CN106737596A - 一种机器人行走机构 - Google Patents

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张攀
江源渊
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Abstract

一种机器人行走机构，包括防护罩组件和设置在护罩组件下方的安装座。外部输入的动力作用于设置在防护罩组件中的第一蜗杆组件，并依次传动至设置在安装座上的第一蜗轮组件、第二蜗杆组件、第二蜗轮组件和第三蜗轮组件，实现对第一机械腿组件、第二机械腿组件和第三机械腿组件的驱动，完成机器人的直线双方向行走动作。本发明通过设置多组“蜗杆‑蜗轮”传动机构，实现了在单一动力输入驱动的条件下即可实现机器人在直线方向的双向行走。本发明结构紧凑简洁，运行过程中能量传递损耗小，故障率低，价格低廉，适用范围广。

Description

一种机器人行走机构
技术领域
本发明属于机械工程技术领域，涉及一种具有行走功能的机器人，特别涉及一种机器人行走机构。
背景技术
行走机器人主要包括轮子类行走机构和仿生机械腿行走机构两种。现有的仿生机械腿行走机构往往驱动结构复杂，零部件精度要求高，导致生产成本较高。特别是对于具多自由度机械腿的关节部位，往往需要多个动力装置(例如电机、液压机构等)进行驱动，进一步增加了行走机器人的复杂度和生产成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种结构紧凑、成本低廉、故障率低，仅需一个动力装置驱动便可以实现直线方向双向运动的机器人行走机构。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种机器人行走机构，包括防护罩组件和设置在护罩组件下方的安装座。外部输入的动力作用于设置在防护罩组件中的第一蜗杆组件，并依次传动至设置在安装座上的第一蜗轮组件、第二蜗杆组件、第二蜗轮组件和第三蜗轮组件，实现对第一机械腿组件、第二机械腿组件和第三机械腿组件的驱动，完成机器人的直线双方向行走动作。
进一步，所述防护罩组件整体为钟形，包括半圆球形的上壳体和圆环形的下壳体，上壳体和下壳体之间通过螺栓固定。
进一步，所述第一蜗杆组件为碗型包络蜗杆结构，包括半圆球形的蜗杆本体和输入轴，蜗杆本体内部设有与第一蜗轮组件配合使用的第一蜗杆齿。
进一步，所述第一蜗轮组件包括第一蜗轮和第一锥齿轮，第一蜗轮和第一锥齿轮通过轴连接；所述第一蜗轮组件共设有4个，均匀分布地固定安装在安装座的上部；所述第一蜗轮在第一蜗杆组件的驱动下带动第一蜗轮组件旋转，通过第一锥齿轮将动力传递至第二蜗杆组件。
进一步，所述第一蜗轮组件在安装座上的安装倾角为45度，所述第一锥齿轮的锥面角度为45度。
进一步，所述第二蜗杆组件包括第二蜗杆齿以及与第一锥齿轮配合使用的第二锥齿轮，通过第二蜗杆轴竖直地安装固定在安装座中部；第二蜗杆组在第一蜗轮组件的驱动下，第一锥齿轮带动第二锥齿轮转动，并带动第二蜗杆组件转动，从而第二蜗杆齿驱动第二蜗轮组件和第三蜗轮组件旋转，实现动力传递。
进一步，所述第二蜗杆组件设有4个，各自与一个第一蜗轮组件配合使用；其中，相对侧的2个第二蜗杆组件各自驱动一个第二蜗轮组件；另2个第二蜗杆组件共同驱动一个第三蜗轮组件；
进一步，所述2个第二蜗轮组件设置在安装座两侧，在相对侧的2个第二蜗杆组件的驱动下旋转，将动力传递至第一机械腿组件和第二机械腿组件；所述第三蜗轮组件设置在安装座中部，在另外2个第二蜗杆组件的驱动下旋转；所述第三蜗轮组件上设有凸轮，第三蜗轮组件旋转时同步带动凸轮转动，实现对第三机械腿组件的周期性顶压，从而将动力传递至第三机械腿组件。
