CN218258450U - 双足机器人的机械腿及双足机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及一种双足机器人的机械腿及双足机器人，其中机械腿具有相互铰接的大腿和小腿以及铰接于小腿下端的脚掌，包括：抬腿驱动组件、腿部弯曲组件和脚掌动作组件，抬腿驱动组件位于大腿的上端，用于带动大腿前后摆动，腿部弯曲组件位于大腿前后，用于带动小腿进行弯曲动作，脚掌动作组件位于小腿后侧，用于带动脚掌前后俯仰，本实用新型采用的驱动组件均采用伺服电机作为动力源，响应速度快，动作更加灵活且精确，动作过程稳定，通过抬腿驱动组件、腿部弯曲组件和脚掌动作组件的配合，满足双足机器人的行走，动作更加准确且稳定，易于操控。

Description

双足机器人的机械腿及双足机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及一种双足机器人的机械腿及双足机器人。

背景技术

随着机器人的快速发展，机器人的应用领域也越来越广泛，机器人所需实现的功能也越来越多，而机器人首先要满足的功能就是自身的运动，尤其是在足式机器人中，如何实现机器人能够模拟动物腿部的行走状态，是一个重要的研究方向。

目前的足式机器人，大多是在腿部的关节处设置执行器，能够带动机器人腿部结构中的大腿相对髋关节转动，或者带动小腿相对膝关节转动，但是，机器人腿部结构处的自由度较少，不够灵活，而且在进行行走时，动作控制精度低，动作过程不够稳定。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本公开总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种双足机器人的机械腿及双足机器人，机械腿能够灵活动作、行走、动作更加准确且稳定，易于操控。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种双足机器人的机械腿，具有相互铰接的大腿和小腿以及铰接于所述小腿下端的脚掌，其特征在于，包括：

抬腿驱动组件，位于大腿的上端，包括第一电机及与所述第一电机输出轴啮合的第一齿轮，所述第一电机固定于身体躯干上，所述第一齿轮固定于所述大腿上端的旋转座上，所述第一电机输出扭矩带动大腿前后摆动；

腿部弯曲组件，位于大腿前侧，包括第二电机和第一伸缩组件，所述第一伸缩组件包括第一丝杆和第一套筒，所述第一套筒的上端与大腿前侧转动连接，所述第二电机输出轴与所述第一丝杆相连接，所述第二电机输出扭矩带动小腿弯曲动作；

脚掌动作组件，位于小腿后侧，包括第三电机和第二伸缩组件，所述第二伸缩组件包括第二丝杆和第二套筒，所述第三电机顶部转动连接于小腿后侧，所述第二套筒转动连接于脚掌后端，所述第三电机输出轴与所述第二丝杆相连接，所述第三电机输出扭矩带动脚掌前后俯仰。

进一步地，还包括摆腿驱动组件，所述摆腿驱动组件包括第四电机及与所述第四电机输出轴啮合的扇形齿轮，所述大腿上端固设有支座，所述第四电机固定于所述旋转座上，所述扇形齿轮固定于支座上，所述旋转座与所述支座转动连接，所述第四电机输出扭矩带动大腿左右摆动。

进一步地，所述支座包括底板和分别位于所述底板前后两侧的竖板，所述竖板的底部与所述底板端部固定连接。

进一步地，所述大腿和所述小腿采用第一转轴转动连接，所述第一套筒的下端采用第二转轴与所述小腿转动连接，所述第三电机顶部采用第三转轴与所述小腿转动连接，所述第二转轴高于所述第一转轴且水平之间设置有间距，所述第三转轴低于所述第一转轴且水平之间也设置有间距。

进一步地，所述第三电机通过基座连接于所述小腿后侧。

进一步地，所述第二套筒与所述脚掌之间设置有连接架，所述连接架的底部设置有转动座，所述脚掌后端设置有底部转轴，所述转动座通过轴承转动连接于所述底部转轴上。

进一步地，所述第一伸缩组件和所述第二伸缩组件均采用滚珠丝杆。

进一步地，所述第一电机、所述第二电机、所述第三电机和所述第四电机均为伺服电机。

本实用新型还公开了一种双足机器人，采用前述的机械腿。

本实用新型的有益效果为：本实用新型提供的机械腿，与人体肢腿动作类似，通过抬腿驱动组件、腿部弯曲组件和脚掌动作组件的配合，满足双足机器人的行走，本实用新型设计的机械腿，所有驱动组件均采用伺服电机作为动力源，响应速度快，动作更加灵活且精确，动作过程稳定。

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中记载的一些实施例，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为本实用新型实施例中双足机器人的机械腿的结构示意图；

