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四足機(jī)器人腿部機(jī)構(gòu)的制作方法

文檔序號:4030559閱讀:959來源:國知局
專利名稱:四足機(jī)器人腿部機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種四足機(jī)器人腿部機(jī)構(gòu),在不增加自由度的情況下,能很好地模擬動(dòng)物關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng),對四足動(dòng)物(馬、狗)進(jìn)行仿生設(shè)計(jì),這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊,運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)靈活,大大地提高了四足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能。
背景技術(shù)
四足機(jī)器人相比其他機(jī)器人而言有其自身的優(yōu)點(diǎn)相對于輪式或履帶式機(jī)器人而言,足式機(jī)器人更能適應(yīng)較復(fù)雜的環(huán)境,如森林,草地濕地,山林地等;相比兩足機(jī)器人,四足機(jī)器人更平穩(wěn),更易適應(yīng)不平整的地面;相比六足機(jī)器人,其結(jié)構(gòu)簡單,運(yùn)動(dòng)更靈活,且控制較為容易,制造成本較低??傮w來說,四足機(jī)器人具有很大的優(yōu)勢,是步行機(jī)器人中最有可能首先實(shí)用化的機(jī)型之一。四足機(jī)器人其在搶險(xiǎn)救災(zāi)、排雷探險(xiǎn)、娛樂和軍事領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用,例如,可以攜帶一定的救災(zāi)物資行走在崎嶇的路面上;可以在陡峭的崖壁上攀爬;可以在一些危險(xiǎn)惡劣的環(huán)境中進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖鳂I(yè);也可以用于家庭、醫(yī)院等場所為人類服務(wù),給人們帶來歡樂。因而,四足機(jī)器人有著廣泛的應(yīng)用前景。目前,國外關(guān)于四足機(jī)器人的研究比較多。比較典型的是卡耐基梅隆大學(xué)的 Boston dynamics實(shí)驗(yàn)室研制的BigDog四足機(jī)器人。該機(jī)器人具有承載一定負(fù)載的能力, 能夠在粗糙的瓦礫地面或泥濘地面以不同步態(tài)自如行走,野外行走能力很強(qiáng);其最大的特點(diǎn)是具有較強(qiáng)的機(jī)體平衡能力,在劇烈的側(cè)面沖擊作用下,能保持平衡。BigDog四條腿的關(guān)節(jié)通過液壓系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng),能提供足夠的動(dòng)力,但其成本很高,控制難度大,目前采用這一設(shè)計(jì)并不多。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)大都采用電機(jī)(如步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)等)作為關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)源,結(jié)構(gòu)簡單,但使得機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能大幅度降低。通過增加運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的自由度可以提高四足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的靈活性,但這會加大控制難度。由于四足機(jī)器人結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)源的限制,使得目前很多的研究工作都是基于靜態(tài)行走(在行走過程中,機(jī)器人始終有三條腿著地),其樣機(jī)制作簡單,運(yùn)動(dòng)比較單一,行走速度很慢,很難推廣。相比而言,動(dòng)態(tài)行走(運(yùn)動(dòng)過程中始終少于三條腿著地)的四足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)靈活,行走速度快,如BigDog采用的就是動(dòng)態(tài)行走。但目前國內(nèi)研究大多處于理論研究階段,實(shí)物制作相對較少,這對具有較高運(yùn)動(dòng)性能的四足機(jī)器人研究影響較大。因此,成本較低,運(yùn)動(dòng)性能良好的四足機(jī)器人樣機(jī)設(shè)計(jì)在四足機(jī)器人研究中顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于針對已有技術(shù)存在的缺陷,提供一種四足機(jī)器人腿部機(jī)構(gòu),結(jié)構(gòu)簡單,運(yùn)動(dòng)性能良好。為了達(dá)到上述目的,本發(fā)明的構(gòu)思是