进一步，所述第一机械腿组件包括连杆机构和第一脚部，所示连杆机构偏心地安装在一个第二蜗轮组件上；第二蜗轮组件转动时，驱动连杆机构做周期性运动，进而带动第一脚部做类似迈步的周期性运动；所述第二机械腿组件包括连杆机构和第一脚部，所示连杆机构偏心地安装在另一个第二蜗轮组件上。
进一步，所述第三机械腿组件包括顶杆、第三脚部和复位弹簧；所述顶杆在凸轮的推动下，作竖直方向的往复运动；顶杆下部设有第三脚部，第三脚部在顶杆的驱动，与顶杆一同做竖直往复运动；安装在安装座上的弹簧协助顶杆向上复位。
本发明提供的一种机器人行走机构，通过设置多组“蜗杆-蜗轮”传动机构，实现了在单一动力输入驱动的条件下即可实现机器人在直线方向的双向行走。本发明结构紧凑简洁，运行过程中能量传递损耗小，故障率低，价格低廉，适用范围广。
附图说明
图1为本发明一种机器人行走机构的整体结构示意图；
图2为本发明一种机器人行走机构的整体结构剖视图；
图3为本发明一种机器人行走机构的内部结构示意图；
图4为本发明一种机器人行走机构的第一蜗杆组件与第一蜗轮啮合结构示意图；
图5为本发明一种机器人行走机构的防护罩组件与第一蜗杆组件装配后的剖视图。
图6为本发明一种机器人行走机构的第一机械腿组件整体结构示意图；
图7为本发明一种机器人行走机构的第二机械腿组件整体结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图1至6给出的实施例，进一步说明本发明一种机器人行走机构的具体实施方式。本发明一种机器人行走机构不限于以下实施例的描述。
如图1和图2所示，本发明提供了一种机器人行走机构，包括防护罩组件a和设置在护罩组件a下方的安装座b。外部输入的动力作用于设置在防护罩组件a中的第一蜗杆组件1，并依次传动至设置在安装座b上的第一蜗轮组件2、第二蜗杆组件3、第二蜗轮组件4和第三蜗轮组件7，实现对第一机械腿组件5、第二机械腿组件6和第三机械腿组件9的驱动，完成机器人的直线双方向行走动作。
如图4和图5所示，是本发明机器人行走机构防护罩组件a与第一蜗杆组件1的局部结构示意图。所述防护罩组件a整体为钟形，包括半圆球形的上壳体a1和圆环形的下壳体2，上壳体a1和下壳体2之间通过螺栓固定。所述第一蜗杆组件1为碗型包络蜗杆结构，包括半圆球形的蜗杆本体11和输入轴12，蜗杆本体11内部设有与第一蜗轮组件2配合使用的第一蜗杆齿13。所述第一蜗杆组件1通过设置在防护罩组件a下部的第一轴承a3和上部的第二轴承a4，实现在护罩组件a中的定位。外部输入的动力通过第一蜗杆组件1的输入轴12驱动第一蜗杆组件1转动，从而通过第一蜗杆齿13将动力传递至第一蜗轮组件2。
如图3所示，是本发明机器人行走机构的内部结构示意图。所述第一蜗轮组件2包括第一蜗轮21和第一锥齿轮23，第一蜗轮21和第一锥齿轮23通过轴22轴向连接。所述第一蜗轮组件2共设有4个，通过固定件24以特定倾角均匀分布地固定安装在安装座b的上部。所述第一蜗轮21在第一蜗杆组件1的驱动下带动第一蜗轮组件2旋转，通过第一锥齿轮23将动力传递至第二蜗杆组件3。优选的，所述第一蜗轮组件2的安装倾角为45度，所述第一锥齿轮23的锥面角度也为45度。
