CN207060207U - 足式机器人腿部机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种足式机器人腿部机构，机体包括平行设置的上板和下板，机体内固定有驱动关节，驱动关节输入端与电机连接，驱动关节输出端与输出轴连接；多个六圆弧凸轮均与一个输出轴固定连接，每个六圆弧凸轮均卡接在相应的方形槽内，方形槽与相应的滑动杆的一端固定连接，滑动杆的另一端与滑动球角机构连接，滑动球角机构与连杆的一端连接，连杆通过小轴安装在转动轴上，转动轴通过轴承安装在上板与下板之间，连杆的另一端安装有步行足，根据不同步行足的安装位置设定相应滑动杆的长度。通过一个动力源控制多条步行足，结构简单，重量轻，体积小，兼顾两栖环境，解决了现有技术中多足机器人的动力源过多，灵活性差，运动范围受限的问题。

Description

足式机器人腿部机构

技术领域

本实用新型属于机器人技术领域，涉及一种足式机器人腿部机构，应用于多足机器人，可以用来模拟海蟹、蜘蛛等多足生物的足部运动。

背景技术

水下仿生学、机器人学、机械动力学等学科不断进步与发展，社会多方面的需求量不断增加，多足仿生机器人因其适应能力强、应用广泛等特点成为机械领域的研究热点。多足仿生机器人能够在多种复杂路面情况下高速稳定地运动。以多足仿生机器人为平台，搭载不同的工作工具，可以进行排雷、焊接、管道清理、生物样本采集等有危险性、环境恶劣的工作。步行足作为多足机器人实现功能的主要部位，对于足式结构的设计是仿生多足机器人设计的重中之重。现有仿生多足机器人的结构过于复杂、动力源过多，从而导致机器人过重，难以达到小型化、灵活性强、运动范围广的实际需求；而且目前的足式机器人大多不能兼顾两栖环境。

实用新型内容

为了达到上述目的，本实用新型提供一种足式机器人腿部机构，通过一个动力源控制多条步行足，结构简单，重量轻，体积小，兼顾两栖环境，解决了现有技术中多足机器人的动力源过多，灵活性差，运动范围受限的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种足式机器人腿部机构，其特征在于，包括机体，机体包括平行设置的上板和下板，机体内固定有驱动关节，驱动关节的输入端与电机连接，驱动关节的输出端与输出轴连接；多个六圆弧凸轮均与一个输出轴固定连接，每个六圆弧凸轮均卡接在相应的方形槽内，方形槽与相应的滑动杆的一端固定连接，滑动杆的另一端与滑动球角机构连接，滑动球角机构与连杆的一端连接，连杆的这一端通过小轴安装在转动轴上，转动轴通过轴承安装在上板与下板之间，连杆的另一端安装有步行足；根据不同步行足的安装位置设定相应滑动杆的长度，每个滑动杆的中部均设有分别向上板、下板延伸的翼板，在上板和下板上、沿上板和下板的长度方向分别设有与翼板对应的自润滑材料制的滑槽，翼板的端部卡合安装在滑槽内。

本实用新型的特征还在于，进一步的，所述滑动球角机构包括U型的大支架和U型的小支架，大支架的两个U型边内侧均设有环形扣，小支架通过环形扣卡在大支架的U型开口内，小支架与大支架之间设有第二轴承，小支架的U型开口处通过紧固钉固定有挡板，挡板及第三轴承将转动球卡在小支架的U型开口内，转动球与小支架之间、转动球与挡板之间均设有第三轴承；大支架与滑动杆连接，转动球与连杆的一端连接，连杆的另一端安装有步行足，连杆的中部通过第一轴承与小轴转动连接，转动轴上开有径向的安装孔，小轴通过安装孔与转动轴垂直固定连接。

