CN219237214U - 一种二自由度机器人腿结构及机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种二自由度机器人腿结构，包括：执行器、固定架、摇臂、推杆和万向节，多组摇臂中的每组摇臂分别与多个执行器的每个执行器一一对应设置，每组摇臂包括主动摇臂，所述主动摇臂的一端与相应的执行器的动力输出端面连接；每组推杆包括一级推杆，所述一级推杆的一端与相应的主动摇臂的另一端连接，且所述每组推杆均位于固定架的侧边；所述固定架的底部和每组推杆的底部均设置有万向节；当本二自由度机器人腿结构作为机器人的小腿结构时，将执行器的位置上移，利用摇臂、推杆和万向节配合执行器一起实现脚板的翻滚运动和俯仰运动，由于执行器未安装在脚踝处，降低了移动时在腿部产生的惯性力，实现脚踝运动控制的简单化。

Description

一种二自由度机器人腿结构及机器人

技术领域

本实用新型属于人形机器人技术领域，尤其涉及一种二自由度机器人腿结构及机器人。

背景技术

机器人随着机械和电子控制技术的发展，在自动化焊接，喷漆、搬运、装配、铸造等场合，有越来越多的机器人投入应用。

关于现有的机器人踝关节的结构，如公开文献专利号为201210554495.3公开的一种双足步行机器人，机器人踝关节包括踝关节屈伸电机、踝关节连接件、踝关节侧展电机与机器人脚部；踝关节屈伸电机使用盘式电机与谐波减速器驱动，踝关节屈伸电机的输出为内外两个法兰，踝关节屈伸电机的内法兰与机器人小腿相连，驱动踝关节屈伸自由度；踝关节连接件与踝关节屈伸电机的外法兰相连；踝关节侧展电机使用盘式电机与谐波减速器驱动，踝关节侧展电机的输出为内外两个法兰，其内法兰与踝关节连接件相连，驱动机器人踝关节侧展自由度；机器人脚部与踝关节侧展电机的外法兰相连；由于踝关节屈伸电机和踝关节侧展电机均安装在脚踝处，导致脚部末端的惯量大，质心偏下(可以理解为在小腿绑了沙袋，导致不灵活)，不利于运动控制；

因此，亟需研发一种能减少脚部末端的惯量和对运动控制更有利的二自由度机器人腿结构及机器人。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种二自由度机器人腿结构及机器人。

本实用新型的技术方案在于：

本实用新型提供了一种二自由度机器人腿结构，包括：

多个执行器，每个所述执行器均设有动力输出端面；

固定架，每个所述执行器均安装于所述固定架上；

多组摇臂，多组摇臂中的每组摇臂分别与多个执行器的每个执行器一一对应设置，每组摇臂包括主动摇臂，所述主动摇臂的一端与相应的执行器的动力输出端面连接；

多组推杆，每组推杆包括一级推杆，所述一级推杆的一端与相应的主动摇臂的另一端连接，且所述每组推杆均位于固定架的侧边；

若干万向节，所述固定架的底部和每组推杆的底部均设置有万向节。

优选地，所述执行器为两个，两个执行器分别为第一执行器和第二执行器，所述第一执行器位于所述第二执行器的上方。

当执行器为两个的情况下，对应有两组优选方案；

第一种：

所述摇臂为两组，每组所述摇臂包括主动摇臂，所述推杆为两组，每组所述推杆包括一级推杆，所述主动摇臂的另一端与所述一级推杆连接，所述一级推杆的底部与万向节连接。

第二种：

所述摇臂为两组，每组所述摇臂包括主动摇臂和被动摇臂，所述被动摇臂的一端与固定架连接，且所述被动摇臂位于主动摇臂的下方。

所述推杆为两组，每组所述推杆包括一级推杆和二级推杆，所述一级推杆的一端连接主动摇臂，所述一级推杆的另一端与所述二级推杆的一端连接，所述二级推杆的底部与万向节连接，且被动摇臂的另一端与一级推杆和二级推杆之间的连接节点进行连接。

上述两种方案中，所述万向节包括踝关节万向节和推杆万向节，所述踝关节万向节设于固定架的底部，所述推杆万向节设于每组推杆的底部。

进一步地，还包括：脚板，踝关节万向节和推杆万向节均固定于所述脚板上。

本实用新型还提供了一种机器人，包括上述的二自由度机器人腿结构。

本实用新型二自由度机器人腿结构的有益效果在于：

当本二自由度机器人腿结构作为机器人的小腿结构时，将执行器的位置上移，利用摇臂、推杆和万向节配合执行器一起实现脚板的翻滚运动和俯仰运动，由于执行器未安装在脚踝处，降低了移动时在腿部产生的惯性力，实现脚踝运动控制的简单化。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的整体结构示意图一；

图2为本实用新型实施例1的整体结构示意图二；

图3为本实用新型实施例2的整体结构示意图一；

图4为本实用新型实施例2的整体结构示意图二；

附图标记：1、执行器，11、第一执行器，12、第二执行器，2、固定架，3、摇臂，31、主动摇臂，32、被动摇臂，4、推杆，41、一级推杆，42、二级推杆，5、万向节，51、踝关节万向节，52、推杆万向节，6、脚板。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“位于”、“安装于”、“设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。

