本發(fā)明涉及一種爬桿機(jī)器人腿部關(guān)節(jié)的傳動機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

爬桿機(jī)器人是攀爬機(jī)器人的一種，它主要依附于桿體表面進(jìn)行自動爬行，完成相關(guān)作業(yè)。按照不同攀爬方式，爬桿機(jī)器人可分為蠕動式爬桿機(jī)器人、滾動式爬桿機(jī)器人和翻轉(zhuǎn)式爬桿機(jī)器人等；按照不同攀爬機(jī)構(gòu)，又可分為腿式爬桿機(jī)器人、夾持式爬桿機(jī)器人和吸附式爬桿機(jī)器人等。目前已經(jīng)研制成功的腿式爬桿機(jī)器人傳動方式大多采用繩索(腱)加滑輪、鋼絲軟軸加螺旋運(yùn)動，但其傳動的功率損耗大、效率低，或者使用連桿傳動，但傳統(tǒng)連桿傳動在傳動過程中運(yùn)動和動力存在較大波動，在控制上有一定難度，而且傳動機(jī)構(gòu)外置占用空間大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服背景技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明在傳統(tǒng)靈巧手連桿傳動機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上提出了一種“滑塊-彈簧-連桿”雙曲柄滑塊串聯(lián)形式的爬桿機(jī)器人腿部關(guān)節(jié)的傳動機(jī)構(gòu)，并成功應(yīng)用于爬桿機(jī)器人領(lǐng)域。該傳動機(jī)構(gòu)具有一定柔性，在具有傳統(tǒng)連桿機(jī)構(gòu)相似的運(yùn)動軌跡的前提下將連桿優(yōu)化至關(guān)節(jié)內(nèi)部，同時在電機(jī)停轉(zhuǎn)的情況下具有一定程度的自鎖能力；本傳動機(jī)構(gòu)自由度少，易于控制；將傳動機(jī)構(gòu)集成在關(guān)節(jié)內(nèi)部，大大節(jié)約了空間，結(jié)構(gòu)緊湊。

本發(fā)明解決上述問題的技術(shù)方案是：

一種爬桿機(jī)器人腿部關(guān)節(jié)的傳動機(jī)構(gòu)，包括若干級結(jié)構(gòu)相同的傳動單元，相鄰兩級的傳動單元相連接，且傳動單元的輸入端與位于上一級的傳動單元的輸出端相連，傳動單元的輸出端與位于下一級的傳動單元的輸入端相連，且位于最上一級的運(yùn)動單元的輸入端與動力裝置相連；

所述傳動單元包括相對豎立的兩塊側(cè)板，兩側(cè)板相互平行并通過連接件相連，兩側(cè)板之間留有間隙，且側(cè)板上開設(shè)有滑槽，所述滑槽自輸入端至輸出端延伸；

所述間隙的中間設(shè)有彈簧機(jī)構(gòu)，彈簧機(jī)構(gòu)包括平行設(shè)置的前連接軸和后連接軸，前連接軸靠近輸入端，后連接軸靠近輸出端，且前連接軸和后連接軸均與側(cè)板相垂直；前連接軸和后連接軸的兩端均固定有滑塊，所述滑塊可滑動地設(shè)置在滑槽內(nèi)；前連接軸的中間和后連接軸的中間通過伸縮裝置相連，所述伸縮裝置的伸縮方向與滑塊的滑動方向相同；

兩側(cè)板的輸入端之間固定設(shè)有輸入軸，兩側(cè)板的輸出端之間固定設(shè)有輸出軸和關(guān)節(jié)軸，輸出軸位于關(guān)節(jié)軸的下方，且輸入軸、輸出軸和關(guān)節(jié)軸均與側(cè)板相垂直；

彈簧機(jī)構(gòu)的上方設(shè)有上連桿，上連桿的下方設(shè)有下連桿；上連桿的輸入端與前連接軸固定相連，上連桿的輸出端與位于下一級的傳動單元的輸入軸固定相連；下連桿的輸出端與后連接軸固定相連，下連桿的輸入端與位于上一級的傳動單元的輸出軸固定相連；