图2为图1中A处放大图；

图3为本实用新型实施例中双足机器人的机械腿的另一角度下结构示意图；

图4为图3中B处放大图；

图5为图3中C处放大图；

图6为本实用新型实施例中双足机器人的机械腿的侧视图。

附图标记：1、大腿；2、小腿；3、脚掌；4、第一电机；6、旋转座；7、第二电机；8、第一伸缩组件；9、第三电机；10、第二伸缩组件；11、第四电机；12、扇形齿轮；13、支座；14、底板；15、竖板；16、第一转轴；17、第二转轴；18、第三转轴；19、基座；20、连接架；21、转动座；22、底部转轴。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，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。

如图1-6所示的双足机器人的机械腿，每个机器人上配置有两条腿，和人体等同，每条机械腿中用于起到骨架支撑结构的包括大腿1、小腿2和脚掌3，大腿1下端和小腿2上端通过第一转轴16进行转动连接，小腿2下端和脚掌2上端也采用类似的铰接结构，为了实现机械腿的直立行走，本实用新型中设计了抬腿驱动组件、腿部弯曲组件和脚掌动作组件，从而实现机械腿的行走功能，具体的：

如图1-4所示，抬腿驱动组件，位于大腿1的上端，包括第一电机4及与第一电机4输出轴啮合的第一齿轮，第一电机4固定于身体躯干上，第一齿轮固定于大腿1上端的旋转座6上，第一齿轮的具体形态可以为扇形齿轮，也可以为圆盘状的齿轮，同时还可以为环形齿轮，环形齿轮的齿牙开设于内环处，上述多种形态的齿轮均可用于本实用新型的机械腿，其中，第一齿轮固定于旋转座6上，第一电机4的输出轴长度方向为机械腿的左右方向，第一电机4输出扭矩带动大腿1前后摆动，从而实现抬腿动作；

如图1和2所示，腿部弯曲组件，位于大腿1前侧，包括第二电机7和第一伸缩组件8，第一伸缩组件8可直接从现有技术中获得，具体采用滚珠丝杆，第一伸缩组件8包括第一丝杆和第一套筒，第一套筒内设置有螺母，第一套筒的上端与大腿1前侧转动连接，通过第一丝杆和第一套筒的正转和反转来实现第一套筒的位置改变，在第一套筒远离第二电机7移动时，小腿2发生弯曲，在第一套筒靠近第二电机7移动时，小腿2的弯曲角度逐渐变小，第二电机7输出轴与第一丝杆相连接，第二电机7输出扭矩带动小腿2实现腿部弯曲动作；

如图3和5所示，脚掌动作组件，位于小腿2后侧，包括第三电机9和第二伸缩组件10，第二伸缩组件10也采用现有技术中的滚珠丝杆，第二伸缩组件10包括第二丝杆和第二套筒，第三电机9顶部转动连接于小腿2后侧，第二套筒转动连接于脚掌3后端，第三电机9输出轴与第二丝杆相连接，通过第三电机9带动第二丝杆发生旋转，第二丝杆与第二套筒发生正转和反转，从而调节脚掌3后端与第三电机9的距离，从而带动脚掌3前后俯仰，适应不同的路面。

为了实现机器人的转向，如图3和4所示，还包括摆腿驱动组件，摆腿驱动组件包括第四电机11及与第四电机11输出轴啮合的扇形齿轮12，大腿1上端固设有支座13，第四电机11固定于旋转座6上，扇形齿轮12固定于支座13上，旋转座6与支座13转动连接，第四电机11的输出轴长度方向为人体的前后方向，第四电机11通过输出轴输出扭矩，通过与扇形齿轮12的配合，带动扇形齿轮12连同支座13、大腿1、小腿2和脚掌3整体发生扭转，从而实现人体行进方向的转向，同样的，第四电机11也采用伺服电机，同样具有响应速度快，转向精度高的技术好处，具备实用性。

作为上述实施例的具体公开，支座13包括底板14和分别位于底板14前后两侧的竖板15，竖板15的底部与底板14端部固定连接，扇形齿轮12固定于一侧竖板15内侧，在竖板15的顶部与旋转座6之间设置有销轴，该销轴与竖板15固定连接，与旋转座之间通过轴承转动连接。

