一種足式機(jī)器人的腿部結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及足式機(jī)器人技術(shù)，具體為一種足式機(jī)器人的腿部結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]足式機(jī)器人憑借其在行走過程中與地面的非連續(xù)接觸特性表現(xiàn)出了很強(qiáng)的適應(yīng)性，尤其在有障礙物的通道上或很難接近的工作場地上具有更廣闊的發(fā)展前景，因此被廣泛應(yīng)用于搶險救災(zāi)、排雷排爆、地址勘探、娛樂及民用等領(lǐng)域。機(jī)器人的腿(或機(jī)械腿)是機(jī)器人的重要組成部分，對足式機(jī)器人運(yùn)動起著非常重要的作用。
[0003]現(xiàn)有報道的六足機(jī)器人主要有:哈爾濱工業(yè)大學(xué)張赫、趙杰等人設(shè)計(jì)的一種新型六足機(jī)器人(專利申請?zhí)?201310084564.3)以及西南大學(xué)張春設(shè)計(jì)的低能耗六足機(jī)器人(專利申請?zhí)?201410592518.9)。這些機(jī)器人負(fù)載能力較差，并且本身整體質(zhì)量大，所用驅(qū)動電機(jī)數(shù)較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制也復(fù)雜，不利于實(shí)際應(yīng)用；另一方面，足式機(jī)器人的足端軌跡不封閉，容易造成足端與地面產(chǎn)生摩擦力，嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致足端卡死，機(jī)器人無法正常運(yùn)作。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型擬解決的技術(shù)問題是，提出一種足式機(jī)器人的腿部結(jié)構(gòu)。該腿部結(jié)構(gòu)基于桿機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量較輕，通過本實(shí)用新型中桿的結(jié)構(gòu)能夠巧妙的實(shí)現(xiàn)所需要的運(yùn)動，并且能夠大幅度提升腿部和機(jī)器人的負(fù)載能力；另一方面，針對足端摩擦力較大，容易卡死的問題，本實(shí)用新型還可將機(jī)器人足端與地面的滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動摩擦，有效的降低摩擦力，防止卡死現(xiàn)象的發(fā)生。
[0005]本實(shí)用新型解決所述技術(shù)問題的技術(shù)方案是，設(shè)計(jì)一種足式機(jī)器人的腿部結(jié)構(gòu)。其特征在于該腿部結(jié)構(gòu)基于桿機(jī)構(gòu)，包括伺服電機(jī)、鏈條、輸入鏈輪、U型支撐架、I號軸承端蓋、弧形桿、轉(zhuǎn)輪、2號軸承端蓋、被動軸、萬向軸承、輸出桿、輸出鏈輪、2號軸承、3號軸承、3號軸承端蓋、I號軸承和短軸；
[0006]所述輸出鏈輪通過鍵和伺服電機(jī)連接，兩者同步旋轉(zhuǎn)；所述輸入鏈輪通過鏈條和輸出鏈輪連接，兩者同步旋轉(zhuǎn)；所述輸出桿通過鍵和輸入鏈輪連接，兩者同步旋轉(zhuǎn)，同時輸出桿通過軸承、軸承端蓋和U型支撐架非固定連接，兩者可相對旋轉(zhuǎn)；所述弧形桿通過萬向軸承和輸出桿非固定連接，由于萬向軸承的特性，弧形桿可以相對于輸出桿360度旋轉(zhuǎn)；所述被動軸兩端通過軸承、軸承端蓋和U型支撐架非固定連接，二者可相對旋轉(zhuǎn)；被動軸中部有兩個圓形孔，所述短軸兩端通過軸承、軸承端蓋和被動軸非固定連接，短軸可相對于被動軸旋轉(zhuǎn)；所述短軸穿過弧形桿上的一個小孔，弧形桿和短軸為非固定連接，弧形桿可以繞短軸在一定角度內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的新型足式機(jī)器人的腿部結(jié)構(gòu)基于桿機(jī)構(gòu)，具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0008]1、桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)巧妙，能夠減輕機(jī)器人腿部的質(zhì)量，降低能耗，同時能夠較大幅度的增大負(fù)載能力；
[0009]2、本實(shí)用新型采用萬向軸承，通過桿的傳遞，使足末端的運(yùn)動軌跡變大，從而能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人腿部的各種運(yùn)動；
[0010]3、本實(shí)用新型只用了一個伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)構(gòu)的輕量化，低能耗；
[0011]4、可通過在足端安裝轉(zhuǎn)輪，將滑動摩擦轉(zhuǎn)為滾動摩擦，從而有效了防止卡死現(xiàn)象的產(chǎn)生，能耗也相應(yīng)的進(jìn)一步降低。
