CN214215976U - 足式机器人用人腿结构 - Google Patents

Abstract

一种足式机器人用人腿结构，包括第一关节总成、第二关节总成和第三关节电机模组，第一关节总成的结构为：包括第一关节电机支架，第一关节电机支架的外部固定有第一关节电机模组，第一关节电机模组输出端安装有曲柄，所述曲柄的头部铰接有输出杆，输出杆的头部铰接小腿，小腿的底部安装足端组件；第二关节总成的结构为：包括第二关节电机支架，第二关节电机支架的内部安装有第二关节电机模组，第二关节电机模组的输出端安装有第二关节安装盘，第二关节安装盘通过紧固件与第一关节电机支架固定，第一关节电机支架的一头还安装有大腿，所述大腿与小腿铰接；第三关节电机模组的输出端与第二关节电机支架连接，工作可靠。

Description

足式机器人用人腿结构

技术领域

本发明涉及足式机器人技术领域，尤其是一种足式机器人用人腿结构。

背景技术

近年来，足式机器人的发展非常迅速，并涉及到军事、医疗服务、环境探测等众多领域。

仿生机器人拥有着更好的运动性能和环境适应性，在复杂多变的路况下能够稳定地进行运动，而其中，足式机器人的每条腿通常被当成独立的动力单元来设计，最终集成在一起实现机器人的功能。

受限与当今电池容量与体积的平衡问题，小型机器人例如足式机器人的续航问题一直得不到有效解决，所以目前对足式机器人的研究主要着眼于机械结构的优化，希望设计出在满足强度要求下尽量轻量化、稳定化和安全化的机器人腿。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的足式机器人用人腿结构，从而使其能满足强度要求的情况下，更加轻量化、稳定化和安全化。

本发明所采用的技术方案如下：

足式机器人用人腿结构，包括第一关节总成、第二关节总成和第三关节电机模组，

所述第一关节总成的结构为：包括第一关节电机支架，所述第一关节电机支架的外部固定有第一关节电机模组，第一关节电机模组输出端安装有曲柄，所述曲柄的头部铰接有输出杆，所述输出杆的头部铰接小腿，所述小腿的底部安装足端组件；

所述第二关节总成的结构为：包括第二关节电机支架，所述第二关节电机支架的内部安装有第二关节电机模组，所述第二关节电机模组的输出端安装有第二关节安装盘，所述第二关节安装盘通过紧固件与第一关节电机支架固定，

所述第一关节电机支架的一头还安装有大腿，所述大腿与小腿铰接；

所述第三关节电机模组的输出端与第二关节电机支架连接。

其进一步技术方案在于：

所述第二关节电机支架的结构成四方形结构，上下贯通，在第二关节电机支架的内部固定第二关节电机模组，在第二关节电机支架的前端开有大孔，大孔的外部间隔设置有多个小孔，所述第二关节电机支架的侧部开有电机安装孔，用于安装第三关节电机模组。

所述第一关节电机支架采用分体组装式结构，具体结构为：包括上下对应的上半环形架和下半环形架，所述上半环形架的底面一端设置有上半支脚，另一端设置有上半连接体，所述下半环形架的上表面一端设置有下半支脚和下半连接体，所述上半支脚和下半支脚互相扣接，所述上半连接体和下半连接体互相扣接，并在已经扣接的上半连接体和下半连接体的外端面安装连接块，所述连接块内插入大腿。

述大腿的结构为：包括大腿连杆和大腿转接件，所述大腿连杆一端与第一关节电机支架连接，所述大腿连杆的另一端安装大腿转接件。

所述大腿转接件呈“U”结构，并在大腿转接件的底部设置有连杆安装孔，连杆安装孔的一旁开有弹性槽，与弹性槽垂直方向设置有弹性开槽，所述弹性开槽的一旁设置有锁紧孔，所述大腿转接件的头部开有圆孔，圆孔的外部开有螺钉孔。

所述小腿的结构为：包括小腿连杆和小腿转接件，所述小腿连杆的顶部与安装小腿转接件，所述小腿转接件的顶部与输出杆铰接，所述小腿转接件的底部安装小腿连杆，所述小腿连杆的底部安装足端组件。

所述小腿转接件的结构为：包括转接件本体，所述转接件本体成“T”字型结构，所述转接件本体的底部开有小腿连杆安装孔，所述小腿连杆安装孔的一旁设置有连杆切割槽，与连杆切割槽垂直方向设置有连杆弹力槽，所述连杆弹力槽的一旁设置有紧固孔；所述转接件本体的两端设置有斜面，转接件本体的中部还设置有圆弧过渡面，所述转接件本体的头部为连杆头，连杆头上开有销轴孔。