作为上述实施例的优选，大腿1和小腿2采用第一转轴16转动连接，第一套筒的下端采用第二转轴17与小腿2转动连接，第三电机9顶部采用第三转轴18与小腿2转动连接，第二转轴17高于第一转轴16且水平之间设置有间距，第三转轴18低于第一转轴16且水平之间也设置有间距，这里可以将第一转轴16看做支点，第二转轴17与第一转轴16之间距离、以及第三转轴18与第一转轴16之间距离看做力臂，通过第一伸缩组件8和第二伸缩组件10配合实现第二转轴17和第三转轴18的位置移动，从而实现腿部弯曲和脚掌俯仰。

更具体的，如图5所示，第三电机9通过基座19连接于小腿2后侧。

为了实现活动连接，脚掌3能够完成俯仰动作，第二套筒与脚掌3之间设置有连接架20，连接架20的底部设置有转动座21，脚掌3后端设置有底部转轴22，转动座21通过轴承转动连接于底部转轴22上。

为了实现动作精准控制，第一电机4、第二电机7、第三电机9和第四电机11均为伺服电机，伺服电机根据控制器发出的指令进行动作，控制精度高，动作更加准确。

本实用新型还公开了一种双足机器人，采用前述的机械腿作为双足机器人的两条腿，具体的使用方式和使用效果参照前述内容。

本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型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实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种双足机器人的机械腿，具有相互铰接的大腿(1)和小腿(2)以及铰接于所述小腿(2)下端的脚掌(3)，其特征在于，包括：

抬腿驱动组件，位于大腿(1)的上端，包括第一电机(4)及与所述第一电机(4)输出轴啮合的第一齿轮，所述第一电机(4)固定于身体躯干上，所述第一齿轮固定于所述大腿(1)上端的旋转座(6)上，所述第一电机(4)输出扭矩带动大腿(1)前后摆动；

腿部弯曲组件，位于大腿(1)前侧，包括第二电机(7)和第一伸缩组件(8)，所述第一伸缩组件(8)包括第一丝杆和第一套筒，所述第一套筒的上端与大腿(1)前侧转动连接，所述第二电机(7)输出轴与所述第一丝杆相连接，所述第二电机(7)输出扭矩带动小腿(2)弯曲动作；

脚掌动作组件，位于小腿(2)后侧，包括第三电机(9)和第二伸缩组件(10)，所述第二伸缩组件(10)包括第二丝杆和第二套筒，所述第三电机(9)顶部转动连接于小腿(2)后侧，所述第二套筒转动连接于脚掌(3)后端，所述第三电机(9)输出轴与所述第二丝杆相连接，所述第三电机(9)输出扭矩带动脚掌(3)前后俯仰。

2.根据权利要求1所述的双足机器人的机械腿，其特征在于，还包括摆腿驱动组件，所述摆腿驱动组件包括第四电机(11)及与所述第四电机(11)输出轴啮合的扇形齿轮(12)，所述大腿(1)上端固设有支座(13)，所述第四电机(11)固定于所述旋转座(6)上，所述扇形齿轮(12)固定于支座(13)上，所述旋转座(6)与所述支座(13)转动连接，所述第四电机(11)输出扭矩带动大腿(1)左右摆动。

3.根据权利要求2所述的双足机器人的机械腿，其特征在于，所述支座(13)包括底板(14)和分别位于所述底板(14)前后两侧的竖板(15)，所述竖板(15)的底部与所述底板(14)端部固定连接。

4.根据权利要求1所述的双足机器人的机械腿，其特征在于，所述大腿(1)和所述小腿(2)采用第一转轴(16)转动连接，所述第一套筒的下端采用第二转轴(17)与所述小腿(2)转动连接，所述第三电机(9)顶部采用第三转轴(18)与所述小腿(2)转动连接，所述第二转轴(17)高于所述第一转轴(16)且水平之间设置有间距，所述第三转轴(18)低于所述第一转轴(16)且水平之间也设置有间距。

5.根据权利要求1所述的双足机器人的机械腿，其特征在于，所述第三电机(9)通过基座(19)连接于所述小腿(2)后侧。

6.根据权利要求1所述的双足机器人的机械腿，其特征在于，所述第二套筒与所述脚掌(3)之间设置有连接架(20)，所述连接架(20)的底部设置有转动座(21)，所述脚掌(3)后端设置有底部转轴(22)，所述转动座(21)通过轴承转动连接于所述底部转轴(22)上。

7.根据权利要求1所述的双足机器人的机械腿，其特征在于，所述第一伸缩组件(8)和所述第二伸缩组件(10)均采用滚珠丝杆。

8.根据权利要求2所述的双足机器人的机械腿，其特征在于，所述第一电机(4)、所述第二电机(7)、所述第三电机(9)和所述第四电机(11)均为伺服电机。

9.一种双足机器人，其特征在于，采用如权利要求1-8任一项所述的机械腿。

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