2.1、主腿大腿连杆2.1.6、副腿大腿连杆2.2.6、主腿小腿连杆2.1.8和副腿小腿连杆2.2.7。
与传统的筝型腿结构相比，本申请的区别在于，在筝型结构的基础上，区分了主腿和副腿的概念。好处是，在设计副腿结构时，在保证主腿各向受力稳定的前提下，副腿结构可以减小弯曲许可强度的要求，这可以大大简化副腿的关节转轴处的设计，使副腿主要行使控制腿部活动的作用，而不主要承担各向力的作用。
另外，如图4所示，在主腿腿部动力系统结构中，包括主腿电机2.1.1、主腿主动轮2.1.2、主腿从动轮2.1.3，主腿转轴2.1.4，主腿连接铝加工件2.1.5、主腿大腿连杆2.1.6、主腿关节连接铝加工件2.1.7、主腿小腿连杆2.1.8、脚趾2.1.9。其中，主腿主动轮2.1.2和主腿从动轮2.1.3依靠同步带连接，大小同步轮中心做了阵列镂空减重，预留未镂空部分作为双顶丝固定的螺纹孔位置。主腿连接铝加工件2.1.5采用分层错位设计的思想，将上部抱轴处与下部固定连接主腿大腿连杆2.1.6处在左右侧方向错开，留出整腿与机身前后部1.1和1.3之间的足够间距，使整腿结构可绕主腿转轴2.1.4整周运动，以便实现更多机器人的位姿步态与危机情况下的更多自救行为。同时防止腿部使用材料在受到过大冲撞时，形成的微小材料侧向形变而引起的与机身前后部1.1和1.3的不必要干涉。
还要说明的是，本申请在主腿大腿连杆2.1.6和主腿小腿连杆2.1.8的设计上，为了连接方便以及防止干涉的考虑下，主腿大腿连杆2.1.6选用了较厚的碳板，而主腿小腿连杆2.1.8采用了碳管设计。原因是在前期版本的测试中发现，碳板其抵抗弯矩的能力远远不及碳管，故在较短的主腿大腿连杆2.1.6材料选取上选择了较厚的碳板，而较长的主腿小腿连杆2.1.8选用了直径适中的碳管。目的是为了保证最大程度上保证主腿的整体结构更加稳定，使各向力加载时主腿腿部结构的刚度能维持整腿结构不发生形变或侧向偏倚。
参照图5，本申请实施例的副腿腿部动力系统结构中，包括副腿电机2.2.1、副腿主动轮2.2.2、副腿从动轮2.2.3，副腿转轴2.2.4，副腿连接铝加工件2.2.5、副腿大腿连杆2.2.6、副腿小腿连杆2.2.7。其中，副腿主动轮2.2.2和副腿从动轮2.2.3采用了和主腿主从动轮相同的设计。副腿转轴2.2.4藏于主腿转轴2.1.4内，相互间套用深沟球轴承连接，使得主腿转轴2.1.4和副腿转轴2.2.4能够同心，使得传动机构的结构更加紧凑，空间分布小，空间利用率最大化，机身的整体大小能近一步缩小。副腿大腿连杆2.2.6大小厚度与主腿相似，主要是受了副腿关节处轴承连接的影响，在前期测试过程中发现，较小的深沟球轴承不能较好的承受机器人运动中，腿关节处所产生的轴承轴向力，故综合受力及外观考虑下设计了如图副腿大腿连杆2.2.6。在主副腿的概念指导下，在保证主腿各向受力稳定的前提下，副腿小腿连杆2.2.7的杆件为较细的板件，目的是减轻重量及减小装配的困难度。
参照图6，本申请的动力与运动控制系统中CAN1总线上有四个无刷电调，CAN2总线上的四个无刷电调与八个电机一一对应，构成八个自由关节驱动单元，各无刷电调接收运动控制模块的决策输出电流实现对相应电机的运动控制；所用的八个3508电机都是直流无刷减速电机；所用的每个电机带有霍尔编码器和温度传感器，方便对电机位置以及温度准确把握；
另外，如图6所示，本申请的运动控制系统采用多层次架构；其中包括8个3508电机以及与之对应的8个C620电调，C620电调在电机温度较低时，允许电机短暂超额运动，使电机瞬时获得较大电流而输出瞬间较大力矩，从而使四足机器人获得间歇性爆发的能力(如跳跃，奔跑等)；还有STM32主控，上层工控，3轴陀螺仪，3轴加速度计，遥控通信设备，和可选扩展设备；其中STM32主控具有高性能DSP处理器和高主频；采用STM32主控的多组高速通信总线(USART,CAN,SPI等)实现与上述无刷电调，工控，陀螺仪等扩展模块实时通讯；所用的陀螺仪安装在机器人正前方中心处；陀螺仪用于测量反馈四足机器人的3个正交轴向的角速度，加速度数据；数据记录部分用于记录机器人实时运行的各种参数及异常；遥控通讯设备用于将运动控制指令发送到STM32主控；上层工控用于给四足机器人提供上层运动决策能力，如用雷达的数据对机器人周围环境进行建模，进而实现路径规划，避障等运动控制逻辑，然后将运算结果发送给STM32执行下层控制。