所述輸入軸與位于上一級的傳動單元的上連桿的輸出端固定相連；

側(cè)板的輸入端可轉(zhuǎn)動地設(shè)置在位于上一級的傳動單元的關(guān)節(jié)軸上，位于下一級的傳動單元的側(cè)板可轉(zhuǎn)動地設(shè)置在所述關(guān)節(jié)軸上。

進(jìn)一步，所述滑塊分別與連接軸和后連接軸螺接。

進(jìn)一步，所述連接件為間隔柱，兩側(cè)板通過若干個間隔設(shè)置的間隔柱相連。

進(jìn)一步，所述伸縮裝置包括同軸設(shè)置的套筒和滑桿，套筒的遠(yuǎn)端垂直固定在前連接軸的中間，滑桿的遠(yuǎn)端垂直固定在后連接軸的中間，滑桿的近端可軸向滑動地設(shè)置在套筒內(nèi)，且套筒和滑桿通過套設(shè)在套筒和滑桿上的彈簧相連，彈簧的一端固定在套筒上，所述彈簧的另一端固定在滑桿上。

進(jìn)一步，套筒和滑桿上均固定有用于固定彈簧的套圈。

本發(fā)明所述傳動機(jī)構(gòu)是由若干級結(jié)構(gòu)相同的傳動單元相連構(gòu)成的，本發(fā)明所述的位于上一級的傳動單元和所述的位于下一級的傳動單元與所述的傳動單元結(jié)構(gòu)相同，三者僅是設(shè)置位置的區(qū)別。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：

本發(fā)明通過上連桿、下連桿、彈簧機(jī)構(gòu)以及側(cè)板的協(xié)調(diào)配合，有效地實(shí)現(xiàn)了腿部機(jī)構(gòu)的運(yùn)動傳遞；彈簧機(jī)構(gòu)不但起到了運(yùn)動傳遞的作用，還利用其蓄能、減震等功能，當(dāng)電機(jī)等驅(qū)動源關(guān)閉時，彈簧仍然可以對桿件持續(xù)施力，具有一定安全性；同時，所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)節(jié)奏緊湊，裝配至機(jī)器人腿內(nèi)部，有效提高了結(jié)構(gòu)空間的利用率，避免傳動機(jī)構(gòu)置于本體外側(cè)，增加了安全系數(shù)；此外，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的上下連桿采用成對設(shè)計(jì)，提高了運(yùn)動傳遞的穩(wěn)定性以及受力的均勻性，運(yùn)動平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單，加工與維護(hù)方便。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的三維圖。

圖2是本發(fā)明的主視圖。

圖3是彈簧機(jī)構(gòu)的三維圖。

具體實(shí)施方式

參照附圖1-3，一種爬桿機(jī)器人腿部關(guān)節(jié)的傳動機(jī)構(gòu)，包括若干級結(jié)構(gòu)相同的傳動單元1、2、3，相鄰兩級的傳動單元1、2、3相連接，且傳動單元2的輸入端與位于上一級的傳動單元1的輸出端相連，傳動單元2的輸出端與位于下一級的傳動單元3的輸入端相連，且位于最上一級的運(yùn)動單元1的輸入端與動力裝置相連；

所述傳動單元2包括相對豎立的兩塊側(cè)板21、22，兩側(cè)板21、22相互平行并通過連接件相連，兩側(cè)板21、22之間留有間隙，且側(cè)板21、22上開設(shè)有滑槽24，所述滑槽24自輸入端至輸出端延伸；

所述間隙的中間設(shè)有彈簧機(jī)構(gòu)6，彈簧機(jī)構(gòu)6包括平行設(shè)置的前連接軸61和后連接軸64，前連接軸61靠近輸入端，后連接軸64靠近輸出端，且前連接軸61和后連接軸64均與側(cè)板21、22相垂直；前連接軸61和后連接軸64的兩端均固定有滑塊65，所述滑塊65可滑動地設(shè)置在滑槽24內(nèi)；前連接軸61的中間和后連接軸64的中間通過伸縮裝置相連，所述伸縮裝置的伸縮方向與滑塊65的滑動方向相同(即與滑槽24的走向相同)；

兩側(cè)板21、22的輸入端之間固定設(shè)有輸入軸25，兩側(cè)板21、22的輸出端之間固定設(shè)有輸出軸和關(guān)節(jié)軸26，輸出軸位于關(guān)節(jié)軸26的下方，且輸入軸25、輸出軸和關(guān)節(jié)軸26均與側(cè)板21、22相垂直；

