CN107128398B - 双足行走机器人多关节腿部结构 - Google Patents

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Abstract

一种双足行走机器人多关节腿部结构，包括脚板运动机构、脚踝关节运动机构、腿部关节运动机构，脚趾关节通过轴与脚板铰接，小腿下关节支架通过轴与内支架铰接，内支架与脚踝关节支撑板铰接，所述脚板运动机构能够控制脚趾关节绕着与脚板相互铰接的轴抬脚趾运动，实现了抬脚趾运动；脚踝关节运动机构能够控制所述脚板向左或向右摆脚运动，也可以控制脚板向前或前后运动，实现了机器人脚板关节能够多个自由度运动；腿部关节运动机构能够控制小腿的关节顺时针或逆时针抬腿运动，同时也可以控制小腿绕着大腿旋转运动，实现了机器人腿部的关节能够多个自由度抬腿双足行走运动，使仿人机器人的双足行走更具灵活性。

Description

双足行走机器人多关节腿部结构
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，更具体地说，涉及一种双足行走机器人多关节腿部结构。
背景技术
近几年来智能机器人逐渐走入千家万户，市场上出现了各种各样的机器人，机器人虽然发展的比较快，但多关节的双足机器人却起步的较慢，发展速度较慢，市场上缺少多关节的双足行走机器人，由于多关节双足行走机器人，能够在家庭中完成多种的服务， 如清扫、 娱乐、 保姆、 家庭安保等事情， 将成为人类伙伴， 改变人类生活方式，因此多关节的双足行走机器人受到大多数人的喜爱。
但现有的机器人中，机器人的运动关节多自由度一直是研发机构的难题，机器人的多关节自由度运动难度大，结构复杂成为了较多企业研发多关节双足行走机器人的难题。
发明内容
为了克服现有机器人的腿部多关节自由度运动难度大的难题，本发明提供了一种多关节自由度的机器人腿部结构，该双足行走机器人多关节腿部结构能够实现机器人类似人的腿部多个自由度抬腿双足行走运动，使仿人机器人的双足行走更具灵活性，能够更好的服务于人们的日常生活。
本发明所解决的技术问题所采用的技术方案是：一种双足行走机器人多关节腿部结构，包括脚板运动机构、脚踝关节运动机构、腿部关节运动机构，内支架、小腿下关节支架、踝关节驱动电机、脚趾板、脚板、上关节固定板，脚趾板通过脚趾关节轴与脚板铰接，小腿下关节支架通过连接轴与内支架铰接，内支架与脚踝关节支撑板铰接，脚板运动机构能够控制脚趾板绕着与脚板相互铰接的脚趾关节轴抬脚趾运动，脚踝关节运动机构能够控制脚板向左/向右摆脚运动，也可以控制脚板向前/向后运动；腿部关节运动机构能够控制小腿的关节顺时针/逆时针抬腿运动，同时也可以控制小腿绕着大腿旋转运动，所述腿部关节运动机构包括下关节固定板、下关节固定板驱动机、圆盘形直齿齿轮、直齿齿轮和上关节固定板，下关节固定板里面设计有固定轴，固定轴能够与圆盘形直齿齿轮中心的轴承连接，圆盘形直齿齿轮能够绕着固定轴的轴心顺时针或逆时针旋转。
所述脚板运动机构包括脚趾驱动电机、主动连杆、传动连杆、脚趾板和脚趾下关节轴；进一步的，所述脚趾驱动电机安装在脚板上连接固定，脚趾驱动电机与主动连杆相互连接，主动连杆与传动连杆相互连接，传动连杆与脚趾板相互连接，脚趾板通过脚趾关节轴与脚板铰接；所述的脚趾驱动电机转动就带动主动连杆转动，主动连杆转动就带动传动连杆转动，传动连杆转动就带动脚趾板绕着脚趾关节轴运动，实现脚趾抬高运动。
所述脚板上设计有两块脚踝关节支撑板，任意一块踝关节支撑板安装固定有弧形直齿齿牙，所述弧形直齿齿牙能够与直齿齿轮相互啮合，直齿齿轮转动时能带动弧形直齿齿牙转动；进一步的，所述脚踝关节支撑板设计有轴孔，脚踝关节支撑板通过连接轴与内支架里面的轴承连接，脚踝关节驱动电机转动时带动直齿齿轮转动从而带动与脚板相互固定的弧形直齿齿牙，进而带动脚板绕着连接轴向左或向右摆动。