為了方便描述,定義如下的慣性坐標(biāo)系Oxyz 坐標(biāo)系Oxyz遵循右手笛卡爾坐標(biāo)系規(guī)則,其中^軸垂直于地面向上,ζ軸指向機(jī)器人前進(jìn)方向。髖關(guān)節(jié)鉸鏈含有兩個(gè)自由度,包括繞Oxyz坐標(biāo)系χ軸和y軸的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)副。膝關(guān)節(jié)鉸鏈和踝關(guān)節(jié)鉸鏈為聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu),具有一個(gè)自由度,這兩個(gè)關(guān)節(jié)都具有繞軸的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)副。所述兩關(guān)節(jié)的聯(lián)動(dòng)是通過兩組錐齒輪和一根傳動(dòng)軸實(shí)現(xiàn)的,該傳動(dòng)軸安裝在脛骨連桿上,軸的兩端分別通過鍵連接來固定兩個(gè)錐齒輪,其中所述傳動(dòng)軸一端的錐齒輪與安裝在股骨連桿上的錐齒輪嚙合,另一端的錐齒輪與安裝在跖骨連桿的錐齒輪嚙合,這樣就使得機(jī)器人的膝關(guān)節(jié)鉸鏈和踝關(guān)節(jié)鉸鏈為一組聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)。在股骨連桿上安裝一個(gè)伺服電機(jī),伺服電機(jī)傳動(dòng)一組錐齒輪來控制脛骨連桿繞股骨連桿的轉(zhuǎn)動(dòng),即通過該伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人膝關(guān)節(jié)鉸鏈的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由于膝關(guān)節(jié)鉸鏈和踝關(guān)節(jié)鉸鏈為一組聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu),故踝關(guān)節(jié)鉸鏈也會跟隨著膝關(guān)節(jié)鉸鏈一起做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)所述兩關(guān)節(jié)的聯(lián)動(dòng)。通過更改膝關(guān)節(jié)鉸鏈和踝關(guān)節(jié)鉸鏈處的一對錐齒輪的齒數(shù)比可以修改所述膝關(guān)節(jié)鉸鏈和踝關(guān)節(jié)鉸鏈旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的幅值比,這樣能更好的實(shí)現(xiàn)仿生設(shè)計(jì),使機(jī)器人具有良好的運(yùn)動(dòng)性能。為了防止地面沖擊過大,跖骨連桿采用一根阻尼彈簧來實(shí)現(xiàn),主要目的是用來吸收機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中足底與地面間的沖擊力。根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思,本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種四足機(jī)器人腿部機(jī)構(gòu),包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、股骨機(jī)構(gòu)、膝關(guān)節(jié)鉸鏈、脛骨機(jī)構(gòu)、裸關(guān)節(jié)鉸鏈和跖骨機(jī)構(gòu)。所述股骨機(jī)構(gòu)通過膝關(guān)節(jié)鉸鏈鉸連脛骨機(jī)構(gòu)。所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定安裝在股骨機(jī)構(gòu)上,驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸通過膝關(guān)節(jié)鉸鏈中的傘齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)脛骨機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)。所述脛骨機(jī)構(gòu)通過裸關(guān)節(jié)鉸鏈鉸連跖骨機(jī)構(gòu)。所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過膝關(guān)節(jié)鉸鏈中的傘齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和裸關(guān)節(jié)鉸鏈中的傘齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)跖骨機(jī)構(gòu)傳動(dòng)。所述股骨機(jī)構(gòu)包括股骨連桿和電機(jī)固定支架,電機(jī)固定支架通過螺栓固定在股骨連桿上,驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定安裝在電機(jī)固定支架上,確保驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸沿著股骨連桿軸向安裝。