CN215043244U - 一种双足行走机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双足行走机器人，包括提供动力的动力组件，在所述的动力组件的左右两侧上分别设有凸轮，在动力组件的驱动下，所述凸轮能够周向转动；在所述的两个凸轮上分别连接有用于机器人行走的支腿，且所述凸轮转动以带动支腿进行上下往复运动；所述支腿下端具有沿前后方向设置的底杆，所述的动力组件纵向设置在两个支腿之间且动力组件位于底杆的中间位置处，在动力组件的后端连接有电池箱；所述电池箱配置为作为机器人的配重块；通过驱动组件驱动凸轮以带动支腿上下往复运动，通过凸轮控制支腿的行走，结构简单巧妙且节省成本；将所述的电池箱作为配重块，使整体重心稳定，不易侧翻。

Description

一种双足行走机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人领域，特别涉及一种双足行走机器人。

背景技术

由于双足步行机器人具有类人的行走特征，能够快速适应人类生存环境，从而更好地服务人类。因此，近年来，有关双足步行机器人的研究工作在世界范围内得到广泛开展。

如何实现双足行走机器人的稳定行走一直是双足行走机器人的运动难题，因为双足行走机器人在行走过程中，支撑脚与地面之间是单向的、未驱动的；如果不能有效控制，很容易发生机器人绕其支撑脚边缘倾倒的情况。1972年南斯拉夫学者Vukobratovic博士提出的ZMP(Zero Movement Point)控制方法被作为仿人机器人的动态稳定控制的基本准则。现有技术提出了一种基于逆动力学模型的自适应PID控制器的设计方法，该方法是通过复杂的控制和算法实现，其控制和算法复杂，对于受地面约束的仿人机器人，该方法不能实现其稳定控制。现有论文“Inverse Dynamics Control with Floating Base andConstraints”提出了一种使用逆动力学控制器来控制仿人机器人稳定行走的方法，但该方法是通过优化关节力矩来控制稳定行走，并不一定能满足ZMP等地面约束，从而不能保证机器人稳定行走。

所以需要设计一种能以较简单的结构实现双足行走机器人的稳定行走。

发明内容

本实用新型克服了上述现有技术中所存在的不足，提供了一种双足行走机器人，该机器人结构通过在动力组件的两侧上设有凸轮，且在凸轮上连接有支腿，使得在动力组件的驱动下，凸轮转动以带动支腿进行上下往复运动，从而达到机器人的行走目的；采用凸轮结构，结构简单且有效实现支腿的行走，能够降低成本；且在所述的动力组件的后端连接有电池箱，所述的电池箱在作为电源的同时，配置为机器人的配重块；使得机器人的重心稳固；机器人在行走过程中，不易摔倒。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种双足行走机器人，包括提供动力的动力组件，在所述的动力组件的左右两侧上分别设有凸轮，在动力组件的驱动下，所述凸轮能够周向转动；在所述的两个凸轮上分别连接有用于机器人行走的支腿，且所述凸轮转动以带动支腿进行上下往复运动；所述支腿下端具有沿前后方向设置的底杆，所述的动力组件纵向设置在两个支腿之间且动力组件位于底杆的中间位置处，在动力组件的后端连接有电池箱；所述电池箱配置为机器人的配重块。通过驱动组件驱动凸轮以带动支腿上下往复运动，通过凸轮控制支腿的行走，结构简单巧妙且节省成本；将所述的电池箱作为配重块，使整体重心稳定，不易侧翻。

作为优选，所述的动力组件包括一驱动电机，所述驱动电机下端的两侧上对称设有转动轴，所述凸轮连接在转动轴上且凸轮与转动轴周向固定。驱动电机直接驱动凸轮运动即可，结构简单。

作为优选，所述的支腿还包括一纵向设置的立杆，所述立杆从底杆的中间位置处向上延伸；所述的立杆连接在凸轮上，凸轮转动以带动立杆上下运动。将立杆连接在凸轮上，使得凸轮转动能够有效带动支腿上下运动。