所述脚踝关节运动机构包括所述踝关节驱动电机、内支架、小腿下关节支架和齿轮；进一步的，所述小腿下关节支架通过轴与内支架铰接，在小腿下关节支架里面安装有驱动电机，驱动电机与直齿齿轮连接，直齿齿轮与扇形直齿齿轮相互啮合，所述扇形直齿齿轮与内支架连接固定：更进一步的，所述小腿下关节支架可以与小腿连接固定，所述内支架固定时，驱动电机转动就带动直齿齿轮绕着扇形直齿齿轮啮合顺时针或逆时针转动，从而带动小腿下关节支架绕着铰接轴转动。
所述内支架里面安装有驱动电机，驱动电机与直齿齿轮连接，所述直齿齿轮与弧形直齿齿牙相互啮合，驱动电机转动能够带动弧形直齿齿牙以轴承为轴心转动，进而带动了脚板绕着轴承的轴心顺时针或逆时针转动。
所述下关节固定板安装有下关节固定板驱动电机，下关节固定板驱动电机与直齿齿轮连接，直齿齿轮与圆盘形直齿齿轮相互啮合，直齿齿轮转动能够带动圆盘形直齿齿轮转动。
所述圆盘形直齿齿轮的上端面设计有连接支架，所述连接支架通过轴与上关节固定板铰接，在连接支架外侧面安装固定有扇形直齿齿轮，扇形直齿齿轮与安装在上关节固定板的驱动电机上的直齿齿轮相互啮合，上关节固定板驱动电机转动能够带动上关节固定板转动。
所述上关节固定板能够安装进大腿的里面与大腿连接固定，所述下关节固定板能够安装进小腿的上关节里面与小腿连接固定；进一步的，所述驱动电机与机器人的控制***，控制***能够独立的控制每一个驱动电机工作。
本发明的有益效果是，一种双足行走机器人多关节腿部结构，包括脚板运动机构、脚踝关节运动机构、腿部关节运动机构，脚趾板通过轴与脚板铰接，小腿下关节支架通过轴与内支架铰接，内支架与脚踝关节支撑板铰接，所述脚板运动机构能够控制脚趾板绕着与脚板相互铰接的轴抬脚趾运动，实现了抬脚趾运动，防止机器人行走时蹒跚和跌倒；脚踝关节运动机构能够控制所述脚板向左或向右摆脚运动，也可以控制脚板向前或前后运动，实现了机器人脚板关节能够多个自由度运动；腿部关节运动机构能够控制小腿的关节顺时针或逆时针抬腿运动，同时也可以控制小腿绕着大腿旋转运动，实现了机器人腿部的关节能够多个自由度运动，控制***能够独立的控制每一个运动机构的工作指令，该双足行走机器人多关节腿部结构能够实现机器人能够类似人的腿部多个自由度抬腿双足行走运动，使仿人机器人的双足行走更具灵活性。
附图说明下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是腿部立体图
图2是腿部立体图的***图
图3是脚板运动机构视图
图4是踝关节运动机构视图
图5是腿部关节运动机构视图
图 6是腿部立体图的***图细节A视图
图中：1. 脚板运动机构，2. 脚踝关节运动机构，3.小腿，4. 腿部关节运动机构，5.大腿，12. 脚趾板，13. 传动连杆，14. 脚趾关节轴，15. 主动连杆，16. 脚趾驱动电机，17. 弧形直齿齿牙，18. 脚踝关节支撑板，19. 连接轴，20. 踝关节驱动电机，21. 直齿齿轮，22. 扇形直齿齿轮， 23.直齿齿轮，24. 小腿下关节支架驱动电机，25. 小腿下关节支架，26. 内支架，27.轴承，40. 下关节固定板，41. 直齿齿轮，42. 下关节固定板驱动电机，43. 圆盘形直齿齿轮，44. 连接支架，45. 上关节固定板，46. 上关节固定板驱动电机，47.直齿齿轮，48. 扇形直齿齿轮，49. 固定轴。
具体实施方式
在图1、图2、图3示实施例中，脚趾板12通过脚趾关节轴14与脚板铰接，小腿下关节支架26通过连接轴与内支架25铰接，内支架25与脚踝关节支撑板18铰接，所述脚趾驱动电机16安装在脚板上连接固定，脚趾驱动电机16与主动连杆15相互连接，主动连杆15与传动连杆13相互连接，传动连杆13与脚趾板12相互连接，脚趾驱动电机16转动就带动主动连杆转动15，主动连杆15转动就带动传动连杆13转动，传动连杆13转动就带动脚趾板12绕着脚趾关节轴14运动，实现脚趾板12抬高运动，创新的脚趾抬高功能协助5个脚尖提起，防止蹒跚和跌倒。