所述脛骨機(jī)構(gòu)包括脛骨連桿、脛骨傳動(dòng)軸、上軸承座和下軸承座,上軸承座和下軸承座分別通過螺栓固定在脛骨連桿上,脛骨傳動(dòng)軸通過上下軸承座中的軸承的支承而與脛骨連桿平行安裝。所述膝關(guān)節(jié)鉸鏈包括脛骨驅(qū)動(dòng)錐齒輪、墊片、膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸、脛骨連桿上軸承、膝關(guān)節(jié)制動(dòng)墊片、膝關(guān)節(jié)錐齒輪和股骨連桿下軸承。脛骨連桿上軸承通過過盈配合嵌入安裝在脛骨連桿頂端左側(cè),脛骨驅(qū)動(dòng)錐齒輪通過螺栓固定在脛骨連桿頂端左側(cè),并保持與脛骨連桿上軸承同軸安裝,脛骨驅(qū)動(dòng)錐齒輪的內(nèi)圈與脛骨連桿上軸承的外圈貼合接觸;所述股骨連桿底端左側(cè)通過過盈配合嵌入安裝股骨連桿下軸承,并與脛骨連桿頂端右側(cè)凸起的旋轉(zhuǎn)短軸過盈配合,并保持與脛骨連桿上軸承同軸安裝;膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸右端與膝關(guān)節(jié)錐齒輪通過螺栓鎖緊配合;膝關(guān)節(jié)錐齒輪通過間隙配合嵌入在股骨連桿底端右側(cè),并保持與脛骨連桿上軸承同軸安裝,構(gòu)成膝關(guān)節(jié)鉸鏈中的傘齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu);膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸與脛骨連桿上軸承過盈配合,墊片安裝在膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸左側(cè),并與脛骨連桿上軸承左側(cè)接觸,膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸最左端固定一壓緊螺母;膝關(guān)節(jié)制動(dòng)墊片安裝在股骨連桿底端右側(cè)和膝關(guān)節(jié)錐齒輪左側(cè)之間;膝關(guān)節(jié)制動(dòng)墊片底端的U型槽通過過盈配合嵌入在膝關(guān)節(jié)錐齒輪的齒輪軸中,膝關(guān)節(jié)制動(dòng)墊片頂端通過螺母固定在股骨連桿底端上。
所述跖骨機(jī)構(gòu)包括阻尼彈簧座、調(diào)整墊塊、減震彈簧、跖骨上連桿、移動(dòng)導(dǎo)桿和機(jī)器人足底,阻尼彈簧座通過螺栓固定在跖骨上連桿的底端上,減震彈簧通過間隙配合套在阻尼彈簧座的軸套上,并且減震彈簧一端與阻尼彈簧座的軸套頂部接觸,另一端與通過間隙配合套在阻尼彈簧座軸套上的調(diào)整墊塊頂端接觸,移動(dòng)導(dǎo)桿通過間隙配合插入阻尼彈簧座的軸套中,移動(dòng)導(dǎo)桿的底端通過螺紋配合與機(jī)器人足底固定,并且機(jī)器人足底的頂端與調(diào)整墊塊的底端接觸,移動(dòng)導(dǎo)桿上端安裝彈性擋圈使之固定在阻尼彈簧座的軸套中。所述裸關(guān)節(jié)鉸鏈包括跖骨上連桿軸承、脛骨連桿下軸承、裸關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸、墊片、踝關(guān)節(jié)錐齒輪和踝關(guān)節(jié)制動(dòng)墊片;脛骨連桿下軸承通過過盈配合嵌入安裝在脛骨連桿底端左側(cè),跖骨上連桿頂端左側(cè)通過過盈配合嵌入安裝跖骨上連桿軸承,并與脛骨連桿底端右側(cè)凸起的旋轉(zhuǎn)短軸過盈配合,并保持與脛骨連桿下軸承同軸安裝;裸關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸右端與踝關(guān)節(jié)錐齒輪通過螺栓鎖緊配合;踝關(guān)節(jié)錐齒輪通過間隙配合嵌入在跖骨上連桿頂端右側(cè), 并保持與脛骨連桿下軸承同軸安裝;裸關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸與脛骨連桿下軸承過盈配合,墊片安裝在裸關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸左側(cè),并與脛骨連桿下軸承左側(cè)接觸,裸關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸最左端固定一壓緊螺母;踝關(guān)節(jié)制動(dòng)墊片安裝在跖骨上連桿頂端右側(cè)和踝關(guān)節(jié)錐齒輪左側(cè)之間,構(gòu)成裸關(guān)節(jié)鉸鏈中傘齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu);踝關(guān)節(jié)制動(dòng)墊片底端的U型槽通過過盈配合嵌入在踝關(guān)節(jié)錐齒輪的齒輪軸中,踝關(guān)節(jié)制動(dòng)墊片頂端通過螺母固定在跖骨上連桿的頂端上。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較,具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明在充分研究了四足動(dòng)物腿部運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上,利用電動(dòng)機(jī)控制四足機(jī)器人腿部三個(gè)關(guān)節(jié)、3個(gè)自由度(髖關(guān)節(jié)鉸鏈2個(gè)自由度、膝關(guān)節(jié)鉸鏈和踝關(guān)節(jié)鉸鏈為聯(lián)動(dòng),僅1個(gè)自由度)的運(yùn)動(dòng),設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊、靈活,減小了控制難度,提高了四足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能。