彈簧機(jī)構(gòu)6的上方設(shè)有上連桿4，上連桿4的下方設(shè)有下連桿5；上連桿4的輸入端與前連接軸61固定相連，上連桿4的輸出端與位于下一級的傳動單元3的輸入軸33固定相連；下連桿5的輸出端與后連接軸64固定相連，下連桿5的輸入端與位于上一級的傳動單元1的輸出軸13固定相連；

所述輸入軸25與位于上一級的傳動單元1的上連桿的輸出端固定相連；

側(cè)板21、22的輸入端可轉(zhuǎn)動地設(shè)置在位于上一級的傳動單元1的關(guān)節(jié)軸14上(位于上一級的傳動單元1的關(guān)節(jié)軸14固定在位于上一級的傳動單元1的兩側(cè)板11、12之間)；位于下一級的傳動單元3的側(cè)板31、32可轉(zhuǎn)動地設(shè)置在所述關(guān)節(jié)軸26上。

所述滑塊65分別與連接軸61和后連接軸64通過大頭螺釘7螺接。

所述連接件為間隔柱23，兩側(cè)板21、22通過若干個間隔設(shè)置的間隔柱23相連，間隔柱23的安裝位置不得干擾其他部件的運(yùn)作。

所述伸縮裝置包括同軸設(shè)置的套筒67和滑桿66，套筒67的遠(yuǎn)端垂直固定在前連接軸61的中間，滑桿66的遠(yuǎn)端垂直固定在后連接軸64的中間，滑桿66的近端可軸向滑動地設(shè)置在套筒67內(nèi)，且套筒67和滑桿67通過套設(shè)在套筒67和滑桿66上的彈簧63，彈簧63的一端固定在套筒67上，所述彈簧63的另一端固定在滑桿66上。

套筒67和滑桿66上均固定有用于固定彈簧63的套圈62。

本發(fā)明的工作原理為：

位于上一級的傳動單元1被驅(qū)動且固定后，位于上一級的傳動單元1的上連桿推動輸入軸25，帶動傳動單元2繞位于上一級的傳動單元1的關(guān)節(jié)軸14逆時針轉(zhuǎn)動，下連桿5推動后連接軸64上的滑塊65向輸出端運(yùn)動，彈簧63拉長，積蓄彈力勢能，當(dāng)彈力勢能達(dá)到足以拖動上連桿4時，彈簧63拖動前連接軸61沿與后連接軸64相同的方向滑動，則上連桿4被帶動，上連桿4推動位于下一級的運(yùn)動單元3圍繞關(guān)節(jié)軸26轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動位于下一級的運(yùn)動單元3。最終帶動整個傳動機(jī)構(gòu)運(yùn)動，以完成整個腿部關(guān)節(jié)前伸運(yùn)動的傳遞。

同理，當(dāng)位于上一級的傳動單元1的上連桿拉動輸入軸25時，帶動傳動單元2繞位于上一級的傳動單元1的關(guān)節(jié)軸14順時針轉(zhuǎn)動，下連桿5拉動后連接軸64上的滑塊65向輸入端運(yùn)動，彈簧63被壓縮，積蓄彈力勢能，當(dāng)彈力勢能達(dá)到足以拖動上連桿4時，彈簧63推動前連接軸61沿與后連接軸64相同的方向滑動，則上連桿4被帶動，上連桿4拉動位于下一級的運(yùn)動單元3圍繞關(guān)節(jié)軸26轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動位于下一級的運(yùn)動單元3。最終帶動整個傳動機(jī)構(gòu)運(yùn)動，以完成整個腿部關(guān)節(jié)后拉運(yùn)動作的傳遞。

當(dāng)腿部動作受到外力阻礙后，動力源機(jī)械轉(zhuǎn)動下，傳遞出的能量將儲存在彈簧中；在撤掉動力源后，彈簧將持續(xù)施力，并最終將力傳遞至外力作用點(diǎn)處，以實(shí)現(xiàn)腿部在無動力源狀態(tài)下的持續(xù)施力功能，具有一定安全性。

本說明書實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也包括本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。