CN104908839B - 一种可用于足式机器人的仿生腿部结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可用于足式机器人的仿生腿部结构，其特征在于该腿部结构基于杆机构，包括提升系统、推动系统、辅助支撑系统、共同作用系统和机架；所述提升系统主要包括提升电机和提升杆，提升电机与机架固定连接；提升杆和提升电机固定连接，两者同步转动；所述推动系统主要包括推动电机、1号推动杆和2号推动杆，推动电机通和机架固定连接；1号推动杆和推动电机固定连接，两者同步转动；2号推动杆和1号推动杆非固定连接，两者可以相对转动；所述辅助支撑系统主要包括1号支撑杆、2号支撑杆、3号支撑杆、1号长轴、4号短轴和5号短轴；所述共同作用系统主要包括1号连接杆、2号连接杆、脚板、1号短轴、2号短轴和3号短轴。

Description

一种可用于足式机器人的仿生腿部结构

技术领域

本发明涉及足式机器人技术，具体为一种可用于足式机器人的仿生腿部结构。

背景技术

足式机器人是一种具有冗余驱动、多支链、时变拓扑运动机构的智能型机器人，涉及到生物科学、仿生学、机构学、传感技术及信息处理技术等的一门综合性高技术产品。足式机器人凭借其在行走过程中与地面的非连续接触特性表现出了很强的适应性，尤其在有障碍物的通道上或很难接近的工作场地上具有更广阔的发展前景，因此被广泛应用于抢险救灾、排雷排爆、地址勘探、娱乐及民用等领域。

机器人的腿(或机械腿)是机器人的重要组成部分，对足式机器人运动起着非常重要的作用。但目前常见的足式机器人的每条腿有3个主动自由度，每条腿需要3个主动件，结构复杂，控制难，成本高、质量大，导致机器人的负载能力差，运动速度低，灵活性不足；另一方面，足式机器人的足端轨迹不封闭，容易造成足端与地面产生摩擦力，严重时甚至导致足端卡死，机器人无法正常运作。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种可用于足式机器人的仿生腿部结构。该腿部结构采用杆机构，具有两个驱动电机，能够减轻腿部的质量，降低能耗，同时能够较大幅度的增大负载能力，为解决现有足式机器人高能耗及环境适应性差的问题奠定了基础，具有很好的应用前景。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，设计一种可用于足式机器人的仿生腿部结构，其特征在于该腿部结构基于杆机构，包括提升系统、推动系统、辅助支撑系统、共同作用系统和机架；

所述提升系统主要包括提升电机和提升杆，提升电机通过螺钉与机架固定连接；提升杆通过减速器、法兰和提升电机固定连接，两者同步转动；

所述推动系统主要包括推动电机、1号推动杆和2号推动杆，推动电机通过螺钉和机架固定连接；1号推动杆通过减速器、法兰和推动电机固定连接，两者同步转动；2号推动杆通过轴承、轴承端盖和1号推动杆非固定连接，两者可以相对转动；

所述辅助支撑系统主要包括1号支撑杆、2号支撑杆、3号支撑杆、1号长轴、4号短轴和5号短轴，5号短轴与机架焊接在一起，固定连接；1号支撑杆通过轴承、轴承端盖和5号短轴非固定连接，两者可相对旋转；所说4号短轴通过轴承、轴承端盖和1号支撑杆非固定连接，两者可相对旋转；2号推动杆通过螺钉和4号短轴固定连接；1号长轴通过螺钉和2号推动杆固定连接；2号长轴和螺钉和推动杆固定连接；3号支撑杆通过螺钉和1号长轴、2号长轴固定连接；

所述共同作用系统主要包括1号连接杆、2号连接杆、脚板、1号短轴、2号短轴和3号短轴；1号连接杆通过轴承、轴承端盖与2号长轴非固定连接，两者可相对转动；1号短轴和1号连接杆焊接在一起，固定连接，同时1号短轴通过轴承、轴承端盖和2号推动杆非固定连接，两者可相对转动；2号推动杆通过轴承、轴承端盖与1号长轴非固定连接，两者可相对转动；2号短轴、3号短轴分别通过螺钉和脚板固定连接，同时2号短轴、3号短轴分别通过轴承、轴承端盖与1号连接杆、2号连接杆非固定连接，两者之间可相对转动。

与现有技术相比，本发明可用于足式机器人的仿生腿部结构具有以下优点及有益效果：

1、本发明设计的杆机构结构简单，设计巧妙，既能够减轻腿部结构的质量，降低能耗，同时又能够较大幅度的增大机器人的负载能力；

2、本发明采用两个伺服电机，通过两个电机的协调控制，使腿末端的运动轨迹更加稳定、快速、准确；

3、所设计的仿生腿结构涉及仿生学领域，腿部运动分为提升和推进两个阶段，同时在腿的末端加入了脚板，增大了腿和地面的接触面积，使机器人的运动更加稳定、规律、便于控制；

4、所设计的杆机构中，增加了一组辅助支撑杆系统，可以使机器人在运动时更加稳定，并且较大幅度的提高了其负载能力；

5、本发明的腿部结构具有广泛的应用性，可用于二足、四足、六足和八足等足式机器人领域，具有很好的前景。

附图说明

图1为本发明可用于足式机器人的仿生腿部结构一种实施例的整体结构一种角度示意图；

图2为本发明可用于足式机器人的仿生腿部结构一种实施例的整体结构另一种角度示意图；

图3为本发明可用于足式机器人的仿生腿部结构一种实施例的局部(图2中的虚线部分)剖视结构示意图；

图4为本发明可用于足式机器人的仿生腿部结构一种实施例的去除轴承端盖的局部结构示意图；

图5为本发明可用于足式机器人的仿生腿部结构一种实施例的焊接件11的立体结构示意图；

图6为本发明可用于足式机器人的仿生腿部结构一种实施例的焊接件8的立体结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明。但本申请的权利要求保护范围不限于所述实施例的描述范围。

