CN112429114A - 一种腿部机构及四足机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种腿部机构，其中，包括互相铰接的大腿和小腿，所述大腿上设有驱动机构，所述驱动机构通过第一杆与所述小腿连接，所述小腿的一端设有转动连接的脚掌模块，所述小腿包括伸缩调节机构。本发明还提供一种四足机器人。本发明改进了腿部机构的结构，使其在面对不同地形和障碍物时，可调节其腿部长度，无须更换零件，且达到减震要求，易于维护。

Description

一种腿部机构及四足机器人

技术领域

本发明涉及四足机器人技术领域，更具体地，涉及一种腿部机构及四足机器人。

背景技术

现有的轮式和履带式车辆只能到达地球上大约一半的陆地，而四足机器人可以到达的陆地面积要大得多。四足机器人在崎岖的地形中比车轮或履带具有更好的通过性，可以用来替代人们完成一些危险区域、恶劣环境、崎岖地形的观测巡逻，物资运输等任务。

与本发明最相似的实现方案：中国专利公开号CN111232088A，公开日期2020年6月5日，一种四足机器人的腿部机构及四足机器人，该腿部机构包括相互铰接的大腿和小腿，大腿的上端安装有电机外壳和行星减速机构，电机外壳内侧安装有电机定子和与电机定子同轴心安装的电机转子，电机转子与行星减速机构的太阳轮轴固联，行星减速机构的行星轮输出架与小腿通过第一杆相连，该专利的关节转动角度范围已经可以满足需求，但是小腿结构为单块刚性零件，小腿结构固定不可伸展，为了跨越更崎岖的地形，更高的障碍物，需更换更长的腿部零件，或者使用更大尺寸型号的四足机器人来完成，导致机器人备件和型号增多，且足部触底减震效果差，维护成本高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有腿部机构的小腿结构固定，无法进行伸展，地形通过性相对较低，而且减震效果差，维护成本高的缺点，提供一种腿部机构。本发明改进了腿部机构的结构，使其在面对不同地形和障碍物时，可调节其腿部长度，无须更换零件，且达到减震要求，易于维护。

本发明还提供一种四足机器人。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种腿部机构，其中，包括互相铰接的大腿和小腿，所述大腿上设有驱动机构，所述驱动机构通过第一杆与所述小腿连接，所述小腿的一端设有转动连接的脚掌模块，所述小腿包括伸缩调节机构。

本技术方案中，小腿上的伸缩调节机构能够对小腿的长度进行调整，从而改变整个腿部机构的长度。面对不同的地形跟障碍物，可以通过伸缩调节结构调整腿部机构的长度，来适应环境，完成行走任务。由于脚掌模块与小腿活动连接，故脚掌模块能够在触地过程中减轻对大腿和小腿的震动传动，减震效果好，避免对大腿的驱动机构产生影响，降低了维护成本。

进一步的，所述大腿包括壳体，所述驱动机构穿入所述壳体内部，所述第一杆位于所述壳体内部。

进一步的，所述驱动机构包括电机和电机输出摆臂，电机与电机输出摆臂通过螺栓连接，所述第一杆的一端与所述电机输出摆臂连接，所述第一杆的另一端与所述小腿转动连接。本技术方案中，电机输出摆臂固定在电机上，电机的旋转会带动电机输出摆臂跟随一起转动，固定在电机输出摆臂上的第一杆也会跟随电机输出摆臂一起转动，带动小腿完成对应的动作。

进一步的，所述小腿还包括连接杆，所述连接杆、缩调节机构和脚掌模块依次连接，所述连接杆与所述大腿通过转轴转动连接，所述第一杆套设在所述转轴上。本技术方案中，连接杆和伸缩调节机构形成一个完整的小腿结构，脚掌模块与伸缩调节机构转动连接。伸缩调节机构能够缩短或伸长小腿整体的长度，能够使腿部机构在不同的地形上行走，或跨越不同大小的障碍物。

进一步的，所述伸缩调节机构包括套筒和吊耳，所述套筒的内部设有螺纹，所述连接件的一端设有第一螺纹杆，所述吊耳的一端设有第二螺纹杆，所述第一螺纹杆和第二螺纹杆分别从套筒的两端伸入套筒并与其内部的螺纹配合连接，所述套筒的两端上设有调节所述第一螺纹杆和第二螺纹杆伸入套筒长度的螺母。第一螺纹杆和第二螺纹杆伸入套筒内部，与套筒内部的螺纹进行固定连接，套筒两端的螺母能够夹紧套筒，对套筒在第一螺纹杆和第二螺纹杆之间的位置进行限位，避免在运动过程中，小腿的长度被改变。