所述第二蜗杆组件3包括与第一锥齿轮23配合使用的第二锥齿轮31、以及第二蜗杆齿32，通过第二蜗杆轴33竖直地安装固定在安装座b中部。在第一蜗轮组件2的驱动下，第一锥齿轮23带动第二锥齿轮31转动，并带动第二蜗杆组件3转动，从而第二蜗杆齿32驱动第二蜗轮组件4和第三蜗轮组件7旋转，实现动力传递。所述第二蜗杆组件3设有4个，各自与一个第一蜗轮组件2配合使用。其中，相对侧的2个第二蜗杆组件3各自驱动一个第二蜗轮组件4；另2个第二蜗杆组件3共同驱动一个第三蜗轮组件7。
所述2个第二蜗轮组件4设置在安装座b两侧，在相对侧的2个第二蜗杆组件3的驱动下旋转，将动力传递至第一机械腿组件5和第二机械腿组件6。
所述第三蜗轮组件7设置在安装座b中部，在另外2个第二蜗杆组件3的驱动下旋转。所述第三蜗轮组件7上设有凸轮8，第三蜗轮组件7旋转时同步带动凸轮8转动，实现对第三机械腿组件9的周期性顶压，从而将动力传递至第三机械腿组件9。
如图6所示，是本发明第一机械腿组件5的整体结构示意图。所述第一机械腿组件5包括连杆机构51和第一脚部52，所示连杆机构51偏心地安装在一个第二蜗轮组件4上。第二蜗轮组件4转动时，驱动连杆机构51做周期性运动，进而带动第一脚部52做类似迈步的周期性运动。具体的，连杆机构51中与第二蜗轮组件4同心的连杆部件安装固定在安装座b上，其他连杆部件均为铰接，从而形成类似曲柄连杆的机械结构，带动第一脚部52进行周期性运动。
如图7所示，为本发明一种机器人行走机构的第二机械腿组件6整体结构示意图。所述第二机械腿组件6包括连杆机构61和第一脚部62，所示连杆机构61偏心地安装在另一个第二蜗轮组件4上。通过对比图6和图7可以看出，第一机械腿组件5和第二机械腿组件6的结构原理类似，唯一区别在于第二机械腿组件6为两个平行的连杆结构，具有2个第一脚部62，目的是为了保持机器人行走过程的稳定性。
如图3所示，第三机械腿组件9竖直安装在安装座b下部，包括顶杆91、第三脚部92和复位弹簧93。所述顶杆91在凸轮8的推动下，作竖直方向的往复运动。顶杆91下部设有第三脚部92，第三脚部92在顶杆91的驱动，与顶杆91一同做竖直往复运动。安装座b上还设有与顶杆91配合使用的弹簧93，协助顶杆91向上复位。
本发明提供的机器人行走机构，工作过程及原理如下：
外部动力源(例如电机)带动第一蜗杆组件1旋转，第一蜗杆组件1带动4个第一蜗轮组件2旋转，第一蜗轮组件2的4个第一锥齿轮23带动4个第二蜗杆组件3的第二锥齿轮31旋转。
假设初始状态如图1所示，两侧的第一机械腿组件5和第二机械腿组件6与地面接触，中间的第三机械腿9不与地面接触。左右两个第一锥齿轮23带动第二蜗杆组件3转动，第二蜗杆组件4带动左右两个第二蜗轮组件4转动，第二蜗轮组件4带动第一机械腿组件5和第二机械腿组件6的连杆机构运动(假设此时左右两个蜗轮组件4顺时针转动)，连杆机构的曲柄顺时针转动，带动连杆机构的摆杆向下运动，进而与摆杆连接的第一脚部52和第二脚部62向地面发力，带动整个安装座及固定在安装座上的相关机构向一侧(右侧)移动。
与此同时，另外两个第一锥齿轮23驱动第二锥齿轮31并带动第二蜗杆组件3转动，第二蜗杆组件3驱动第三蜗轮组件7转动，进而带动与第三蜗轮组件7固定连接的具有特殊轮廓曲线的凸轮8转动，凸轮8驱动顶杆91向下移动，进而驱动中间的第三机械腿组件9向下运动。
当第一机械腿组件5和第二机械腿组件6的脚部高度到达与第三机械腿9的脚部相同的高度后，在凸轮8的轮廓曲线和第一机械腿组件5、第二机械腿组件6的连杆机构的共同作用下，顶杆8再下降一点就停止，并保持一段时间。这时，连杆机构的摆杆达到极位位置，第一机械腿组件5和第二机械腿组件6的脚部离开地面继续摆动。然后，第三机械腿组件9的脚部开始向上移动，当上升至最初位置时候，第一机械腿组件5和第二机械腿组件6也摆动至最初位置。这样，就完成了一个周期运动，此时机器人实现了向右平移一段距离，准备进入下一个运动周期。