进一步的，所述翼板端部为圆弧形。

进一步的，所述上板和下板之间设有多根支撑柱，在上板和下板的外表面、与支撑柱对应处均设有压盖。

进一步的，所述驱动关节通过前支架和后支架固定在机体内，驱动关节分别与控制器、遥控装置连接，控制器、遥控装置均安装在机体上。

进一步的，所述输出轴上装有编码器，用以采集驱动关节输出转数的读数。

进一步的，在所述上板和下板的外表面、滑槽处设有滑槽压盖，轴承通过压盖分别与上板、下板固定连接。

进一步的，所述步行足的足端设有足尖。

进一步的，所述多个六圆弧凸轮在一个输出轴上按照顺序由内向外依次排列，每个六圆弧凸轮上开设有与输出轴配合的孔。

本实用新型的有益效果是：本实用新型包括机体和多个腿部机构，机体内固定有驱动关节，每个腿部机构包括一个六圆弧凸轮，多个六圆弧凸轮连接在一个驱动关节的输出轴上，每个六圆弧凸轮均卡接在相应的方形槽内，方形槽与相应的滑动杆的一端固定连接，滑动杆的另一端与滑动球角连接，滑动球角与连杆的一端连接，连杆通过小轴安装在转动轴上，连杆的另一端安装有步行足；根据不同步行足的安装位置设定相应滑动杆的长度，每个滑动杆的中部均设有分别向上板、下板延伸的翼板，在上板和下板上、沿上板和下板的长度方向分别设有与翼板对应的滑槽，翼板的端部卡合安装在滑槽内。每个腿部机构通过六圆弧凸轮及滑动球角机构控制相应步行足的行走运动，多个腿部机构控制多个步行足的行走运动，实现了通过一个动力源控制多条步行足行走，能够模仿多足生物的复杂运动，具有结构简单，重量轻，体积小，效率高、成本低等优点。

本实用新型采用模块化结构设计，驱动关节为防水驱动装置，能够在水下环境使用，使得本实用新型能够在水陆两栖环境下作业，灵活性强，运动范围广。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型单组腿部机构的主视图；

图2是本实用新型单组腿部机构的右视图；

图3是本实用新型机体的结构示意图；

图4是滑动球角机构的主视图；

图5是滑动球角机构的右视图；

图6是六圆弧凸轮机构的运动原理图；

图7是六圆弧凸轮机构的运动简图；

图8是滑动球角驱动步行足运动的结构示意图；

图9是一个驱动关节带动三条步行足的结构示意图。

图中，1-1.上板，1-2.下板，2.六圆弧凸轮，3.滑动杆，4.步行足，5.连杆，6.转动轴，7.小轴，8.第一轴承，9.压盖，10.足尖，11.支撑柱，12.滑槽，13.滑动球角机构，14.编码器，15.前支架，16.驱动关节，17.后支架，18.滑槽压盖，19.轴承，20.大支架，21.小支架，22.第二轴承，23.挡板，24.转动球，25.紧固钉，26.第三轴承，27.输出轴，28.翼板。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型单组腿部机构的结构，如图1-3所示，包括机体和一个腿部机构，机体包括平行设置的上板1-1和下板1-2，上板1-1和下板1-2可以采用碳纤维、有机玻璃、铝合金或不锈钢材料制得，上板1-1和下板1-2之间设有多根支撑柱11，在上板1-1和下板1-2的外表面、与支撑柱11对应处均设有压盖9；驱动关节16通过前支架15和后支架17固定在机体内，驱动关节16分别与控制器、遥控装置连接，控制器、遥控装置均安装在上板1-1、下板1-2上，驱动关节16的输入端与电机连接，驱动关节16的输出端与输出轴27连接，输出轴27上装有编码器14，用以采集驱动关节16输出转数的读数；腿部机构包括六圆弧凸轮2，六圆弧凸轮2与输出轴27固定连接，六圆弧凸轮2卡接在方形槽内，能够在方形槽内转动，方形槽与滑动杆3的一端固定连接，滑动杆3的另一端与滑动球角机构13连接，滑动杆3的中部设有分别向上板1-1、下板1-2延伸的翼板28，在上板1-1、下板1-2上均设有与翼板28对应的滑槽12，滑槽12沿上板1-1、下板1-2的长度方向设置，在上板1-1和下板1-2的外表面、滑槽12处设有滑槽压盖18，翼板28端部卡合安装在滑槽12内，能在滑槽12滑动，翼板28端部为圆弧形；滑动球角机构13与连杆5的一端连接，连杆5的另一端安装有步行足4，步行足4的足端设有足尖10，起到减震防滑作用；连杆5通过小轴7安装在转动轴6上，转动轴6通过轴承19安装在上板1-1与下板1-2之间；轴承19通过压盖9分别与上板1-1、下板1-2固定连接，用于定位、固定转动轴6。