进一步的，所述脚掌模块通过弹簧销和弹簧与所述吊耳的另一端连接，所述弹簧套设在弹簧销上，所述弹簧销穿过所述吊耳和脚掌模块。本技术方案中，脚掌模块通过弹簧销和弹簧实现与小腿转动连接，脚掌模块在触地的过程中产生的震动在弹簧处进行缓冲，避免将震动传递至小腿和大腿，产生震动影响，长期会损坏腿部机构的传动功能。

进一步的，所述吊耳上设有用于限制所述脚掌模块转动的限位块。限位块对脚掌模块进行转动限位，避免脚掌模块过度转动，在触地时不是脚掌面接触，导致脚掌模块不能在地面上稳定支撑。

进一步的，所述脚掌模块与所述吊耳的转动范围为0°～90°。

进一步的，所述脚掌模块外包裹用于减震的聚氨酯橡胶。聚氨酯橡胶能够在一定程度上减轻脚掌模块触地的震动。包括腿部机构，

一种四足机器人，包括腿部机构，所述腿部机构为上述的腿部机构。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过伸缩调节机构中螺纹杆和套筒的螺纹连接，使小腿具备长度调节功能，很好地提高了四足机器人的地形通过能力，且结构可靠，操作简单；本发明中，脚掌模块利用弹簧实现减震功能，增强了对四足机器人的缓冲能力，对四足机器人上的精密元器件提供了更好的保护。

附图说明

图1为本发明一种腿部机构的整体结构示意图。

图2为本发明一种腿部机构的***图。

图3为本发明一种腿部机构的内部结构示意图。

图示标记说明如下：

1-电机，2-大腿，3-电机输出摆臂，4-第一杆，5-大腿第一壳体，6-大腿第二壳体，7-转轴，8-连接件，9-螺母，10-套筒，11-吊耳，12-弹簧，13-弹簧销，14-脚掌模块。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”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发明和简化描述，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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例1

如图1至图3所示为本发明一种腿部机构的实施例。一种腿部机构，本腿部机构包括通过转轴7铰接的大腿2和小腿，大腿2上设有驱动机构，驱动机构通过第一杆4与小腿连接，驱动机构通过第一杆4带动小腿进行运动，小腿的末端设有活动连接的脚掌模块14，小腿上设有伸缩调节结构，能够对小腿的长度进行伸缩调整，来适应不同程度崎岖的地形和不同大小的障碍物。

本实施例中，大腿2还包括壳体，壳体由大腿第一壳体5和大腿第二壳体6拼接形成，驱动机构穿入壳体内部，第一杆4位于壳体的内部，驱动机构包括电机1和电机输出摆臂3，电机1通过法兰固定在大腿第一壳体5，电机输出摆臂3通过螺栓固定在电机1上，第一杆4的一端与电机输出摆臂3固定连接，第一杆4的另一端与小腿铰接，电机输出摆臂3、第一杆4和小腿依次连接构成第一杆机构，将电机1的动力传递至小腿。

本实施例中，小腿包括依次连接的连接杆8和伸缩调节机构，连接杆8和伸缩调节机构形成一个完整的小腿结构；脚掌模块14与伸缩调节机构转动连接。

其中，伸缩调节机构包括套筒10和吊耳11，套筒10的内部设有螺纹，连接件8的一端设有第一螺纹杆，吊耳11的一端设有第二螺纹杆，第一螺纹杆和第二螺纹杆分别从套筒10的两端伸入套筒10并与其内部的螺纹配合连接；套筒10的两端上设有调节第一螺纹杆和第二螺纹杆伸入套筒10长度的螺母9。本实施例中，第一螺纹杆和第二螺纹杆伸入套筒10内部，与套筒10内部的螺纹进行固定连接，第一螺纹杆和第二螺纹杆伸入套筒10的长度决定了最终小腿的长度，套筒10两端的螺母9能够夹紧套筒，对套筒10在第一螺纹杆和第二螺纹杆之间的位置进行限位，避免在运动过程中，小腿的长度被改变。