圖1為本發(fā)明的四足機(jī)器人四腿結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中一條腿的腿部機(jī)構(gòu)主視圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的四足機(jī)器人腿部關(guān)節(jié)進(jìn)行說明。如圖1所示,四足機(jī)器人包括四條圖2所示的腿部結(jié)構(gòu)。實(shí)施例一
參見圖2,本四足機(jī)器人腿部機(jī)構(gòu),包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)(Al)、股骨機(jī)構(gòu)(1)、膝關(guān)節(jié)鉸鏈(2)、 脛骨機(jī)構(gòu)(3)、裸關(guān)節(jié)鉸鏈(4)和跖骨機(jī)構(gòu)(5)
1)所述股骨機(jī)構(gòu)(1)通過膝關(guān)節(jié)鉸鏈(2 )鉸連脛骨機(jī)構(gòu)(3 )。2)所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)(Al)固定安裝在股骨機(jī)構(gòu)(1)上,驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸通過膝關(guān)節(jié)鉸鏈(2)中的傘齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)脛骨機(jī)構(gòu)(3)轉(zhuǎn)動(dòng)。3 )所述脛骨機(jī)構(gòu)(3 )通過裸關(guān)節(jié)鉸鏈(4 )鉸連跖骨機(jī)構(gòu)(5 )。4)所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)(Al)通過膝關(guān)節(jié)鉸鏈(2)中的傘齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和裸關(guān)節(jié)鉸鏈(4) 中的傘齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)跖骨機(jī)構(gòu)(5)傳動(dòng)。實(shí)施例二 本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同,特征之處如下
所述股骨機(jī)構(gòu)(1)包括股骨連桿(A30)和電機(jī)固定支架(A^),電機(jī)固定支架(A^)通過螺栓固定在股骨連桿(A30)上,驅(qū)動(dòng)電機(jī)(Al)固定安裝在電機(jī)固定支架(A^)上,確保驅(qū)動(dòng)電機(jī)(Al)的輸出軸沿著股骨連桿(A30)軸向安裝。所述脛骨機(jī)構(gòu)(3)包括脛骨連桿(A8)、脛骨傳動(dòng)軸(A23)、上軸承座(A7)和下軸承座(A22),上軸承座(A7)和下軸承座(A22)分別通過螺栓固定在脛骨連桿(A8)上,脛骨傳動(dòng)軸(A23)通過上下軸承座(A7、A22)中的軸承(AM)的支承而與脛骨連桿(A8)平行安裝。所述膝關(guān)節(jié)鉸鏈(2 )包括脛骨驅(qū)動(dòng)錐齒輪(A3 )、墊片(A4 )、膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸(A5 )、脛骨連桿上軸承(A6)、膝關(guān)節(jié)制動(dòng)墊片(A25)、膝關(guān)節(jié)錐齒輪(A^)和股骨連桿下軸承(A^)。 脛骨連桿上軸承(A6)通過過盈配合嵌入安裝在脛骨連桿(A8)頂端左側(cè),脛骨驅(qū)動(dòng)錐齒輪 (A3)通過螺栓固定在脛骨連桿(A8)頂端左側(cè),并保持與脛骨連桿上軸承(A6)同軸安裝,脛骨驅(qū)動(dòng)錐齒輪(A3)的內(nèi)圈與脛骨連桿上軸承(A6)的外圈貼合接觸;所述股骨連桿(A30)底端左側(cè)通過過盈配合嵌入安裝股骨連桿下軸承(A^),并與脛骨連桿(A8)頂端右側(cè)凸起的旋轉(zhuǎn)短軸過盈配合,并保持與脛骨連桿上軸承(A6)同軸安裝;膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸(A5)右端與膝關(guān)節(jié)錐齒輪(A26)通過螺栓鎖緊配合;膝關(guān)節(jié)錐齒輪(A26)通過間隙配合嵌入在股骨連桿 (A30)底端右側(cè),并保持與脛骨連桿上軸承(A6)同軸安裝,構(gòu)成膝關(guān)節(jié)鉸鏈(2)中的傘齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu);膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸(A5)與脛骨連桿上軸承(A6)過盈配合,墊片(A4)安裝在膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸(A5)左側(cè),并與脛骨連桿上軸承(A6)左側(cè)接觸,膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸(A5)最左端固定一壓緊螺母;膝關(guān)節(jié)制動(dòng)墊片(A25)安裝在股骨連桿(A30)底端右側(cè)和膝關(guān)節(jié)錐齒輪(A^)左側(cè)之間;膝關(guān)節(jié)制動(dòng)墊片(Α25)底端的U型槽通過過盈配合嵌入在膝關(guān)節(jié)錐齒輪(A^)的齒輪軸中,膝關(guān)節(jié)制動(dòng)墊片(Α25)頂端通過螺母固定在股骨連桿(Α30)底端上。