【附圖說明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型足式機(jī)器人的腿部結(jié)構(gòu)一種實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為本實(shí)用新型足式機(jī)器人的腿部結(jié)構(gòu)一種實(shí)施例的局部(圖1中的虛線部分)放大結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3為本實(shí)用新型足式機(jī)器人的腿部結(jié)構(gòu)一種實(shí)施例的弧形桿立體形狀結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖4為本實(shí)用新型足式機(jī)器人的腿部結(jié)構(gòu)一種實(shí)施例的輸出桿立體形狀結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖5為本實(shí)用新型足式機(jī)器人的腿部結(jié)構(gòu)一種實(shí)施例的被動軸立體形狀結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖進(jìn)一步敘述本實(shí)用新型。但本申請的權(quán)利要求保護(hù)范圍不限于所述實(shí)施例的描述范圍。
[0018]本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的一種足式機(jī)器人的腿部結(jié)構(gòu)(簡稱腿部結(jié)構(gòu)，參見圖1-5)，其特征在于該腿部結(jié)構(gòu)基于桿機(jī)構(gòu)，包括伺服電機(jī)1、鏈條2、輸入鏈輪3、U型支撐架4、I號軸承端蓋5、弧形桿6、轉(zhuǎn)輪7、2號軸承端蓋8、被動軸9、萬向軸承10、輸出桿11、輸出鏈輪12、2號軸承13、3號軸承14、3號軸承端蓋15、I號軸承16和短軸17。
[0019]所述輸出鏈輪12通過鍵和伺服電機(jī)I連接，兩者同步旋轉(zhuǎn)；所述輸入鏈輪3通過鏈條2和輸出鏈輪12連接，兩者同步旋轉(zhuǎn)；所述輸出桿11的一端通過鍵和輸入鏈輪3連接，兩者同步旋轉(zhuǎn)，同時輸出桿11的另一端通過和U型支撐架4的非固定連接，兩者可相對旋轉(zhuǎn)；所述弧形桿6通過萬向軸承10和輸出桿11的非固定連接，由于萬向軸承10的特性，弧形桿6可以相對于輸出桿11進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)；所述被動軸9兩端通過和U型支撐架4非固定連接，二者可相對旋轉(zhuǎn)；所述短軸17的兩端和被動軸9非固定連接，短軸17可相對于被動軸9旋轉(zhuǎn)；所述弧形桿6和短軸17為非固定連接，弧形桿6可以繞短軸17在一定角度內(nèi)旋轉(zhuǎn)。所述的一定角度是指能夠滿足腿的正常運(yùn)動對應(yīng)的角度。
[0020]所述弧形桿6為一直桿和一彎桿的焊接組合件，可以改變桿輸出的角度(參見圖3)，弧形桿6包括三個連接處，分別為I號連接點(diǎn)61，2號連接點(diǎn)62和3號連接點(diǎn)63。所述I號連接點(diǎn)61通過萬向軸承10和輸出桿11連接；所述2號連接點(diǎn)62和短軸17非固定連接，且兩者可以相對轉(zhuǎn)動；所述3號連接點(diǎn)63和轉(zhuǎn)輪7非固定連接，且兩者可以相對轉(zhuǎn)動。
[0021]所述輸出桿11為一焊接件，結(jié)構(gòu)類似于曲柄結(jié)構(gòu)(參見圖4)，包括兩個連接處，分別為4號連接點(diǎn)1101和5號連接點(diǎn)1102。所述4號連接點(diǎn)1101通過萬向軸承10和弧形桿6非固定連接；所述5號連接點(diǎn)1102和輸入鏈輪3固定連接(參見圖4)。
[0022]所述被動軸9也為一焊接件，中間部位開有兩個通孔，兩個通孔的軸線垂直(參見圖5)，被動軸9包括四個連接處，分別為6號連接點(diǎn)91，7號連接點(diǎn)92，8號連接點(diǎn)93和9號連接點(diǎn)94。所述6號連接點(diǎn)91、7號連接點(diǎn)92分別通過軸承和U型支撐架4非固定連接，且兩者可相對轉(zhuǎn)動；所述8號連接點(diǎn)93套在弧形桿6的外部，弧形桿6可在8號連接點(diǎn)93出轉(zhuǎn)動；所述9號連接點(diǎn)94和短軸17非固定連接，且兩者可以相對轉(zhuǎn)動(參見圖5)。
[0023]本實(shí)用新型的進(jìn)一步特征在于，在足端安裝有轉(zhuǎn)輪7，轉(zhuǎn)輪7可以繞自身圓心旋轉(zhuǎn)。所述轉(zhuǎn)輪7具體安裝在弧形桿6的接近地面的一端上，這樣可以將足端(弧形桿6接觸地面的一端)與地面的滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動摩擦，既可以有效防止卡死現(xiàn)象的產(chǎn)生，又可以使能耗相應(yīng)的進(jìn)一步降低。
[0024]本實(shí)用新型腿部結(jié)構(gòu)特別適用于做兩足、四足、六足或八足的足式機(jī)器人的機(jī)械腿使用。具體安裝時，所述的機(jī)械腿應(yīng)當(dāng)左右對稱地安裝在足式機(jī)器人軀體腹部的兩側(cè)。