需要理解的是，在本实用新型的描述中，“至少一个”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

另外，术语“上方”、“并排”、“一端”、“另一端”、“侧边”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。

需要说明的是，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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

值得说明的是，在机器人结构的设计领域中，串联结构是指一个执行器控制关节进行一个方向的运动，并联结构是指两个执行器共同控制关节进行一个或多个方向的运动。

实施例1

请参照图1和图2，本实用新型提供了一种二自由度机器人腿结构，现以机器人的小腿结构为例，为小腿未发生运动的状态,包括：

两个执行器1，每个所述执行器1设有动力输出端面，所述执行器1包括第一执行器11和第二执行器12，所述第一执行器11位于所述第二执行器12的上方，第一执行器11和第二执行器12上下设置的方式，实现了机器人小腿修长的结构；

另外，具体的，该执行器1为减速电机，每个执行器1仅设一个动力输出端面，第一执行器11和第二执行器12的动力输出端面互为反向，通过动力输出端面传输动力；

固定架2，两个执行器1均安装于所述固定架2上，固定架2作为小腿结构的支撑主要部件；

摇臂3为两组，每组摇臂3包括一个主动摇臂31，每个主动摇臂31的一端与相应的执行器1的动力输出端面连接，即第一执行器11的动力输出端面连接有一个主动摇臂31，第二执行器12的动力输出端面也连接有一个主动摇臂31，多组摇臂、多个执行器时，依次类推；同时，主动摇臂是活动连接于动力输出断面上，通过执行器1的动力输出端面带动主动摇臂31的转动；

推杆4也为两组，每组推杆4包括一个一级推杆41，每个主动摇臂31的另一端与相应的一级推杆41连接，每个一级推杆41的底部均设有万向节5；进一步地，一级推杆41与主动摇臂31或万向节5之间分别是固定连接的关系，通过主动摇臂31带动一级推杆41的运动；

一级推杆41均位于固定架2的侧边，两个一级推杆41不等长，其中，与第一执行器11上的主动摇臂31连接的一级推杆41较长；

三个万向节5，设于固定架2底部的一个万向节5为踝关节万向节51，设于一级推杆41底部的两个万向节5为推杆万向节52；优选地实施例，上述万向节5具体为万向联轴器，利用其机构的特点，使两轴不在同一轴线，存在轴线夹角的情况下能实现所联接的两轴连续回转，并可靠地传递转矩和运动。

脚板6，踝关节万向节51和推杆万向节52均固定于所述脚板6上，即踝关节万向节51的一端连接固定架2，踝关节万向节51的另一端固定于脚板6上；推杆万向节52的一端连接一级推杆41，推杆万向节52的另一端固定于脚板6上。

本实施例的运动过程如下：

当两个执行器1同时作同向运动时，包括同时顺时针和逆时针运动，主动摇臂31、一级推杆41、踝关节万向节51和推杆万向节52构成的四边形形状发生同向变形，脚板6实现俯仰方向的运动。

当两个执行器1同时作反向运动时，即一个顺时针转，另一个逆时针转，主动摇臂31、一级推杆41、踝关节万向节51和推杆万向节52构成的四边形形状发生反向变形，脚板6可以实现翻滚方向的运动。

在两个执行器1共同驱动下，实现脚板的翻滚运动和俯仰运动，即2个自由度运动，实现了并联结构的运动控制。

实施例2

在实施例1的基础上进行改进，请参照图3和图4，该二自由度机器人腿结构包括：

两个执行器1，每个所述执行器1设有动力输出端面，所述执行器1包括第一执行器11和第二执行器12，所述第一执行器11位于所述第二执行器12的上方，由于上下设置的方式，能够保持小腿修长的结构；

该执行器1为减速电机，每个执行器1仅设一个动力输出端面，第一执行器11和第二执行器12的动力输出端面互为反向，通过动力输出端面传输动力；

固定架2，第一执行器11和第二执行器12均安装于所述固定架2上，固定架2作为小腿结构的支撑主要部件；

两组摇臂3，每组所述摇臂3包括一个主动摇臂31和一个被动摇臂32，每个主动摇臂31的一端与相应的执行器1的动力输出端面连接，每个被动摇臂32的一端与固定架2连接，且所述被动摇臂32位于主动摇臂31的下方。

两组推杆4，每组所述推杆4包括一个一级推杆41和一个二级推杆42，每个一级推杆41的一端连接相应主动摇臂31的另一端，每个一级推杆41的另一端与相应的二级推杆42的一端连接，每个二级推杆42的底部设有一个万向节5，且被动摇臂32的另一端还与每个一级推杆41和对应的二级推杆42之间的连接节点进行连接。

即通过对应设置的执行器1的动力输出端面先驱动主动摇臂31的运动，主动摇臂31牵动一级推杆41的运动，一级推杆41再带动与其连接的二级推杆42和被动摇臂32；即被动摇臂32的一端是活动连接于固定架2上的。