所述跖骨機(jī)構(gòu)(5)包括阻尼彈簧座(Α14)、調(diào)整墊塊(Α17)、減震彈簧(Α16)、跖骨上連桿(Α9)、移動(dòng)導(dǎo)桿(Α15)和機(jī)器人足底(Α18),阻尼彈簧座(Α14)通過螺栓固定在跖骨上連桿(Α9)的底端上,減震彈簧(Α16)通過間隙配合套在阻尼彈簧座(Α14)的軸套上,并且減震彈簧(Α16) —端與阻尼彈簧座(Α14)的軸套頂部接觸,另一端與通過間隙配合套在阻尼彈簧座(Α14)軸套上的調(diào)整墊塊(Α17)頂端接觸,移動(dòng)導(dǎo)桿(Α15)通過間隙配合插入阻尼彈簧座(Α14)的軸套中,移動(dòng)導(dǎo)桿(Α15)的底端通過螺紋配合與機(jī)器人足底(Α18)固定,并且機(jī)器人足底(Α18)的頂端與調(diào)整墊塊(Α17)的底端接觸,移動(dòng)導(dǎo)桿(Α15)上端安裝彈性擋圈使之固定在阻尼彈簧座(Α14)的軸套中。所述裸關(guān)節(jié)鉸鏈(4)包括跖骨上連桿軸承(Α10)、脛骨連桿下軸承(All)、裸關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸(A12)、墊片(A13)、踝關(guān)節(jié)錐齒輪(A19)和踝關(guān)節(jié)制動(dòng)墊片(A21);脛骨連桿下軸承 (All)通過過盈配合嵌入安裝在脛骨連桿(A8)底端左側(cè),跖骨上連桿(A9)頂端左側(cè)通過過盈配合嵌入安裝跖骨上連桿軸承(A10),并與脛骨連桿(A8)底端右側(cè)凸起的旋轉(zhuǎn)短軸過盈配合,并保持與脛骨連桿下軸承(All)同軸安裝;裸關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸(A12)右端與踝關(guān)節(jié)錐齒輪(A19)通過螺栓鎖緊配合;踝關(guān)節(jié)錐齒輪(A19)通過間隙配合嵌入在跖骨上連桿(A9)頂端右側(cè),并保持與脛骨連桿下軸承(All)同軸安裝;裸關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸(A12)與脛骨連桿下軸承 (All)過盈配合,墊片(A13)安裝在裸關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸(A12)左側(cè),并與脛骨連桿下軸承(All)左側(cè)接觸,裸關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸(A12)最左端固定一壓緊螺母;踝關(guān)節(jié)制動(dòng)墊片(A21)安裝在跖骨上連桿(A9)頂端右側(cè)和踝關(guān)節(jié)錐齒輪(A19)左側(cè)之間,構(gòu)成裸關(guān)節(jié)鉸鏈(4)中傘齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu);踝關(guān)節(jié)制動(dòng)墊片(A21)底端的U型槽通過過盈配合嵌入在踝關(guān)節(jié)錐齒輪(A19)的齒輪軸中,踝關(guān)節(jié)制動(dòng)墊片(A21)頂端通過螺母固定在跖骨上連桿(A9)的頂端上。本四足機(jī)器人腿部機(jī)構(gòu)的工作原理如下 膝關(guān)節(jié)鉸鏈和踝關(guān)節(jié)鉸鏈運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)如下
如圖2所示,為腿部膝關(guān)節(jié)鉸鏈和踝關(guān)節(jié)鉸鏈剖面示意圖。膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(Al)通過電機(jī)固定支架(A^O固定在股骨連桿(A30)上,膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(Al)軸端固定一個(gè)電機(jī)錐齒輪(A2),電機(jī)錐齒輪(A2)與脛骨驅(qū)動(dòng)錐齒輪(A3)嚙合。脛骨驅(qū)動(dòng)錐齒輪(A3)通過螺栓固定在脛骨連桿(A8)上面。即膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(Al)通過一對錐齒輪控制脛骨連桿(A8)繞股骨連桿(A30 )做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)鉸鏈旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。