本实施例中，吊耳11和脚掌模块14通过弹簧销13和弹簧12转动连接，弹簧12套设在弹簧销13上，吊耳11和脚掌模块14上设有用于弹簧12销穿过的槽，弹簧12能够对脚掌模块14在触地运动的过程中产生的震动进行缓冲，避免将震动传递到大腿和小腿。

实施2

本实施例与实施例1相似，不同之处在于，吊耳11靠近脚掌模块14的一侧设有限位件，限位件的一端为直角，限位件的另一端为圆弧角，脚掌模块14与吊耳限位件连接的侧边为直线边，直线边的长度大于限位件的长度，脚掌模块14在围绕弹簧销13转动的过程中，脚掌模块的直线边可以围绕限位件的圆弧角进行旋转，而限位件的直角会抵住脚掌模块14的直线边，限制脚掌模块14的转动。

其中，限位件使得脚掌模块14与吊耳11的转动范围为0°～90°。脚掌模块14外包裹用于减震的聚氨酯橡胶，脚掌模块14在触地时，其外包裹聚氨酯橡胶能够减轻触地产生的震动。

本实施例的工作原理如下文所示：小腿上的伸缩调节机构能够对小腿的长度进行调整，从而改变整个腿部机构的长度。面对不同的地形跟障碍物，可以通过伸缩调节结构调整腿部机构的长度，来适应环境，完成行走任务。由于脚掌模块14与小腿活动连接，且脚掌模块14外包裹聚氨酯橡胶，故脚掌模块14能够在触地过程中减轻对大腿2和小腿的震动传动，减震效果好，避免对大腿的驱动机构产生影响，降低了维护成本。

实施例3

一种四足机器人的实施例。一种四足机器人，四足机器人中包括四个实施例2的腿部机构，腿部机构能够调整四足机器人的整体高度，能够适应不同崎岖程度的地形和不同高度的障碍物，很好地提高了四足机器人的地形通过能力，且不需要配备多种机器人备件和型号，脚掌模块14采用简便的机构利用弹簧实现减震功能，增强了对四足机器人的缓冲能力，对四足机器人上的精密元器件提供了更好的保护。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种腿部机构，包括互相铰接的大腿和小腿，所述大腿上设有驱动机构，所述驱动机构通过第一杆与所述小腿连接，其特征在于：所述小腿的一端设有转动连接的脚掌模块，所述小腿包括伸缩调节机构。

2.根据权利要求1所述的一种腿部机构，其特征在于：所述大腿包括壳体，所述驱动机构穿入所述壳体内部，所述第一杆位于所述壳体内部。

3.根据权利要求2所述的一种腿部机构，其特征在于：所述驱动机构包括电机和电机输出摆臂，电机与电机输出摆臂通过螺栓连接，所述第一杆的一端与所述电机输出摆臂连接，所述第一杆的另一端与所述小腿转动连接。

4.根据权利要求1所述的一种腿部机构，其特征在于：所述小腿还包括连接杆，所述连接杆、缩调节机构和脚掌模块依次连接，所述连接杆与所述大腿通过转轴转动连接，所述第一杆套设在所述转轴上。

5.根据权利要求4所述的一种腿部机构，其特征在于：所述伸缩调节机构包括套筒和吊耳，所述套筒的内部设有螺纹，所述连接件的一端设有第一螺纹杆，所述吊耳的一端设有第二螺纹杆，所述第一螺纹杆和第二螺纹杆分别从套筒的两端伸入套筒并与其内部的螺纹配合连接，所述套筒的两端上设有调节所述第一螺纹杆和第二螺纹杆伸入套筒长度的螺母。

6.根据权利要求5所述的一种腿部机构，其特征在于：所述脚掌模块通过弹簧销和弹簧与所述吊耳的另一端连接，所述弹簧套设在弹簧销上，所述弹簧销穿过所述吊耳和脚掌模块。

7.根据权利要求6所述的一种腿部机构，其特征在于：所述吊耳上设有用于限制所述脚掌模块转动的限位块。

8.根据权利要求7所述的一种腿部机构，其特征在于：所述脚掌模块与所述吊耳的转动范围为0°～90°。

9.根据权利要求6所述的一种腿部机构，其特征在于：所述脚掌模块外包裹用于减震的聚氨酯橡胶。

10.一种四足机器人，包括腿部机构，其特征在于：所述腿部机构为权利要求1-9任一项所述的腿部机构。

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