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(guò)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(chǎng)地上具有更廣闊的發(fā)展前景，因此被廣泛應(yīng)用于搶險(xiǎn)救災(zāi)、排雷排爆、地址勘探、娛樂(lè)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(duì)足式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)起著非常重要的作用。
[0003]現(xiàn)有報(bào)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(qǐng)?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(qǐng)?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(dòng)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(shí)甚至導(dǎo)致足端卡死，機(jī)器人無(wú)法正常運(yùn)作。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型擬解決的技術(shù)問(wèn)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(jiǎn)單，質(zhì)量較輕，通過(guò)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(dòng)，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(duì)足端摩擦力較大，容易卡死的問(wèn)題，本實(shí)用新型還可將機(jī)器人足端與地面的滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)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(wèn)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(hào)軸承端蓋、弧形桿、轉(zhuǎn)輪、2號(hào)軸承端蓋、被動(dòng)軸、萬(wàn)向軸承、輸出桿、輸出鏈輪、2號(hào)軸承、3號(hào)軸承、3號(hào)軸承端蓋、I號(hào)軸承和短軸；
[0006]所述輸出鏈輪通過(guò)鍵和伺服電機(jī)連接，兩者同步旋轉(zhuǎn)；所述輸入鏈輪通過(guò)鏈條和輸出鏈輪連接，兩者同步旋轉(zhuǎn)；所述輸出桿通過(guò)鍵和輸入鏈輪連接，兩者同步旋轉(zhuǎn)，同時(shí)輸出桿通過(guò)軸承、軸承端蓋和U型支撐架非固定連接，兩者可相對(duì)旋轉(zhuǎn)；所述弧形桿通過(guò)萬(wàn)向軸承和輸出桿非固定連接，由于萬(wàn)向軸承的特性，弧形桿可以相對(duì)于輸出桿360度旋轉(zhuǎn)；所述被動(dòng)軸兩端通過(guò)軸承、軸承端蓋和U型支撐架非固定連接，二者可相對(duì)旋轉(zhuǎn)；被動(dòng)軸中部有兩個(gè)圓形孔，所述短軸兩端通過(guò)軸承、軸承端蓋和被動(dòng)軸非固定連接，短軸可相對(duì)于被動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)；所述短軸穿過(guò)弧形桿上的一個(gè)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(jiǎn)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(shí)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(wàn)向軸承，通過(guò)桿的傳遞，使足末端的運(yùn)動(dòng)軌跡變大，從而能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人腿部的各種運(yùn)動(dòng)；
[0010]3、本實(shí)用新型只用了一個(gè)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(guò)在足端安裝轉(zhuǎn)輪，將滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)為滾動(dòng)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(shuō)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(dòng)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(qǐng)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(jiǎn)稱腿部結(jié)構(gòu)，參見(jiàn)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(hào)軸承端蓋5、弧形桿6、轉(zhuǎn)輪7、2號(hào)軸承端蓋8、被動(dòng)軸9、萬(wàn)向軸承10、輸出桿11、輸出鏈輪12、2號(hào)軸承13、3號(hào)軸承14、3號(hào)軸承端蓋15、I號(hào)軸承16和短軸17。
[0019]所述輸出鏈輪12通過(guò)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(guò)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(guò)鍵和輸入鏈輪3連接，兩者同步旋轉(zhuǎn)，同時(shí)輸出桿11的另一端通過(guò)和U型支撐架4的非固定連接，兩者可相對(duì)旋轉(zhuǎn)；所述弧形桿6通過(guò)萬(wàn)向軸承10和輸出桿11的非固定連接，由于萬(wàn)向軸承10的特性，弧形桿6可以相對(duì)于輸出桿11進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)；所述被動(dòng)軸9兩端通過(guò)和U型支撐架4非固定連接，二者可相對(duì)旋轉(zhuǎn)；所述短軸17的兩端和被動(dòng)軸9非固定連接，短軸17可相對(duì)于被動(dòng)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(dòng)對(duì)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(jiàn)圖3)，弧形桿6包括三個(gè)連接處，分別為I號(hào)連接點(diǎn)61，2號(hào)連接點(diǎn)62和3號(hào)連接點(diǎn)63。所述I號(hào)連接點(diǎn)61通過(guò)萬(wàn)向軸承10和輸出桿11連接；所述2號(hào)連接點(diǎn)62和短軸17非固定連接，且兩者可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；所述3號(hào)連接點(diǎn)63和轉(zhuǎn)輪7非固定連接，且兩者可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
