本實用新型涉及一種爬桿機器人腿部關節(jié)的傳動機構。

背景技術：

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

技術實現要素：

為克服背景技術中存在的缺陷，本實用新型在傳統靈巧手連桿傳動機構的基礎上提出了一種“滑塊-彈簧-連桿”雙曲柄滑塊串聯形式的爬桿機器人腿部關節(jié)的傳動機構，并成功應用于爬桿機器人領域。該傳動機構具有一定柔性，在具有傳統連桿機構相似的運動軌跡的前提下將連桿優(yōu)化至關節(jié)內部，同時在電機停轉的情況下具有一定程度的自鎖能力；本傳動機構自由度少，易于控制；將傳動機構集成在關節(jié)內部，大大節(jié)約了空間，結構緊湊。

本實用新型解決上述問題的技術方案是：

一種爬桿機器人腿部關節(jié)的傳動機構，包括若干級結構相同的傳動單元，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板，兩側板相互平行并通過連接件相連，兩側板之間留有間隙，且側板上開設有滑槽，所述滑槽自輸入端至輸出端延伸；

所述間隙的中間設有彈簧機構，彈簧機構包括平行設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置在滑槽內；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；

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

彈簧機構的上方設有上連桿，上連桿的下方設有下連桿；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；

側板的輸入端可轉動地設置在位于上一級的傳動單元的關節(jié)軸上，位于下一級的傳動單元的側板可轉動地設置在所述關節(jié)軸上。

進一步，所述滑塊分別與連接軸和后連接軸螺接。

進一步，所述連接件為間隔柱，兩側板通過若干個間隔設置的間隔柱相連。

進一步，所述伸縮裝置包括同軸設置的套筒和滑桿，套筒的遠端垂直固定在前連接軸的中間，滑桿的遠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置在套筒內，且套筒和滑桿通過套設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。

進一步，套筒和滑桿上均固定有用于固定彈簧的套圈。

本實用新型所述傳動機構是由若干級結構相同的傳動單元相連構成的，本實用新型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構相同，三者僅是設置位置的區(qū)別。

本實用新型的有益效果主要表現在：

本實用新型通過上連桿、下連桿、彈簧機構以及側板的協調配合，有效地實現了腿部機構的運動傳遞；彈簧機構不但起到了運動傳遞的作用，還利用其蓄能、減震等功能，當電機等驅動源關閉時，彈簧仍然可以對桿件持續(xù)施力，具有一定安全性；同時，所設計的機構節(jié)奏緊湊，裝配至機器人腿內部，有效提高了結構空間的利用率，避免傳動機構置于本體外側，增加了安全系數；此外，本實用新型所設計的上下連桿采用成對設計，提高了運動傳遞的穩(wěn)定性以及受力的均勻性，運動平穩(wěn)，結構簡單，加工與維護方便。

附圖說明

圖1是本實用新型的三維圖。

圖2是本實用新型的主視圖。

圖3是彈簧機構的三維圖。

具體實施方式

參照附圖1-3，一種爬桿機器人腿部關節(jié)的傳動機構，包括若干級結構相同的傳動單元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板21、22，兩側板21、22相互平行并通過連接件相連，兩側板21、22之間留有間隙，且側板21、22上開設有滑槽24，所述滑槽24自輸入端至輸出端延伸；

所述間隙的中間設有彈簧機構6，彈簧機構6包括平行設置的前連接軸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可滑動地設置在滑槽24內；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)；

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

彈簧機構6的上方設有上連桿4，上連桿4的下方設有下連桿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；

側板21、22的輸入端可轉動地設置在位于上一級的傳動單元1的關節(jié)軸14上(位于上一級的傳動單元1的關節(jié)軸14固定在位于上一級的傳動單元1的兩側板11、12之間)；位于下一級的傳動單元3的側板31、32可轉動地設置在所述關節(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23，兩側板21、22通過若干個間隔設置的間隔柱23相連，間隔柱23的安裝位置不得干擾其他部件的運作。

所述伸縮裝置包括同軸設置的套筒67和滑桿66，套筒67的遠端垂直固定在前連接軸61的中間，滑桿66的遠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置在套筒67內，且套筒67和滑桿67通過套設在套筒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。

本實用新型的工作原理為：

位于上一級的傳動單元1被驅動且固定后，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的關節(jié)軸14逆時針轉動，下連桿5推動后連接軸64上的滑塊65向輸出端運動，彈簧63拉長，積蓄彈力勢能，當彈力勢能達到足以拖動上連桿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動單元3圍繞關節(jié)軸26轉動，從而驅動位于下一級的運動單元3。最終帶動整個傳動機構運動，以完成整個腿部關節(jié)前伸運動的傳遞。

同理，當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的關節(jié)軸14順時針轉動，下連桿5拉動后連接軸64上的滑塊65向輸入端運動，彈簧63被壓縮，積蓄彈力勢能，當彈力勢能達到足以拖動上連桿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動單元3圍繞關節(jié)軸26轉動，從而驅動位于下一級的運動單元3。最終帶動整個傳動機構運動，以完成整個腿部關節(jié)后拉運動作的傳遞。

當腿部動作受到外力阻礙后，動力源機械轉動下，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處，以實現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。

本說明書實施例所述的內容僅僅是對實用新型構思的實現形式的列舉，本實用新型的保護范圍不應當被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本實用新型的保護范圍也包括本領域技術人員根據本實用新型構思所能夠想到的等同技術手段。