作为优选，所述凸轮上设有横向设置的连接销，所述连接销朝远离动力组件方向设置；连接销穿插在立杆上。凸轮通过连接销与立杆连接，连接更方便快捷。

作为优选，所述的凸轮为偏心轮，所述偏心轮具有凸出部，所述连接销设置在凸出部上。

作为优选，初始位置下，所述的左、右两侧偏心轮的凸出部分别上下相向设置。使得两侧的支腿保持一上一下的运动状态，充分模拟人体行走的状态。

作为优选，所述的动力组件上端的两侧上还分别设有能够前后摆动的摆臂，所述的摆臂跟随支腿的运动同步摆动。支腿与摆臂能够分别模拟人体行走时双腿双手的运动，使机器人的仿真度更高。

作为优选，所述的动力组件还包括一外罩，所述的驱动电机设置在该外罩内；所述的摆臂转动连接在外罩上端的两侧上；所述摆臂与支腿之间设有一连杆，连杆的上、下两端分别与摆臂和支腿连接；所述连杆跟随支腿上下运动以带动摆臂前后摆动。

作为优选，所述的外罩的上端设有一朝两侧突出的连接轴；所述的支腿还包括纵向设置的立杆，所述立杆的上端纵向设有用于引导支腿运动轨迹的导向槽；连接轴的突出部分穿过该导向槽后与摆臂转动连接；所述连杆带动摆臂绕连接轴前后转动。通过连杆与立杆的联动带动摆臂运动，整体性更好。

作为优选，所述的电池箱纵向设置，且电池箱连接在外罩后端的下半部分上。使得电池箱位于机器人整体的后下方的位置上，使得机器人整体的重心集中在后下部分；使得重心更加稳定，机器人行走时不易侧翻。

采用了上述技术方案的本实用新型的设计出发点、理念及有益效果是：

首先，通过驱动电机驱动凸轮转动，使得凸轮转动以带动连接在其上的支腿进行上下往复运动；并且初始位置，两侧的凸轮的突出部分别上下相向设置，使得两侧的支腿能够有序的进行一上一下的运动，从而实现了机器人的行走；结构简单，能够有效降低成本。

此外，由于为了使机器人的续航时间更长，通常配置的电池箱重量都较重，因此巧妙的将电池箱同时配置为机器人的配重块；将电池箱连接在动力组件后端的下半部分，使得机器人整体的重心集中在后下方；重心稳定，使得机器人能够稳定行走，不易侧翻。

最后，在所述的动力组件上方两侧还设有跟随支腿运动的摆臂；摆臂与支腿之间通过一连杆连接；连杆跟随支腿运动以带动摆臂前后摆动；使得摆臂模拟人体的双手的运动，使得该双足行走机器人仿真度更高。

附图说明

图1为本实用新型在实施例中双足行走机器人的立体结构示意图；

图2为本实用新型在实施例中双足行走机器人的正视图；

图3为本实用新型在实施例中凸轮、驱动电机及支腿之间连接的立体结构示意图；

图4为本实用新型在实施例中动力组件与支腿及摆臂连接的立体结构示意图；

图5为本实用新型在实施例中支腿的立体结构示意图；

图6为本实用新型在实施例中双足行走机器人的背面立体结构示意图；

图7为本实用新型在实施例中双足行走机器人的侧视图。

各附图标记为：动力组件1；偏心轮2；凸出部2a；支腿3；底杆4；立杆5；电池箱6；驱动电机7；外罩8；转动轴9；安装座10；腰槽11；连接销12；摆臂13；摇臂部13a；后支杆13b；连接轴14；导向槽15；连杆16；撑脚17；主体面板18。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

在本实用新型的描述中，术语“至少一个”指一个或一个以上，除非另有明确的限定。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本实施例涉及各部位的参考方位，比如前、后等，是以用户落座后正常使用座椅的状态下进行描述的。