进一步，通过改变动力输入的方向，可以实现机器人的相反方向行走。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种机器人行走机构，包括防护罩组件和设置在护罩组件下方的安装座，其特征在于：外部输入的动力作用于设置在防护罩组件中的第一蜗杆组件，并依次传动至设置在安装座上的第一蜗轮组件、第二蜗杆组件、第二蜗轮组件和第三蜗轮组件，实现对第一机械腿组件、第二机械腿组件和第三机械腿组件的驱动，完成机器人的直线双方向行走动作。
2.根据权利要求1所述的一种机器人行走机构，其特征在于：所述防护罩组件整体为钟形，包括半圆球形的上壳体和圆环形的下壳体，上壳体和下壳体之间通过螺栓固定。
3.根据权利要求2所述的一种机器人行走机构，其特征在于：所述第一蜗杆组件为碗型包络蜗杆结构，包括半圆球形的蜗杆本体和输入轴，蜗杆本体内部设有与第一蜗轮组件配合使用的第一蜗杆齿。
4.根据权利要求3所述的一种机器人行走机构，其特征在于：所述第一蜗轮组件包括第一蜗轮和第一锥齿轮，第一蜗轮和第一锥齿轮通过轴连接；所述第一蜗轮组件共设有4个，均匀分布地固定安装在安装座的上部；所述第一蜗轮在第一蜗杆组件的驱动下带动第一蜗轮组件旋转，通过第一锥齿轮将动力传递至第二蜗杆组件。
5.根据权利要求4所述的一种机器人行走机构，其特征在于：所述第一蜗轮组件在安装座上的安装倾角为45度，所述第一锥齿轮的锥面角度为45度。
6.根据权利要求4所述的一种机器人行走机构，其特征在于：所述第二蜗杆组件包括第二蜗杆齿以及与第一锥齿轮配合使用的第二锥齿轮，通过第二蜗杆轴竖直地安装固定在安装座中部；第二蜗杆组在第一蜗轮组件的驱动下，第一锥齿轮带动第二锥齿轮转动，并带动第二蜗杆组件转动，从而第二蜗杆齿驱动第二蜗轮组件和第三蜗轮组件旋转，实现动力传递。
7.根据权利要求6所述的一种机器人行走机构，其特征在于：所述第二蜗杆组件设有4个，各自与一个第一蜗轮组件配合使用；其中，相对侧的2个第二蜗杆组件各自驱动一个第二蜗轮组件；另2个第二蜗杆组件共同驱动一个第三蜗轮组件。
8.根据权利要求7所述的一种机器人行走机构，其特征在于：所述2个第二蜗轮组件设置在安装座两侧，在相对侧的2个第二蜗杆组件的驱动下旋转，将动力传递至第一机械腿组件和第二机械腿组件；所述第三蜗轮组件设置在安装座中部，在另外2个第二蜗杆组件的驱动下旋转；所述第三蜗轮组件上设有凸轮，第三蜗轮组件旋转时同步带动凸轮转动，实现对第三机械腿组件的周期性顶压，从而将动力传递至第三机械腿组件。
9.根据权利要求8所述的一种机器人行走机构，其特征在于：所述第一机械腿组件包括连杆机构和第一脚部，所示连杆机构偏心地安装在一个第二蜗轮组件上；第二蜗轮组件转动时，驱动连杆机构做周期性运动，进而带动第一脚部做类似迈步的周期性运动；所述第二机械腿组件包括连杆机构和第一脚部，所示连杆机构偏心地安装在另一个第二蜗轮组件上。
10.根据权利要求9所述的一种机器人行走机构，其特征在于：所述第三机械腿组件包括顶杆、第三脚部和复位弹簧；所述顶杆在凸轮的推动下，作竖直方向的往复运动；顶杆下部设有第三脚部，第三脚部在顶杆的驱动，与顶杆一同做竖直往复运动；安装在安装座上的弹簧协助顶杆向上复位。
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