脚板上设计有两块脚踝关节支撑板18，脚踝关节支撑板18设计有轴孔，脚踝关节支撑板18通过连接轴19与内支架26里面的轴承27连接，任意一块踝关节支撑板18安装固定有弧形直齿齿牙17，所述弧形直齿齿牙17能够与直齿齿轮21相互啮合，直齿齿轮21转动时能带动弧形直齿齿17牙转动；脚踝关节运动机构2能够控制所述脚板向左或向右摆脚运动，也可以控制脚板向前或前后运动，实现了机器人脚板关节能够多个自由度运动；腿部关节运动机构4能够控制小腿3的关节顺时针或逆时针抬腿运动，同时也可以控制小腿3绕着大腿旋转运动，实现了机器人腿部的关节能够多个自由度运动。
图4所示，所示实施例中，所述脚踝关节运动机构2包括所述踝关节驱动电机20、内支架26、小腿下关节支架25和齿轮，小腿下关节支架25通过轴与内支架26铰接，在小腿下关节支架25里面安装有小腿下关节支架驱动电机24，小腿下关节支架驱动电机24与直齿齿轮23连接，直齿齿轮23与扇形直齿齿轮22相互啮合，扇形直齿齿轮22与内支架26连接固定，小腿下关节支架25可以与小腿3连接固定。当所述内支架26固定时，小腿下关节支架驱动电机24转动就带动直齿齿轮23绕着扇形直齿齿轮22啮合顺时针或逆时针转动，从而带动小腿下关节支架25绕着铰接轴转动。
所述内支架26里面安装有踝关节驱动电机20，踝关节驱动电机20与直齿齿轮21连接，所述直齿齿轮21与弧形直齿齿牙17相互啮合，踝关节驱动电机20转动能够带动弧形直齿齿牙17以轴承27为轴心转动，进而带动了脚板绕着轴承27的轴心顺时针或逆时针转动，实现了脚板的抬高运动。
图5、图6所示实施例中，腿部关节运动机构4包括所述下关节固定板40、下关节固定板驱动电机42、圆盘形直齿齿轮43、直齿齿轮和上关节固定板45，所述下关节固定板40里面设计有固定轴49，固定轴49能够与圆盘形直齿齿轮43中心的轴承连接，圆盘形直齿齿轮43能够绕着固定轴的轴心顺时针或逆时针旋转。
所述下关节固定板40安装有下关节固定板驱动电机42，下关节固定板驱动电机42与直齿齿轮41连接，直齿齿轮41与圆盘形直齿齿轮43相互啮合，直齿齿轮41转动能够带动圆盘形直齿齿43轮转动；圆盘形直齿齿轮43的上端面设计有连接支架44，所述连接支架44通过轴与上关节固定板45铰接，在连接支架44外侧面安装固定有扇形直齿齿轮48，扇形直齿齿轮48与安装在上关节固定板45的上关节固定板驱动电机46上的直齿齿轮47相互啮合，上关节固定板驱动电机46转动能够带动上关节固定板45转动，上关节固定板45能够安装进大腿5的里面与大腿5连接固定，下关节固定板40能够安装进小腿2的上关节里面与小腿2连接固定。各驱动电机与机器人的控制***，控制***能够独立的控制每一个驱动电机工作。
该双足行走机器人多关节腿部结构能够实现机器人类似人的腿部多个自由度抬腿双足行走运动，使仿人机器人的双足行走更具灵活性。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施方式的限制，上述实施方式和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种双足行走机器人多关节腿部结构，包括脚板运动机构（1）、脚踝关节运动机构（2）、腿部关节运动机构（4），内支架（26）、小腿下关节支架（25）、踝关节驱动电机（20）、脚趾板（12）、脚板、上关节固定板（45），其特征在于：脚趾板（12）通过脚趾关节轴（14）与脚板铰接，小腿下关节支架（25）通过连接轴（19）与内支架（26）铰接，内支架（26）与脚踝关节支撑板（18）铰接，脚板运动机构能够控制脚趾板（12）绕着与脚板相互铰接的脚趾关节轴（14）抬脚趾运动，脚踝关节运动机构（2）能够控制脚板向左/向右摆脚运动，也可以控制脚板向前/向后运动；腿部关节运动机构（4）能够控制小腿的关节顺时针/逆时针抬腿运动，同时也可以控制小腿绕着大腿旋转运动，所述腿部关节运动机构(4)包括下关节固定板（40）、下关节固定板驱动电机(42)、圆盘形直齿齿轮（43）、第三直齿齿轮（41）和上关节固定板（45），下关节固定板（40）里面设计有固定轴（49），固定轴（49）能够与圆盘形直齿齿轮（43）中心的轴承连接，圆盘形直齿齿轮（43）能够绕着固定轴（49）的轴心顺时针或逆时针旋转。