本实用新型的具体实施方式如下：

如图1-7所示，本实用新型提供了一种双足行走机器人，所述双足行走机器人包括提供动力的动力组件1，所述的动力组件1下端的左右两侧上分别设有凸轮，所述凸轮为偏心轮2；偏心轮2在动力组件1的驱动下进行周向转动，所述的两个偏心轮2上分别连接有用于支撑该双足行走机器人的支腿3，所述的偏心轮2转动以带动支腿3上下往复运动；所述的支腿3包括下端沿前后方向设置的底杆4和沿底杆4的中间位置向上延伸的立杆5；所述的动力组件1位于两根立杆5之间；且在所述的动力组件1的后端连接有电池箱6，使得该电池箱6位于机器人整体结构的后端偏下的位置；电池箱6具有一定重量，能够刚好作为机器人的配重块，使得机器人行走时的重心更稳定，不易摔倒；且通过偏心轮2转动以带动支腿3的上下运动，结构简单且能够有效实现两根支腿3的行走效果。

如图1-5所示，所述的动力组件1包括纵向设置的驱动电机7以及套设在驱动电机7外的外罩8，所述的外罩8为内部中空且具有上下开口的结构；所述的驱动电机7设置在外罩8内能够有效的保护驱动电机7并能够遮挡驱动电机7，使得机器人整体结构更加美观。在所述的驱动电机1下部的左右两侧上分别对称设有转动轴9，且所述的转动轴9穿出于外罩8；在转动轴9穿出端的端部上连接有所述的偏心轮2；具体的说：所述偏心轮2的一侧上设有安装座10，所述的安装座10上设有向内凹陷的腰槽11，且所述的腰槽11的轮廓与转动轴9的轮廓相设配，安装时，所述的转动轴9穿插在该腰槽11内以使转动轴9与偏心轮2沿周向方向固定，继而使得驱动电机7驱动转动轴9转动以带动偏心轮2同步转动；且所述的偏心轮2上具有凸出部2a，在初始位置时，所述左、右两侧的偏心轮2的凸出部2a上下相对设置。

如图2-5所示，在所述的偏心轮2的凸出部2a上设有横向设置的连接销12，且所述连接销12朝向远离驱动电机7的方向；所述的连接销12穿插在立杆5上，使得偏心轮2转动时将带动立杆5做上下往复运动；且由于初始位置下，所述的左右两侧的偏心轮2的凸出部2a是上下相对设置的，所以如图2所示，所以初始位置下，所述左、右两侧的支腿3呈一高一低的状态，继而使得当驱动电机7工作时，在两侧偏心轮2的带动下；两个支腿3分别进行上下往复运动；当一个支腿3上的底杆4与地面接触的同时，另一个支腿3上的底杆4抬起；从而能够模拟出人体行走的姿势，以达到双足机器人行走的目的。

且在所述的外罩8上端的两侧上还设有能够跟随支腿3运动的摆臂13，在所述的外罩8上横向贯穿有一连接轴14，所述的连接轴14的两端分别穿出于外罩8；且在所述的立杆5的上端对应纵向设有用于引导立杆5运动轨迹的导向槽15，连接轴14的两端分别穿过所述立杆5上的导向槽15后继续穿设在摆臂13上，且摆臂13与连接轴14为转动配合；由于所述连接轴14始终与外罩8保持相对固定，继而使得，所述的摆臂13能够绕该连接轴14进行前后摆动。具体的说：所述的摆臂13呈“z”型，其包括位于立杆5前方的摇臂部13a和位于后方的后支杆13b；在所述的后支杆13b与立杆5之间设有一连杆16；所述的连杆16的下端16连接在立杆5上，且连杆16与立杆5的连接位置与偏心轮2与立杆5的连接位置相同，具体是指：所述偏心轮2上的连接销12穿插在立杆5上后，连接销12继续穿设在连杆16上；所述连杆16的上端贴合在后支杆13b的外侧后，连杆16与后支杆13b之间铰接在一起；通过上述连接方式，继而使得该双足行走机器人的支腿3在偏心轮2的转动作用下进行上下运动时，所述的连接轴14始终在导向槽15内移动，使得支腿3一直保持在设定的运动轨迹；且所述的连杆16将跟随立杆5的运动上下运动，连杆16将带动后支杆13b的后端上升或下降；继而使得所述的摆臂13将绕连接轴14进行前后摆动。使得在偏心轮2的转动作用下，所述的支腿3进行上下往复运动，所述的摆臂13将对应进行前后摇摆运动；充分模拟了人体走路时双脚双手的运动姿势，使得该双足行走机器人的仿真度更高，并且结构简单，成本更低。