滑动球角机构13为一种能够实现空间多自由度传递运动的陀螺状结构，结构如图4-5所示，包括大支架20和小支架21，大支架20和小支架21均呈U型，小支架21卡在大支架20的U型开口内，大支架20的两个U型边内侧均设有环形扣，小支架21通过环形扣卡在支架20的U型开口内，小支架21与大支架20之间设有第二轴承22，大支架20由相同的两部分扣在一起组成U型，使得在装配时能够将第二轴承22和小支架21扣接在一起；小支架21的U型开口处通过紧固钉25固定有挡板23，挡板23将转动球24卡在小支架21的U型开口内，转动球24与小支架21之间、转动球24与挡板23之间均设有第三轴承26，第二轴承22、第三轴承26均起到减小摩擦、使转动更流畅的作用；大支架20与滑动杆3连接，转动球24与连杆5的一端连接，连杆5的另一端安装有步行足4，连杆5的中部通过第一轴承8与小轴7转动连接，转动轴6上开有径向的安装孔，小轴7通过安装孔与转动轴6垂直固定连接。

本实用新型足式机器人腿部机构的运动原理，如图6-8所示，六圆弧凸轮2随驱动关节16的输出轴27一起转动，同时六圆弧凸轮2在方形槽内滑动，六圆弧凸轮2由于偏心特性，带动滑动杆3在水平面内往复运动，同时在垂直面内上下摆动，翼板28端部为圆弧形，便于滑动杆3在竖直平面内上下摆动；滑动杆3的两个翼板28在滑槽12内滑动，滑槽12限制了滑动杆3沿上板1-1、下板1-2的宽度方向的自由度，使滑动杆3只能沿上板1-1、下板1-2的长度方进行水平往复运动和垂直上下摆动。当滑动杆3沿上板1-1、下板1-2的长度方向进行水平往复运动和垂直上下摆动时，滑动杆3带动大支架20同步运动，大支架20水平往复运动和垂直上下摆动，小支架21在第二轴承22的作用下绕着竖直方向的轴线转动，转动球24绕水平方向的轴线在小支架21内转动，转动球24的水平往复运动受转动轴6限制转换为推动连杆5、小轴7绕转动轴6水平往复转动；连杆5的中部通过第一轴承8与小轴7转动连接，使得连杆5能够绕着小轴7顺畅的转动，转动球24的垂直上下摆动带动连杆5绕小轴7垂直上下转动，连杆5的垂直上下转动与水平往复转动合成到步行足4上，形成三维空间轨迹曲线，使得步行足4实现行走运动。

一个驱动关节16带动三条步行足4的结构，如图9所示，包括三个足部机构，每个足部机构包括一个六圆弧凸轮2，多个六圆弧凸轮2均与一个驱动关节16的输出轴27连接，每个六圆弧凸轮2的外部均套设有方形槽，方形槽与相应的滑动杆3的一端固定连接，滑动杆3的另一端与相应的滑动球角机构13连接，滑动球角机构13与连杆5的一端连接，连杆5通过小轴7安装在转动轴6上，连杆5的另一端与步行足4连接；根据不同步行足4的安装位置设定滑动杆3的长度，每个滑动杆3的中部均设有分别向上板1-1、下板1-2延伸的翼板28，在上板1-1和下板1-2上、沿上板1-1和下板1-2的长度方向分别设有与翼板28对应的滑槽12，翼板28的端部卡合安装在滑槽12内。

一个驱动关节16控制多条步行足的运动原理：驱动关节16带动输出轴27转动，每个六圆弧凸轮2带动对应的滑动杆3在水平面内往复运动和垂直面内上下摆动，滑动杆3与滑动球角机构13的连接端带动滑动球角机构13同步运动，滑动球角机构13的水平往复运动受转动轴6限制转换为推动连杆5、小轴7绕转动轴6水平往复转动；连杆5的中部通过第一轴承8与小轴7转动连接，使得连杆5能够绕着小轴7顺畅的垂直上下转动，连杆5的垂直上下转动与水平往复转动合成到步行足4上，使得步行足4实现行走运动，即每个六圆弧凸轮2带动一条步行足4做行走运动；本实用新型将多个六圆弧凸轮2的偏心均连接在一个驱动关节16的输出轴27上，多个六圆弧凸轮2带动多条步行足4做行走运动，即可实现一个驱动关节16(动力源)控制多条步行足4行走，极大的减少了机器人重量，简化了结构，缩小了体积，使得机器人的灵活性更强，运动范围更广。