膝關(guān)節(jié)鉸鏈?zhǔn)怯擅劰球?qū)動(dòng)錐齒輪(A3)、墊片(A4)、膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸(A5)、脛骨連桿上軸承(A6)、膝關(guān)節(jié)制動(dòng)墊片(A25)、膝關(guān)節(jié)錐齒輪(A^)和股骨連桿下軸承(A^)構(gòu)成。其中膝關(guān)節(jié)錐齒輪(A^O和膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸(A5)是通過徑向螺栓鎖住;膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸(A5)的另一端固定一個(gè)螺母,為膝關(guān)節(jié)鉸鏈提供一個(gè)軸向預(yù)緊力。膝關(guān)節(jié)錐齒輪(Α26)通過膝關(guān)節(jié)制動(dòng)墊片(Α25)與股骨連桿(Α30)連接,使膝關(guān)節(jié)錐齒輪(Α26)相對股骨連桿(Α30)靜止, 即膝關(guān)節(jié)錐齒輪(A^)和股骨連桿(Α30)—同繞膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸(Α5)旋轉(zhuǎn)。踝關(guān)節(jié)鉸鏈?zhǔn)怯陕汴P(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸(Α12)、脛骨連桿下軸承(All)、墊片(Α13)、跖骨上連桿軸承(A10)、踝關(guān)節(jié)錐齒輪(A19)和踝關(guān)節(jié)制動(dòng)墊片(A21)構(gòu)成。其中踝關(guān)節(jié)錐齒輪 (A19)和裸關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸(A12)是通過徑向螺栓鎖??;裸關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸(A12)的另一端固定一個(gè)螺母,為踝關(guān)節(jié)鉸鏈提供一個(gè)軸向預(yù)緊力。踝關(guān)節(jié)錐齒輪(A19)通過踝關(guān)節(jié)制動(dòng)墊片(A21) 與趾骨上連桿(A9)連接,使踝關(guān)節(jié)錐齒輪(A19)相對趾骨上連桿(A9)靜止,即踝關(guān)節(jié)錐齒輪(A19)和趾骨上連桿(A9) —同繞旋轉(zhuǎn)軸(A12)旋轉(zhuǎn)。膝關(guān)節(jié)鉸鏈和踝關(guān)節(jié)鉸鏈?zhǔn)峭ㄟ^傳動(dòng)軸(A23)、軸端錐齒輪(A27)和軸端錐齒輪 (A20)來連接,用于傳遞兩個(gè)關(guān)節(jié)處的運(yùn)動(dòng)力矩。傳動(dòng)軸(A23)通過上軸承座(A7)和下軸承座(A22)固定在脛骨連桿(A8)上。當(dāng)膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(Al)驅(qū)動(dòng)脛骨連桿(A8)繞膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸(A5)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),傳動(dòng)軸 (A23)會隨著脛骨連桿(A8)—同繞膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸(A5)轉(zhuǎn)動(dòng)。由于膝關(guān)節(jié)錐齒輪(A^)相對股骨連桿(A30)靜止,通過膝關(guān)節(jié)錐齒輪(A^)和軸端錐齒輪(A27)嚙合,使得傳動(dòng)軸(A23) 相對于脛骨連桿(A8)自轉(zhuǎn)。通過軸端錐齒輪(A20)和踝關(guān)節(jié)錐齒輪(A19)的嚙合,傳動(dòng)軸 (A23)會將旋轉(zhuǎn)力矩作用于踝關(guān)節(jié)錐齒輪(A19)上,實(shí)現(xiàn)趾骨上連桿(A9)繞脛骨連桿(A8) 的轉(zhuǎn)動(dòng)。通過這種傳遞方式實(shí)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)鉸鏈和踝關(guān)節(jié)鉸鏈的聯(lián)動(dòng)。由于軸端錐齒輪(A20) 和軸端錐齒輪(A27)的安裝方式不同,導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)鉸鏈和踝關(guān)節(jié)鉸鏈旋轉(zhuǎn)方向相反,模擬動(dòng)物關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)方式。如圖2所示,機(jī)器人腿部結(jié)構(gòu)的趾骨連桿由阻尼彈簧座(A14)、移動(dòng)導(dǎo)桿(A15)、減震彈簧(A16)、調(diào)整墊塊(A17)、機(jī)器人足底(A18)和趾骨上連桿(A9)共同構(gòu)成。移動(dòng)導(dǎo)桿 (A15)上端通過彈性擋圈固定,使其在運(yùn)動(dòng)過程中固定在阻尼彈簧座(A14)中。
權(quán)利要求