2.根据权利要求1所述双足行走机器人多关节腿部结构，其特征在于：所述脚板运动机构（1）包括脚趾驱动电机（16）、主动连杆（15）、传动连杆（13）、脚趾板（12）、脚趾关节轴（14），脚趾驱动电机（16）安装在脚板上连接固定，脚趾驱动电机（16）与主动连杆（15）相互连接，主动连杆（15）与传动连杆（13）相互连接，传动连杆（13）与脚趾板（12）相互连接，脚趾板（12）通过脚趾关节轴（14）与脚板铰接。
3.根据权利要求2所述双足行走机器人多关节腿部结构，其特征在于：所述脚板上设计有两块脚踝关节支撑板（18），任意一块踝关节支撑板（18）安装固定有弧形直齿齿牙（17），弧形直齿齿牙（17）能够与第一直齿齿轮（21）相互啮合，第一直齿齿轮（21）转动时能带动弧形直齿齿牙（17）转动；脚踝关节支撑板（18）设计有轴孔，脚踝关节支撑板（18）通过连接轴（19）与内支架（26）里面的轴承（27）连接。
4.根据权利要求1所述双足行走机器人多关节腿部结构，其特征在于：所述脚踝关节运动机构包括踝关节驱动电机（20）、内支架（26）、小腿下关节支架（25）和齿轮，小腿下关节支架（25）通过轴与内支架（26）铰接，在小腿下关节支架（25）里面安装有小腿下关节支架驱动电机（24），小腿下关节支架驱动电机（24）与第二直齿齿轮（23）连接，第二直齿齿轮（23）与扇形直齿齿轮（22）相互啮合，扇形直齿齿轮（22）与内支架（26）连接固定。
5.根据权利要求4所述双足行走机器人多关节腿部结构，其特征在于：所述小腿下关节支架（25）可以与小腿（3）连接固定，内支架（26）固定时，小腿下关节支架驱动电机（24）转动就带动第二直齿齿轮（23）绕着扇形直齿齿轮（22）啮合顺时针/逆时针转动，带动小腿下关节支架（25）绕着铰接轴转动。
6.根据权利要求3所述双足行走机器人多关节腿部结构，其特征在于：所述内支架（26）里面安装有踝关节驱动电机（20），踝关节驱动电机（20）与第一直齿齿轮（21）连接，第一直齿齿轮（21）与弧形直齿齿牙（17）相互啮合，踝关节驱动电机（20）转动能够带动弧形直齿齿牙（17）以轴承（27）为轴心转动，带动了脚板绕着轴承（27）的轴心顺时针/逆时针转动。
7.根据权利要求1所述双足行走机器人多关节腿部结构，其特征在于：所述下关节固定板（40）安装有下关节固定板驱动电机（42），下关节固定板驱动电机（42）与第三直齿齿轮（41）连接，第三直齿齿轮（41）与圆盘形直齿齿轮（43）相互啮合，第三直齿齿轮（41）转动能够带动圆盘形直齿齿轮（43）转动。
8.根据权利要求7所述双足行走机器人多关节腿部结构，其特征在于：所述圆盘形直齿齿轮（43）的上端面设计有连接支架（44），连接支架（44）通过轴与上关节固定板（45）铰接，在连接支架（44）外侧面安装固定有扇形直齿齿轮（22），扇形直齿齿轮（22）与安装在上关节固定板（45）的上关节固定板驱动电机（46）上的第四直齿齿轮（47）相互啮合，上关节固定板驱动电机（46）转动能够带动上关节固定板（45）转动。
9.根据权利要求7所述双足行走机器人多关节腿部结构，其特征在于：所述上关节固定板（45）能够安装进大腿（5）的里面与大腿（5）连接固定，下关节固定板（40）能够安装进小腿（3）的上关节里面与小腿（3）连接固定。
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