所述足端组件的结构为：包括足端连接件和橡胶足，足端连接件成“L”型结构，所述足端连接件的底部安装橡胶足，所述足端连接件的顶部配合安装有连接体，所述连接体的内侧和足端连接件顶部内侧均设置有内凹结构。

第三关节电机模组固定于足式机器人的躯体上。

所述第一关节电机模组和所述第二关节电机模组并列放置，所述第三关节电机模组与所述第二关节电机模组垂直放置。

大腿和小腿均采用碳纤维管制作。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过各个关节总成之间的配合工作，可以方便的实现机械人腿的三个自由度的灵敏工作，操作方便，工作可靠性好，结构简化、维护方便。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明第二关节电机支架的结构示意图。

图3为本发明第一关节电机支架的结构示意图。

图4为本发明第一关节电机支架另一视角的结构示意图。

图5为本发明第一关节电机支架的爆炸图。

图6为本发明大腿转接件的结构示意图。

图7为本发明大腿转接件另一视角的结构示意图。

图8为本发明小腿转接件的结构示意图。

图9为本发明足端组件的结构示意图。

图10为本发明足端组件的爆炸图。

其中：1、第一关节总成；

11、第一关节电机模组；12、第一关节电机支架；13、曲柄；14、连接块；

2、第二关节总成；

21、第二关节电机模组；22、第二关节电机支架；23、第二关节安装盘；

3、第三关节电机模组；

4、输出杆；5、大腿；

51、大腿连杆；52、大腿转接件；

6、小腿；

61、小腿连杆；62、小腿转接件；

7、足端组件；

71、足端连接件；72、橡胶足；73、连接体；

2201、电机安装孔；2202、大孔；2203、小孔；

1201、上半环形架；1202、下半环形架；1203、上半连接体；1204、上半支脚；1205、下半连接体；1206、下半支脚；

5201、锁紧孔；5202、弹性开槽；5203、圆孔；5204、螺钉孔；5205、弹性槽；5206、连杆安装孔；

6201、连杆头；6202、销轴孔；6203、圆弧过渡；6204、转接件本体；6205、斜面；6206、小腿连杆安装孔；6207、连杆切割槽；6208、紧固孔；6209、连杆弹力槽。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1-图10所示，本实施例的三自由度机器人腿结构，包括第一关节总成1、第二关节总成2和第三关节电机模组3，

第一关节总成1的结构为：包括第一关节电机支架12，第一关节电机支架12的外部固定有第一关节电机模组11，第一关节电机模组11输出端安装有曲柄13，曲柄13的头部铰接有输出杆4，输出杆4的头部铰接小腿6，小腿6的底部安装足端组件7；

第二关节总成2的结构为：包括第二关节电机支架22，第二关节电机支架22的内部安装有第二关节电机模组21，第二关节电机模组21的输出端安装有第二关节安装盘23，第二关节安装盘23通过紧固件与第一关节电机支架12固定，

第一关节电机支架12的一头还安装有大腿5，大腿5与小腿6铰接；

第三关节电机模组3的输出端与第二关节电机支架22连接。

第二关节电机支架22的结构成四方形结构，上下贯通，在第二关节电机支架22的内部固定第二关节电机模组21，在第二关节电机支架22的前端开有大孔2202，大孔2202的外部间隔设置有多个小孔2203，第二关节电机支架22的侧部开有电机安装孔2201，用于安装第三关节电机模组3。

第一关节电机支架12采用分体组装式结构，具体结构为：包括上下对应的上半环形架1201和下半环形架1202，上半环形架1201的底面一端设置有上半支脚1204，另一端设置有上半连接体1203，下半环形架1202的上表面一端设置有下半支脚1206和下半连接体1205，上半支脚1204和下半支脚1206互相扣接，上半连接体1203和下半连接体1205互相扣接，并在已经扣接的上半连接体1203和下半连接体1205的外端面安装连接块14，连接块14内插入大腿5。

大腿5的结构为：包括大腿连杆51和大腿转接件52，大腿连杆51一端与第一关节电机支架12连接，大腿连杆51的另一端安装大腿转接件52。

大腿转接件52呈“U”结构，并在大腿转接件52的底部设置有连杆安装孔5206，连杆安装孔5206的一旁开有弹性槽5205，与弹性槽5205垂直方向设置有弹性开槽5202，弹性开槽5202的一旁设置有锁紧孔5201，大腿转接件52的头部开有圆孔5203，圆孔5203的外部开有螺钉孔5204。

小腿6的结构为：包括小腿连杆61和小腿转接件62，小腿连杆61的顶部与安装小腿转接件62，小腿转接件62的顶部与输出杆4铰接，小腿转接件62的底部安装小腿连杆61，小腿连杆61的底部安装足端组件7。