1.一種四足機(jī)器人腿部機(jī)構(gòu),包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)(Al)、股骨機(jī)構(gòu)(1)、膝關(guān)節(jié)鉸鏈(2)、脛骨機(jī)構(gòu)(3 )、裸關(guān)節(jié)鉸鏈(4 )和跖骨機(jī)構(gòu)(5 ),其特征在于所述股骨機(jī)構(gòu)(1)通過膝關(guān)節(jié)鉸鏈(2 )鉸連脛骨機(jī)構(gòu)(3 );所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)(Al)固定安裝在股骨機(jī)構(gòu)(1)上,驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸通過膝關(guān)節(jié)鉸鏈 (2)中的傘齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)脛骨機(jī)構(gòu)(3)轉(zhuǎn)動(dòng);所述脛骨機(jī)構(gòu)(3 )通過裸關(guān)節(jié)鉸鏈(4 )鉸連跖骨機(jī)構(gòu)(5 );所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)(Al)通過膝關(guān)節(jié)鉸鏈(2)中的傘齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和裸關(guān)節(jié)鉸鏈(4)中的傘齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)跖骨機(jī)構(gòu)(5)傳動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的四足機(jī)器人腿部機(jī)構(gòu),其特征在于所述股骨機(jī)構(gòu)(1)包括股骨連桿(A30)和電機(jī)固定支架(A^O,電機(jī)固定支架(A29)通過螺栓固定在股骨連桿 (A30)上,驅(qū)動(dòng)電機(jī)(Al)固定安裝在電機(jī)固定支架(A29)上,確保驅(qū)動(dòng)電機(jī)(Al)的輸出軸沿著股骨連桿(A30 )軸向安裝。
3.根據(jù)權(quán)利要求書2所述的四足機(jī)器人腿部機(jī)構(gòu),其特征在于所述脛骨機(jī)構(gòu)(3)包括脛骨連桿(A8 )、脛骨傳動(dòng)軸(A23 )、上軸承座(A7 )和下軸承座(A22 ),上軸承座(A7 )和下軸承座(A22)分別通過螺栓固定在脛骨連桿(A8)上,脛骨傳動(dòng)軸(A23)通過上下軸承座(A7、 A22)中的軸承(AM)的支承而與脛骨連桿(A8)平行安裝。
4.根據(jù)權(quán)利要求書3所述的四足機(jī)器人腿部機(jī)構(gòu),其特征在于所述膝關(guān)節(jié)鉸鏈(2)包括脛骨驅(qū)動(dòng)錐齒輪(A3)、墊片(A4)、膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸(A5)、脛骨連桿上軸承(A6)、膝關(guān)節(jié)制動(dòng)墊片(A25)、膝關(guān)節(jié)錐齒輪(A26)和股骨連桿下軸承(A^);脛骨連桿上軸承(A6)通過過盈配合嵌入安裝在脛骨連桿(A8)頂端左側(cè),脛骨驅(qū)動(dòng)錐齒輪(A3)通過螺栓固定在脛骨連桿(A8)頂端左側(cè),并保持與脛骨連桿上軸承(A6)同軸安裝,脛骨驅(qū)動(dòng)錐齒輪(A3)的內(nèi)圈與脛骨連桿上軸承(A6)的外圈貼合接觸;所述股骨連桿 (A30)底端左側(cè)通過過盈配合嵌入安裝股骨連桿下軸承(A^),并與脛骨連桿(A8)頂端右側(cè)凸起的旋轉(zhuǎn)短軸過盈配合,并保持與脛骨連桿上軸承(A6)同軸安裝;膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸(A5) 右端與膝關(guān)節(jié)錐齒輪(A26)通過螺栓鎖緊配合;膝關(guān)節(jié)錐齒輪(A26)通過間隙配合嵌入在股骨連桿(A30 )底端右側(cè),并保持與脛骨連桿上軸承(A6 )同軸安裝,構(gòu)成膝關(guān)節(jié)鉸鏈(2 )中的傘齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu);膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸(A5)與脛骨連桿上軸承(A6)過盈配合,墊片(A4)安裝在膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸(A5 )左側(cè),并與脛骨連桿上軸承(A6 )左側(cè)接觸,膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸(A5 )最左端固定一壓緊螺母;膝關(guān)節(jié)制動(dòng)墊片(A25)安裝在股骨連桿(A30)底端右側(cè)和膝關(guān)節(jié)錐齒輪 (A26)左側(cè)之間;膝關(guān)節(jié)制動(dòng)墊片(A25)底端的U型槽通過過盈配合嵌入在膝關(guān)節(jié)錐齒輪 (A26)的齒輪軸中,膝關(guān)節(jié)制動(dòng)墊片(A25)頂端通過螺母固定在股骨連桿(A30)底端上。