以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型并不限于所述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (8)
1.一种机器人腿部动力系统，其特征在于：包括机身和第一腿模块、第二腿模块、第三腿模块和第四腿模块，所述第一腿模块、第二腿模块、第三腿模块和第四腿模块彼此相互独立，所述四个腿模块分别对称分布在所述机身的四周，每一个腿模块与机身通过旋转副连接固定；所述机身包括腹部、前部和后部；其中，所述前部和后部前后对称分布，所述前部和后部通过打印件管夹与腹部固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种机器人腿部动力系统，其特征在于：所述第一腿模块、第二腿模块、第三腿模块和第四腿模的主腿和副腿为筝型结构。
3.根据权利要求2所述的一种机器人腿部动力系统，其特征在于：所述主腿包括主腿电机、主腿主动轮、主腿从动轮、主腿转轴、主腿连接铝加工件、主腿大腿连杆、主腿关节连接铝加工件、主腿小腿连杆和脚趾；
其中，所述主腿主动轮和主腿从动轮依靠同步带连接。
4.根据权利要求3所述的一种机器人腿部动力系统，其特征在于：所述副腿包括副腿电机、副腿主动轮、副腿从动轮、副腿转轴、副腿连接铝加工件、副腿大腿连杆和副腿小腿连杆；
其中，所述副腿转轴藏于主腿转轴内，相互间套用深沟球轴承连接。
5.根据权利要求4所述的一种机器人腿部动力系统，其特征在于：所述主腿电机和副腿电机上均设有霍尔编码器和温度传感器。
6.根据权利要求5所述的一种机器人腿部动力系统，其特征在于：所述主腿电机和副腿电机上均设有无刷电调。
7.根据权利要求1所述的一种机器人腿部动力系统，其特征在于：还包括CAN总线和STM32主控模块。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种机器人腿部动力系统，其特征在于：还包括WIFI模块、USB模块、HDMI模块、摄像头、显示屏、雷达、3轴陀螺仪、3轴加速度计。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202020215652.8U CN211844681U (zh) | 2020-02-26 | 2020-02-26 | 一种机器人腿部动力系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202020215652.8U CN211844681U (zh) | 2020-02-26 | 2020-02-26 | 一种机器人腿部动力系统 |
Publications (1)
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| CN211844681U true CN211844681U (zh) | 2020-11-03 |
Family
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Family Applications (1)
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| CN202020215652.8U Active CN211844681U (zh) | 2020-02-26 | 2020-02-26 | 一种机器人腿部动力系统 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN211844681U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113212589A (zh) * | 2021-06-09 | 2021-08-06 | 大连海事大学 | 一种轮足式机器人腿部结构 |
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2020
- 2020-02-26 CN CN202020215652.8U patent/CN211844681U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN113212589A (zh) * | 2021-06-09 | 2021-08-06 | 大连海事大学 | 一种轮足式机器人腿部结构 |
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