小腿转接件62的结构为：包括转接件本体6204，转接件本体6204成“T”字型结构，转接件本体6204的底部开有小腿连杆安装孔6206，小腿连杆安装孔6206的一旁设置有连杆切割槽6207，与连杆切割槽6207垂直方向设置有连杆弹力槽6209，连杆弹力槽6209的一旁设置有紧固孔6208；转接件本体6204的两端设置有斜面6205，转接件本体6204的中部还设置有圆弧过渡面6203，转接件本体6204的头部为连杆头6201，连杆头6201上开有销轴孔6202。

足端组件7的结构为：包括足端连接件71和橡胶足72，足端连接件71成“L”型结构，足端连接件71的底部安装橡胶足72，足端连接件71的顶部配合安装有连接体73，连接体73的内侧和足端连接件71顶部内侧均设置有内凹结构。

第三关节电机模组3固定于足式机器人的躯体上。

第一关节电机模组11和第二关节电机模组21并列放置，第三关节电机模组3与第二关节电机模组21垂直放置。

大腿5和小腿6均采用碳纤维管制作。

本发明的具体结构和功能如下：

主要包括第一关节总成1、第二关节总成2、第三关节电机模组3、输出杆4、大腿5、小腿6以及足端组件7。

第一关节总成1包括第一关节电机模组11、第一关节电机支架12、第一关节电机输出轴；

第二关节总成2包括第二关节电机模组21、第二关节电机支架22、第二关节电机输出轴；

大腿5包括大腿连杆51和大腿转接件52；小腿6包括小腿连杆61和小腿转接件62；足端组件7包括足端连接件71和橡胶足72。

第一关节总成1通过第一关节电机支架12与第二电机总成的第二关节电机输出轴连接；第二关节总成2通过第二关节电机支架22与第三关节电机模组3进行连接；第一关节总成1通过第一关节电机支架12与大腿5连接；大腿5通过大腿转接件52与小腿6连接；小腿6与足端通过足端连接件71连接。

第一关节电机模组11位于第一关节电机支架12外部，且通过螺栓进行连接。第一关节电机模组11与第一关节电机输出轴通过螺栓进行连接。

第二关节电机模组21位于第二关节电机支架22内部，且通过螺栓进行连接。第二关节电机模组21与第二关节电机输出轴通过螺栓进行连接。

第二关节电机支架22同时也是第三关节电机模组3的输出轴，与第三关节电机模组3通过螺栓连接，第三关节电机模组3通过第二关节电机支架22输出力矩驱动整条腿部进行内外翻转运动。

第一关节电机模组11和第二关节电机模组21并列放置，第三关节电机模组3与第二关节电机模组21垂直放置。第一关节电机输出轴通过输出连杆与小腿转接件62进行连接，实现对小腿6的控制，减小了小腿6的转动惯量。

大腿转接件52和小腿转接件62连接方式为铰接，且通过机械结构实施硬限位，从而在设计之时就增加了对机器人腿的保护，提升了安全性。

小腿转接件62与橡胶足72通过一根插销连接，连接结构简单从而便于拆装。橡胶足72采用氯丁橡胶材料制成，作为足端可以吸收很多振动的能量，起到被动柔顺的效果，利于四足机器人平稳行走。

本发明的工作原理如下：

第一关节电机模组11的动力控制小腿6前后运动，第二关节电机模组21控制大腿5的前后运动，第三关节电机模组3控制整个腿部完成内外翻转运动，其动作灵敏，显著的提升了机器人的运动性能，而且还简化了机器人的动力学建模和控制算法，降低了运动控制的难度。

大腿连杆51和小腿连杆61的结构设计，经过了优化，在能满足运动强度的前提下做到轻量化。

大腿转接件52和小腿转接件62连接方式为铰接，且通过机械结构实施硬限位，从而在设计之时就增加了对机器人腿的保护，提升了安全性。

橡胶足72采用氯丁橡胶材料制成，作为足端组件7可以吸收很多振动的能量，起到被动柔顺的效果，利于四足机器人平稳行走。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (10)

1.一种足式机器人用人腿结构，其特征在于：包括第一关节总成(1)、第二关节总成(2)和第三关节电机模组(3)，

所述第一关节总成(1)的结构为：包括第一关节电机支架(12)，所述第一关节电机支架(12)的外部固定有第一关节电机模组(11)，第一关节电机模组(11)输出端安装有曲柄(13)，所述曲柄(13)的头部铰接有输出杆(4)，所述输出杆(4)的头部铰接小腿(6)，所述小腿(6)的底部安装足端组件(7)；