动物在实际运动过程中，多条腿并不是同时向相同方向运动的，我们将同一套样机上面的足部机构分成多组，每一组由一个驱动关节控制；这样，多个驱动关节不同方向不同频率的转动，就实现了多组足部机构向着不同方向的不同频率运动。

每一组足部机构的多个凸轮2均连接在同一驱动关节16的输出轴27上面，按照顺序由内向外依次排列。每个六圆弧凸轮2上开设有与输出轴27配合的孔，便于与输出轴27连接牢固；孔的位置根据足部机构实际需要的运动相位来确定。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种足式机器人腿部机构，其特征在于，包括机体，机体包括平行设置的上板(1-1)和下板(1-2)，机体内固定有驱动关节(16)，驱动关节(16)的输入端与电机连接，驱动关节(16)的输出端与输出轴(27)连接；多个六圆弧凸轮(2)均与一个输出轴(27)固定连接，每个六圆弧凸轮(2)均卡接在相应的方形槽内，方形槽与相应的滑动杆(3)的一端固定连接，滑动杆(3)的另一端与滑动球角机构(13)连接，滑动球角机构(13)与连杆(5)的一端连接，连杆(5)的这一端通过小轴(7)安装在转动轴(6)上，转动轴(6)通过轴承(19)安装在上板(1-1)与下板(1-2)之间，连杆(5)的另一端安装有步行足(4)；根据不同步行足(4)的安装位置设定相应滑动杆(3)的长度，每个滑动杆(3)的中部均设有分别向上板(1-1)、下板(1-2)延伸的翼板(28)，在上板(1-1)和下板(1-2)上、沿上板(1-1)和下板(1-2)的长度方向分别设有与翼板(28)对应的自润滑材料制的滑槽(12)，翼板(28)的端部卡合安装在滑槽(12)内。

2.根据权利要求1所述的一种足式机器人腿部机构，其特征在于，所述滑动球角机构(13)包括U型的大支架(20)和U型的小支架(21)，大支架(20)的两个U型边内侧均设有环形扣，小支架(21)通过环形扣卡在大支架(20)的U型开口内，小支架(21)与大支架(20)之间设有第二轴承(22)，小支架(21)的U型开口处通过紧固钉(25)固定有挡板(23)，挡板(23)及第三轴承(26)将转动球(24)卡在小支架(21)的U型开口内，转动球(24)与小支架(21)之间、转动球(24)与挡板(23)之间均设有第三轴承(26)；大支架(20)与滑动杆(3)连接，转动球(24)与连杆(5)的一端连接，连杆(5)的另一端安装有步行足(4)，连杆(5)的中部通过第一轴承(8)与小轴(7)转动连接，转动轴(6)上开有径向的安装孔，小轴(7)通过安装孔与转动轴(6)垂直固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种足式机器人腿部机构，其特征在于，所述翼板(28)的端部为圆弧形。

4.根据权利要求1所述的一种足式机器人腿部机构，其特征在于，所述上板(1-1)和下板(1-2)之间设有多根支撑柱(11)，在上板(1-1)和下板(1-2)的外表面、与支撑柱(11)对应处均设有压盖(9)。

5.根据权利要求1所述的一种足式机器人腿部机构，其特征在于，所述驱动关节(16)通过前支架(15)和后支架(17)固定在机体内，驱动关节(16)分别与控制器、遥控装置连接，控制器、遥控装置均安装在机体上。

6.根据权利要求1所述的一种足式机器人腿部机构，其特征在于，所述输出轴(27)上装有编码器(14)，用以采集驱动关节(16)输出转数的读数。

7.根据权利要求1所述的一种足式机器人腿部机构，其特征在于，在所述上板(1-1)和下板(1-2)的外表面、滑槽(12)处设有滑槽压盖(18)，轴承(19)通过压盖(9)分别与上板(1-1)、下板(1-2)固定连接。

8.根据权利要求1所述的一种足式机器人腿部机构，其特征在于，所述步行足(4)的足端设有足尖(10)。

9.根据权利要求1所述的一种足式机器人腿部机构，其特征在于，所述多个六圆弧凸轮(2)在一个输出轴(27)上按照顺序由内向外依次排列，每个六圆弧凸轮(2)上开设有与输出轴(27)配合的孔。