由于实施例1中一级推杆41的长度太长，导致主动摇臂31、一级推杆41和万向节5所形成的平行四边形不一致，即导致脚板俯仰运动时与地板形成的夹度不一致；增加被动摇臂32和二级推杆42，缩短一级推杆41的长度，主动摇臂31、被动摇臂32、一级推杆41、二级推杆42和万向节所形成是相似的平行四边形，即保证脚板俯仰运动时与地板形成的夹度是一致的。

参照图3，两个一级推杆41不等长，其中，与高位的主动摇臂31连接的一级推杆41较长，两个二级推杆42等长；

两个执行器1分别驱动对应的主动摇臂31，主动摇臂31推动对应的一级推杆41、二级推杆42和被动摇臂32。

三个万向节5，设于固定架2底部的一个万向节5为踝关节万向节51，设于一级推杆41底部的两个万向节5为推杆万向节52；上述万向节5为万向联轴器，利用其机构的特点，使两轴不在同一轴线，存在轴线夹角的情况下能实现所联接的两轴连续回转，并可靠地传递转矩和运动。

脚板6，踝关节万向节51和推杆万向节52的另一端均固定于所述脚板6上，即踝关节万向节51的一端连接固定架2，踝关节万向节51的另一端固定于脚板6上；推杆万向节52的一端连接二级推杆42，推杆万向节52的另一端固定于脚板6上。

本实用新型的运动过程如下：

当两个执行器1同时作同向运动时，包括同时顺时针和逆时针运动，主动摇臂31、被动摇臂32、一级推杆41、二级推杆42、踝关节万向节51和推杆万向节52构成的四边形形状发生同向变形，脚板6实现俯仰方向的运动。

当两个执行器1同时作反向运动时，即一个顺时针转，另一个逆时针转，主动摇臂31、一级推杆41、踝关节万向节51和推杆万向节52构成的四边形形状发生反向变形，脚板6可以实现翻滚方向的运动。

在两个执行器1共同驱动下，实现脚板的翻滚运动和俯仰运动，即2个自由度运动，实现了并联结构的运动控制。

另外，本实用新型还提供了一种机器人，包括上述的二自由度机器人腿结构，采用上述二自由度机器人腿结构作为机器人的小腿结构。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的两种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种二自由度机器人腿结构，其特征在于，包括：

多个执行器(1)，每个所述执行器(1)均设有动力输出端面；

固定架(2)，每个所述执行器(1)均安装于所述固定架(2)上；

多组摇臂(3)，多组摇臂(3)中的每组摇臂(3)分别与多个执行器(1)的每个执行器(1)一一对应设置，每组摇臂(3)包括主动摇臂(31)，所述主动摇臂(31)的一端与相应的执行器(1)的动力输出端面连接；

多组推杆(4)，每组推杆(4)包括一级推杆(41)，所述一级推杆(41)的一端与相应的主动摇臂(31)的另一端连接，且所述每组推杆(4)均位于固定架(2)的侧边；

若干万向节(5)，所述固定架(2)的底部和每组推杆(4)的底部均设置有万向节(5)。

2.根据权利要求1所述的二自由度机器人腿结构，其特征在于，所述执行器(1)为两个，两个执行器(1)分别为第一执行器(11)和第二执行器(12)，所述第一执行器(11)位于所述第二执行器(12)的上方。

3.根据权利要求2所述的二自由度机器人腿结构，其特征在于，所述摇臂(3)为两组，每组所述摇臂(3)包括主动摇臂(31)，所述推杆(4)为两组，每组所述推杆(4)包括一级推杆(41)，每个所述主动摇臂(31)的另一端与相应的所述一级推杆(41)连接，所述一级推杆(41)的底部与万向节(5)连接。

4.根据权利要求2所述的二自由度机器人腿结构，其特征在于，所述摇臂(3)为两组，每组所述摇臂(3)包括主动摇臂(31)和被动摇臂(32)，所述被动摇臂(32)的一端与固定架(2)连接，且所述被动摇臂(32)位于主动摇臂(31)的下方，所述推杆(4)为两组，每组所述推杆(4)包括一级推杆(41)和二级推杆(42)，所述一级推杆(41)的一端连接主动摇臂(31)的另一端，所述一级推杆(41)的另一端与所述二级推杆(42)的一端连接，所述二级推杆(42)另一端的底部与万向节(5)连接，且被动摇臂(32)的另一端与一级推杆(41)和二级推杆(42)之间的连接节点进行连接。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的二自由度机器人腿结构，其特征在于，所述万向节(5)包括踝关节万向节(51)和推杆万向节(52)，所述踝关节万向节(51)设于固定架(2)的底部，所述推杆万向节(52)设于每组推杆(4)的底部。

6.根据权利要求5所述的二自由度机器人腿结构，其特征在于，还包括：脚板(6)，踝关节万向节(51)和推杆万向节(52)均固定于所述脚板(6)上。

7.一种机器人，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的二自由度机器人腿结构。

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