所述第二关节总成(2)的结构为：包括第二关节电机支架(22)，所述第二关节电机支架(22)的内部安装有第二关节电机模组(21)，所述第二关节电机模组(21)的输出端安装有第二关节安装盘(23)，所述第二关节安装盘(23)通过紧固件与第一关节电机支架(12)固定，

所述第一关节电机支架(12)的一头还安装有大腿(5)，所述大腿(5)与小腿(6)铰接；

所述第三关节电机模组(3)的输出端与第二关节电机支架(22)连接，第三关节电机模组(3)固定于足式机器人的躯体上。

2.如权利要求1所述的足式机器人用人腿结构，其特征在于：所述第二关节电机支架(22)的结构成四方形结构，上下贯通，在第二关节电机支架(22)的内部固定第二关节电机模组(21)，在第二关节电机支架(22)的前端开有大孔(2202)，大孔(2202)的外部间隔设置有多个小孔(2203)，所述第二关节电机支架(22)的侧部开有电机安装孔(2201)，用于安装第三关节电机模组(3)。

3.如权利要求1所述的足式机器人用人腿结构，其特征在于：所述第一关节电机支架(12)采用分体组装式结构，具体结构为：包括上下对应的上半环形架(1201)和下半环形架(1202)，所述上半环形架(1201)的底面一端设置有上半支脚(1204)，另一端设置有上半连接体(1203)，所述下半环形架(1202)的上表面一端设置有下半支脚(1206)和下半连接体(1205)，所述上半支脚(1204)和下半支脚(1206)互相扣接，所述上半连接体(1203)和下半连接体(1205)互相扣接，并在已经扣接的上半连接体(1203)和下半连接体(1205)的外端面安装连接块(14)，所述连接块(14)内插入大腿(5)。

4.如权利要求1所述的足式机器人用人腿结构，其特征在于：所述大腿(5)的结构为：包括大腿连杆(51)和大腿转接件(52)，所述大腿连杆(51)一端与第一关节电机支架(12)连接，所述大腿连杆(51)的另一端安装大腿转接件(52)。

5.如权利要求4所述的足式机器人用人腿结构，其特征在于：所述大腿转接件(52)呈“U”结构，并在大腿转接件(52)的底部设置有连杆安装孔(5206)，连杆安装孔(5206)的一旁开有弹性槽(5205)，与弹性槽(5205)垂直方向设置有弹性开槽(5202)，所述弹性开槽(5202)的一旁设置有锁紧孔(5201)，所述大腿转接件(52)的头部开有圆孔(5203)，圆孔(5203)的外部开有螺钉孔(5204)。

6.如权利要求1所述的足式机器人用人腿结构，其特征在于：所述小腿(6)的结构为：包括小腿连杆(61)和小腿转接件(62)，所述小腿连杆(61)的顶部与安装小腿转接件(62)，所述小腿转接件(62)的顶部与输出杆(4)铰接，所述小腿转接件(62)的底部安装小腿连杆(61)，所述小腿连杆(61)的底部安装足端组件(7)。

7.如权利要求6所述的足式机器人用人腿结构，其特征在于：所述小腿转接件(62)的结构为：包括转接件本体(6204)，所述转接件本体(6204)成“T”字型结构，所述转接件本体(6204)的底部开有小腿连杆安装孔(6206)，所述小腿连杆安装孔(6206)的一旁设置有连杆切割槽(6207)，与连杆切割槽(6207)垂直方向设置有连杆弹力槽(6209)，所述连杆弹力槽(6209)的一旁设置有紧固孔(6208)；所述转接件本体(6204)的两端设置有斜面(6205)，转接件本体(6204)的中部还设置有圆弧过渡面(6203)，所述转接件本体(6204)的头部为连杆头(6201)，连杆头(6201)上开有销轴孔(6202)。

8.如权利要求1所述的足式机器人用人腿结构，其特征在于：所述足端组件(7)的结构为：包括足端连接件(71)和橡胶足(72)，足端连接件(71)成“L”型结构，所述足端连接件(71)的底部安装橡胶足(72)，所述足端连接件(71)的顶部配合安装有连接体(73)，所述连接体(73)的内侧和足端连接件(71)顶部内侧均设置有内凹结构。

9.如权利要求1所述的足式机器人用人腿结构，其特征在于：所述第一关节电机模组(11)和所述第二关节电机模组(21)并列放置，所述第三关节电机模组(3)与所述第二关节电机模组(21)垂直放置。

10.如权利要求1所述的足式机器人用人腿结构，其特征在于：大腿(5)和小腿(6)均采用碳纤维管制作。

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