5.根據(jù)權(quán)利要求書4所述的四足機(jī)器人腿部機(jī)構(gòu),其特征在于所述跖骨機(jī)構(gòu)(5)包括阻尼彈簧座(A14)、調(diào)整墊塊(A17)、減震彈簧(A16)、跖骨上連桿(A9)、移動(dòng)導(dǎo)桿(A15)和機(jī)器人足底(A18),阻尼彈簧座(A14)通過螺栓固定在跖骨上連桿(A9)的底端上,減震彈簧 (A16)通過間隙配合套在阻尼彈簧座(A14)的軸套上,并且減震彈簧(A16) —端與阻尼彈簧座(A14)的軸套頂部接觸,另一端與通過間隙配合套在阻尼彈簧座(A14)軸套上的調(diào)整墊塊(A17)頂端接觸,移動(dòng)導(dǎo)桿(A15)通過間隙配合插入阻尼彈簧座(A14)的軸套中,移動(dòng)導(dǎo)桿(A15)的底端通過螺紋配合與機(jī)器人足底(A18)固定,并且機(jī)器人足底(A18)的頂端與調(diào)整墊塊(A17)的底端接觸,移動(dòng)導(dǎo)桿(A15)上端安裝彈性擋圈使之固定在阻尼彈簧座(A14)的軸套中。
6.根據(jù)權(quán)利要求書5所述的四足機(jī)器人腿部機(jī)構(gòu),其特征在于所述裸關(guān)節(jié)鉸鏈(4)包括跖骨上連桿軸承(A10)、脛骨連桿下軸承(All)、裸關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸(A12)、墊片(A13)、踝關(guān)節(jié)錐齒輪(A19)和踝關(guān)節(jié)制動(dòng)墊片(A21);脛骨連桿下軸承(All)通過過盈配合嵌入安裝在脛骨連桿(A8)底端左側(cè),跖骨上連桿(A9)頂端左側(cè)通過過盈配合嵌入安裝跖骨上連桿軸承 (A10),并與脛骨連桿(A8)底端右側(cè)凸起的旋轉(zhuǎn)短軸過盈配合,并保持與脛骨連桿下軸承 (All)同軸安裝;裸關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸(A12)右端與踝關(guān)節(jié)錐齒輪(A19)通過螺栓鎖緊配合;踝關(guān)節(jié)錐齒輪(A19)通過間隙配合嵌入在跖骨上連桿(A9)頂端右側(cè),并保持與脛骨連桿下軸承 (All)同軸安裝;裸關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸(A12)與脛骨連桿下軸承(All)過盈配合,墊片(A13)安裝在裸關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸(A12)左側(cè),并與脛骨連桿下軸承(All)左側(cè)接觸,裸關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸(A12)最左端固定一壓緊螺母;踝關(guān)節(jié)制動(dòng)墊片(A21)安裝在跖骨上連桿(A9)頂端右側(cè)和踝關(guān)節(jié)錐齒輪(A19)左側(cè)之間,構(gòu)成裸關(guān)節(jié)鉸鏈(4)中傘齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu);踝關(guān)節(jié)制動(dòng)墊片(A21)底端的U型槽通過過盈配合嵌入在踝關(guān)節(jié)錐齒輪(A19)的齒輪軸中,踝關(guān)節(jié)制動(dòng)墊片(A21)頂端通過螺母固定在跖骨上連桿(A9)的頂端上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種四足機(jī)器人腿部機(jī)構(gòu)。它包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、股骨機(jī)構(gòu)、膝關(guān)節(jié)鉸鏈、脛骨機(jī)構(gòu)、裸關(guān)節(jié)鉸鏈和跖骨機(jī)構(gòu)。所述股骨機(jī)構(gòu)通過膝關(guān)節(jié)鉸鏈鉸連脛骨機(jī)構(gòu);所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定安裝在股骨機(jī)構(gòu)上,驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸通過膝關(guān)節(jié)鉸鏈中的傘齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)脛骨機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng);所述脛骨機(jī)構(gòu)通過裸關(guān)節(jié)鉸鏈鉸連跖骨機(jī)構(gòu);所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過膝關(guān)節(jié)鉸鏈中的傘齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和裸關(guān)節(jié)鉸鏈中的傘齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)跖骨機(jī)構(gòu)傳動(dòng)。本發(fā)明在不增加自由度的情況下,增加了腿部結(jié)構(gòu)的關(guān)節(jié)數(shù)量,使機(jī)器人腿部運(yùn)動(dòng)更加靈活,具有更好的運(yùn)動(dòng)性能。
文檔編號B62D57/032GK102390457SQ201110303670
公開日2012年3月28日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者史曉斌, 范昌華, 蔣蓁, 薛金蓮, 賀白羽 申請人:上海大學(xué)
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