本发明设计的可用于足式机器人的仿生腿部结构(简称腿部结构或仿生腿，参见图1-6)，其特征在于该腿部结构包括提升系统、推动系统、辅助支撑系统、共同作用系统和机架2。

所述提升系统主要包括提升电机1和提升杆3。所述提升电机1通过螺钉与机架2固定连接；所述提升杆3通过减速器、法兰和提升电机1固定连接，两者同步转动(参见图1、2)。

所述推动系统主要包括推动电机12、1号推动杆11、2号推动杆10。所述推动电机12通过螺钉和和机架2固定连接；所述1号推动杆11通过减速器、法兰和推动电机12固定连接，两者同步转动；所述2号推动杆10通过轴承、轴承端盖和1号推动杆11非固定连接，两者可以相对转动(参见图1、5)。

所述辅助支撑系统主要包括1号支撑杆9、2号支撑杆4、3号支撑杆5、1号长轴18、4号短轴19、5号短轴20。所述5号短轴20与机架2焊接在一起，固定连接；所述1号支撑杆9通过轴承、轴承端盖和5号短轴20非固定连接，两者可相对旋转；所说4号短轴19通过轴承、轴承端盖和1号支撑杆9非固定连接，两者可相对旋转；所述1号长轴18通过螺钉和2号支撑杆4固定连接；所述2号长轴21和螺钉和2号支撑杆4固定连接；所述3号支撑杆5通过螺钉和1号长轴18、2号长轴21固定连接(参见图1-3)。

所述共同作用系统主要包括1号连接杆6、2号连接杆7、脚板8、1号短轴13、2号短轴14、3号短轴15。所述1号连接杆6通过轴承、轴承端盖和2号长轴21非固定连接，两者可相对转动；所述1号短轴13和1号连接杆6焊接在一起，固定连接，同时1号短轴13通过轴承、轴承端盖和2号推动杆10非固定连接，两者可相对转动；所述2号连接杆7通过轴承、轴承端盖和1号长轴18非固定连接，两者可相对转动；所述2号短轴14、3号短轴15分别通过螺钉和脚板8固定连接，同时2号短轴14、3号短轴15分别通过轴承、轴承端盖和1号连接杆6、2号连接杆7非固定连接，两者之间可相对转动(参见图1、4、6)。

本发明腿部结构具有广泛的应用性，可用于做二足、四足、六足或八足等足式机器人的机械腿，具有很好的应用前景。

本发明仿生腿腿部结构的工作原理和过程为：当腿部结构工作时，两个电机同时工作：提升电机1转动，带动提升杆3转动，提升杆3带动1号连接杆6，并通过3号支撑杆5带动2号连接杆7；同时推动电机12转动，带动1号推动杆11，1号推动杆11带动2号推动杆10，2号推动杆10带动1号连接杆6。在这个过程中，两个电机协调工作，共同作用，从而完成腿部结构的运动过程。同时，为了提高运行过程中的稳定性，提高腿部强度，通过1号支撑杆9、2号支撑杆4、3号支撑杆5将1号连接杆6、2号连接杆7和机架2相连。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (2)

1.一种可用于足式机器人的仿生腿部结构，其特征在于该腿部结构基于杆机构，包括提升系统、推动系统、辅助支撑系统、共同作用系统和机架；

所述提升系统主要包括提升电机和提升杆，提升电机通过螺钉与机架固定连接；提升杆通过减速器、法兰和提升电机固定连接，两者同步转动；

所述推动系统主要包括推动电机、1号推动杆和2号推动杆，推动电机通过螺钉和机架固定连接；1号推动杆通过减速器、法兰和推动电机固定连接，两者同步转动；2号推动杆通过轴承、轴承端盖和1号推动杆非固定连接，两者可以相对转动；

所述辅助支撑系统主要包括1号支撑杆、2号支撑杆、3号支撑杆、1号长轴、4号短轴和5号短轴，5号短轴与机架焊接在一起，固定连接；1号支撑杆通过轴承、轴承端盖和5号短轴非固定连接，两者可相对旋转；所述4号短轴通过轴承、轴承端盖和1号支撑杆非固定连接，两者可相对旋转；2号支撑杆通过螺钉和4号短轴固定连接；1号长轴通过螺钉和2号支撑杆固定连接；2号长轴通过螺钉和2号支撑杆固定连接；3号支撑杆通过螺钉和1号长轴、2号长轴固定连接；

所述共同作用系统主要包括1号连接杆、2号连接杆、脚板、1号短轴、2号短轴和3号短轴；1号连接杆通过轴承、轴承端盖与2号长轴非固定连接，两者可相对转动；1号短轴和1号连接杆焊接在一起，固定连接，同时1号短轴通过轴承、轴承端盖和2号推动杆非固定连接，两者可相对转动；2号连接杆通过轴承、轴承端盖与1号长轴非固定连接，两者可相对转动；2号短轴、3号短轴分别通过螺钉和脚板固定连接，同时2号短轴、3号短轴分别通过轴承、轴承端盖与1号连接杆、2号连接杆非固定连接，两者之间可相对转动。

2.根据权利要求1所述的仿生腿部结构，其特征在于该仿生腿部结构用于做二足、四足、六足或八足的足式机器人机械腿。