[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(jiàn)圖4)，包括兩個(gè)連接處，分別為4號(hào)連接點(diǎn)1101和5號(hào)連接點(diǎn)1102。所述4號(hào)連接點(diǎn)1101通過(guò)萬(wàn)向軸承10和弧形桿6非固定連接；所述5號(hào)連接點(diǎn)1102和輸入鏈輪3固定連接(參見(jiàn)圖4)。
[0022]所述被動(dòng)軸9也為一焊接件，中間部位開(kāi)有兩個(gè)通孔，兩個(gè)通孔的軸線垂直(參見(jiàn)圖5)，被動(dòng)軸9包括四個(gè)連接處，分別為6號(hào)連接點(diǎn)91，7號(hào)連接點(diǎn)92，8號(hào)連接點(diǎn)93和9號(hào)連接點(diǎn)94。所述6號(hào)連接點(diǎn)91、7號(hào)連接點(diǎn)92分別通過(guò)軸承和U型支撐架4非固定連接，且兩者可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；所述8號(hào)連接點(diǎn)93套在弧形桿6的外部，弧形桿6可在8號(hào)連接點(diǎn)93出轉(zhuǎn)動(dòng)；所述9號(hào)連接點(diǎn)94和短軸17非固定連接，且兩者可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)(參見(jiàn)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(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)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(shí)，所述的機(jī)械腿應(yīng)當(dāng)左右對(duì)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(guò)程為:當(dāng)機(jī)器人腿部前進(jìn)時(shí)，伺服電機(jī)I旋轉(zhuǎn)，并通過(guò)鏈傳動(dòng)將運(yùn)動(dòng)傳遞到輸出桿11，輸出桿11帶動(dòng)弧形桿6轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的足部行走。在這個(gè)過(guò)程中，輸出桿11為一個(gè)偏心機(jī)構(gòu)，且末端通過(guò)萬(wàn)向軸承10和弧形桿6相連接，當(dāng)輸出桿11帶動(dòng)弧形桿6運(yùn)動(dòng)時(shí)，為保證弧形桿6的運(yùn)動(dòng)范圍較大，被動(dòng)軸9可以被動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣弧形桿6可以輸出兩個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，使腿末端的運(yùn)動(dòng)能力有了很大提高。在腿部結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程當(dāng)中，腿部機(jī)構(gòu)的末端通過(guò)轉(zhuǎn)輪7和地面接觸，弧形桿6將運(yùn)動(dòng)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(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)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(hào)軸承端蓋、弧形桿、轉(zhuǎn)輪、2號(hào)軸承端蓋、被動(dòng)軸、萬(wàn)向軸承、輸出桿、輸出鏈輪、2號(hào)軸承、3號(hào)軸承、3號(hào)軸承端蓋、I號(hào)軸承和短軸； 所述輸出鏈輪通過(guò)鍵和伺服電機(jī)連接，兩者同步旋轉(zhuǎn)；所述輸入鏈輪通過(guò)鏈條和輸出鏈輪連接，兩者同步旋轉(zhuǎn)；所述輸出桿通過(guò)鍵和輸入鏈輪連接，兩者同步旋轉(zhuǎn)，同時(shí)輸出桿通過(guò)軸承、軸承端蓋和U型支撐架非固定連接，兩者可相對(duì)旋轉(zhuǎn)；所述弧形桿通過(guò)萬(wàn)向軸承和輸出桿非固定連接，由于萬(wàn)向軸承的特性，弧形桿可以相對(duì)于輸出桿360度旋轉(zhuǎn)；所述被動(dòng)軸兩端通過(guò)軸承、軸承端蓋和U型支撐架非固定連接，二者可相對(duì)旋轉(zhuǎn)；被動(dòng)軸中部有兩個(gè)圓形孔，所述短軸兩端通過(guò)軸承、軸承端蓋和被動(dòng)軸非固定連接，短軸可相對(duì)于被動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)；所述短軸穿過(guò)弧形桿上的一個(gè)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(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)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(kāi)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(hào)軸承端蓋、異形軸、萬(wàn)向軸承、輸出桿、輸出鏈輪、1-3號(hào)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(shí)輸出桿和U型支撐架非固定連接，兩者可相對(duì)旋轉(zhuǎn)；弧形桿和輸出桿非固定連接，弧形桿可相對(duì)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(duì)旋轉(zhuǎn)；短軸兩端和異形軸非固定連接，短軸可相對(duì)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(kāi)號(hào)】CN204801921
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520498766
【發(fā)明人】劉翔宇
【申請(qǐng)人】陜西九立機(jī)器人制造有限公司
【公開(kāi)日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2015年7月10日