[0025]本實(shí)用新型腿部結(jié)構(gòu)的工作原理和過程為:當(dāng)機(jī)器人腿部前進(jìn)時，伺服電機(jī)I旋轉(zhuǎn)，并通過鏈傳動將運(yùn)動傳遞到輸出桿11，輸出桿11帶動弧形桿6轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的足部行走。在這個過程中，輸出桿11為一個偏心機(jī)構(gòu)，且末端通過萬向軸承10和弧形桿6相連接，當(dāng)輸出桿11帶動弧形桿6運(yùn)動時，為保證弧形桿6的運(yùn)動范圍較大，被動軸9可以被動轉(zhuǎn)動，這樣弧形桿6可以輸出兩個旋轉(zhuǎn)自由度，使腿末端的運(yùn)動能力有了很大提高。在腿部結(jié)構(gòu)運(yùn)動過程當(dāng)中，腿部機(jī)構(gòu)的末端通過轉(zhuǎn)輪7和地面接觸，弧形桿6將運(yùn)動傳遞給轉(zhuǎn)輪7，轉(zhuǎn)輪7旋轉(zhuǎn)，從而將機(jī)械腿足端(裝入轉(zhuǎn)輪7前，弧形桿6與地面直接接觸)與地面之間的滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動摩擦，從而有效防止卡死現(xiàn)象的產(chǎn)生，能耗也可相應(yīng)的進(jìn)一步降低。另一方面，由于桿機(jī)構(gòu)本身的特性:輸入較小的力矩能夠獲得較大的輸出力矩。從而可以使機(jī)器人腿部結(jié)構(gòu)的承載能力大幅度提高。
[0026]本實(shí)用新型未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種足式機(jī)器人的腿部結(jié)構(gòu)，其特征在于該腿部結(jié)構(gòu)基于桿機(jī)構(gòu)，包括伺服電機(jī)、鏈條、輸入鏈輪、U型支撐架、I號軸承端蓋、弧形桿、轉(zhuǎn)輪、2號軸承端蓋、被動軸、萬向軸承、輸出桿、輸出鏈輪、2號軸承、3號軸承、3號軸承端蓋、I號軸承和短軸； 所述輸出鏈輪通過鍵和伺服電機(jī)連接，兩者同步旋轉(zhuǎn)；所述輸入鏈輪通過鏈條和輸出鏈輪連接，兩者同步旋轉(zhuǎn)；所述輸出桿通過鍵和輸入鏈輪連接，兩者同步旋轉(zhuǎn)，同時輸出桿通過軸承、軸承端蓋和U型支撐架非固定連接，兩者可相對旋轉(zhuǎn)；所述弧形桿通過萬向軸承和輸出桿非固定連接，由于萬向軸承的特性，弧形桿可以相對于輸出桿360度旋轉(zhuǎn)；所述被動軸兩端通過軸承、軸承端蓋和U型支撐架非固定連接，二者可相對旋轉(zhuǎn)；被動軸中部有兩個圓形孔，所述短軸兩端通過軸承、軸承端蓋和被動軸非固定連接，短軸可相對于被動軸旋轉(zhuǎn)；所述短軸穿過弧形桿上的一個小孔，弧形桿和短軸為非固定連接，弧形桿可以繞短軸在一定角度內(nèi)旋轉(zhuǎn)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的足式機(jī)器人的腿部結(jié)構(gòu)，其特征在于在足端安裝有轉(zhuǎn)輪，轉(zhuǎn)輪可以繞自身圓心旋轉(zhuǎn)，將足端與地面的滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動摩擦。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的足式機(jī)器人的腿部結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的腿部結(jié)構(gòu)用于做兩足、四足、六足或八足的足式機(jī)器人的機(jī)械腿。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種足式機(jī)器人的腿部結(jié)構(gòu)，其特征在于該腿部結(jié)構(gòu)基于桿機(jī)構(gòu)，包括伺服電機(jī)、鏈條、輸入鏈輪、U型支撐架、弧形桿、轉(zhuǎn)輪、1-3號軸承端蓋、異形軸、萬向軸承、輸出桿、輸出鏈輪、1-3號軸承和短軸；所述輸出鏈輪和伺服電機(jī)連接，兩者同步旋轉(zhuǎn)；輸入鏈輪和輸出鏈輪連接，兩者同步旋轉(zhuǎn)；輸出桿和輸入鏈輪連接，兩者同步旋轉(zhuǎn)，同時輸出桿和U型支撐架非固定連接，兩者可相對旋轉(zhuǎn)；弧形桿和輸出桿非固定連接，弧形桿可相對于輸出桿360度旋轉(zhuǎn)；異形軸兩端和U型支撐架非固定連接，二者可相對旋轉(zhuǎn)；短軸兩端和異形軸非固定連接，短軸可相對于異形軸旋轉(zhuǎn)；弧形桿和短軸為非固定連接，弧形桿可繞短軸在一定角度內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
【IPC分類】B62D57/032
【公開號】CN204801921
【申請?zhí)枴緾N201520498766
【發(fā)明人】劉翔宇
【申請人】陜西九立機(jī)器人制造有限公司
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年7月10日