如图6、7所示，所述的电池箱6连接在外罩8的后端，所述的电池箱6为驱动电机7供电，通常为了使机器人具有较长的续航时间，往往所述电池箱6具有一定的重量以使其容量足够；而该双足行走机器人的结构设计中，巧妙的运用了电池箱6的重量；将所述的电池箱6连接在外罩8的背面，且电池箱6位于外罩8的下半部分；由于所述的立杆5是位于底杆4的中间位置处的，继而使得连接后的电池箱6位于所述的双足行走机器人整体结构的后下部；使得所述的机器人的重心集中在其后下方，继而使得机器人在行走时，由于其重心处于整体下方且靠后的位置，使得机器人行走过程中的重心稳定，行走幅度不大；避免机器人行走时出现摔倒的情况。

在所述的支腿3还包括设置在底杆4的前、后两端的撑脚17，所述的撑脚17为横向设置的立柱，撑脚17使得支腿3在行走时，与地面的支撑面积更多，支撑态势更稳定；且在所述外罩8的前端还连接有主体面板18，所述主体面板18能够将动力组件1遮挡，使整体更加美观。

综上，该双足行走机器人首先通过在驱动电机上设有偏心轮2，从而通过偏心轮2的转动以带动支腿3进行上下往复运动，继而实现机器人的行走；且还设有摆臂13，摆臂13与立杆5之间连接有连杆16，从而使得摆臂13跟随支腿3的运动进行前后摆动；使得机器人的行走更仿真化。并且合理的设置电池箱的位置，

以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种双足行走机器人，其特征在于：包括提供动力的动力组件，在所述的动力组件的左右两侧上分别设有凸轮，在动力组件的驱动下，所述凸轮能够周向转动；在所述的两个凸轮上分别连接有用于机器人行走的支腿，且所述凸轮转动以带动支腿进行上下往复运动；所述支腿下端具有沿前后方向设置的底杆，所述的动力组件纵向设置在两个支腿之间且动力组件位于底杆的中间位置处，在动力组件的后端连接有电池箱；所述电池箱配置为机器人的配重块。

2.根据权利要求1所述的双足行走机器人，其特征在于：所述的动力组件包括一驱动电机，所述驱动电机下端的两侧上对称设有转动轴，所述凸轮连接在转动轴上且凸轮与转动轴周向固定。

3.根据权利要求1所述的双足行走机器人，其特征在于：所述的支腿还包括一纵向设置的立杆，所述立杆从底杆的中间位置处向上延伸；所述的立杆连接在凸轮上，凸轮转动以带动立杆上下运动。

4.根据权利要求3所述的双足行走机器人，其特征在于：所述凸轮上设有横向设置的连接销，所述连接销朝远离动力组件方向设置；连接销穿插在立杆上。

5.根据权利要求4所述的双足行走机器人，其特征在于：所述的凸轮为偏心轮，所述偏心轮具有凸出部，所述连接销设置在凸出部上。

6.根据权利要求5所述的双足行走机器人，其特征在于：初始位置下，所述的左、右两侧偏心轮的凸出部分别上下相向设置。

7.根据权利要求2所述的双足行走机器人，其特征在于：所述的动力组件上端的两侧上还分别设有能够前后摆动的摆臂，所述的摆臂跟随支腿的运动同步摆动。

8.根据权利要求7所述的双足行走机器人，其特征在于：所述的动力组件还包括一外罩，所述的驱动电机设置在该外罩内；所述的摆臂转动连接在外罩上端的两侧上；所述摆臂与支腿之间设有一连杆，连杆的上、下两端分别与摆臂和支腿连接；所述连杆跟随支腿上下运动以带动摆臂前后摆动。

9.根据权利要求8所述的双足行走机器人，其特征在于：所述的外罩的上端设有一朝两侧突出的连接轴；所述的支腿还包括纵向设置的立杆，所述立杆的上端纵向设有用于引导支腿运动轨迹的导向槽；连接轴的突出部分穿过该导向槽后与摆臂转动连接；所述连杆带动摆臂绕连接轴前后转动。

10.根据权利要求8所述的双足行走机器人，其特征在于：所述的电池箱纵向设置，且电池箱连接在外罩后端的下半部分上。

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