一种步行机器人腿部膝盖下关节及步行机器人腿结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及的是一种步行机器人腿部膝盖下关节，是由小腿连接座、膝盖上关节铰接座和小腿驱动铰接座构成树叉状的一体结构；膝盖上关节铰接座设有第一铰接孔，第一铰接孔的圆心定为C；小腿驱动铰接座设有第二铰接孔，第二铰接孔的圆心定为D；直线CD与小腿中轴线的夹角定为夹角a，夹角a为锐角。本实用新型结构简单、呈一体结构，简化了机器人零部件，方便机器人的组装；经过两个铰接孔圆心的直线与小腿轴线的夹角为锐角，有助于调节大腿驱动杆和小腿驱动杆的长度及行程，使驱动杆的推力得到最佳发挥，降低机器人能耗，提高能源利用率。本实用新型还公开了一种由该膝盖下关节构成的步行机器人腿结构。
【专利说明】
一种步行机器人腿部膝盖下关节及步行机器人腿结构
技术领域
[0001]本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及的是一种步行机器人腿部膝盖下关节及步行机器人腿结构。
【背景技术】
[0002]现有机器人的运动方式主要包括有轮式、履带式、足式等多种形式。轮式机器人可在平坦路面(公路)上高速移动，但在崎岖不平的地形中，将大大增加能耗，甚至完全丧失行动能力。履带式机器更适合于松软地形行动而不陷入，但其在崎岖不平的地形中能动性与轮式机器人一样差。
[0003]足式器人则与上述两种机器人不同，其在运动过程中，仅需要一些离散的点供其落足，就可以成功通过崎岖、松软或泥泞的地面。正因为足式机器人在复杂地面行走方面具有更强的适应能力，多足步行机器人受到人们的广泛重视，现已被应用于军事国防、航空航天、工业农业等领域。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的在于克服上述不足，提供:一种结构简单、降低能耗、增加机器人动态性能的步行机器人腿部膝盖下关节，还公开了由该膝盖下关节构成的步行机器人腿结构。
[0005]为实现上述目的，本实用新型的技术解决方案是:
[0006]—种步行机器人腿部膝盖下关节，是由小腿连接座、膝盖上关节铰接座和小腿驱动铰接座构成树叉状的一体结构;膝盖上关节铰接座设有第一铰接孔，第一铰接孔的圆心定为C;小腿驱动铰接座设有第二铰接孔，第二铰接孔的圆心定为D;直线CD与小腿中轴线的夹角定为夹角a，夹角a为锐角。
[0007]—种步行机器人腿结构，包括髋部、大腿、小腿、大腿驱动杆、小腿驱动杆、膝盖上关节、以及权利要求1所述步行机器人腿部膝盖下关节;膝盖上关节呈L型，其弯折处铰接于膝盖上关节铰接座;大腿的上端铰接于髋部的中部，下端与膝盖上关节的一端铰接;大腿驱动杆的上端铰接于髋部的前部，下端与膝盖上关节的另一端铰接;小腿驱动杆的上端铰接于髋部的后部，下端铰接于小腿驱动铰接座;小腿固定连接于小腿连接座;大腿驱动杆和小腿驱动杆均可沿长度方向伸缩。
[0008]优选的，小腿驱动杆绕髋部的A点转动;步行机器人腿向前迈时，夹角ADC的角度为75° -105°之间；步行机器人腿向后迈时，夹角ADC的角度为75° -105°之间。
[0009]优选的，步行机器人腿向前迈至最前端时，夹角ADC的角度为83-88°;步行机器人腿向后迈至最后端时，夹角ADC的角度又回到83-88°。
[0010]优选的，步行机器人腿向前迈至最前端，夹角ADC的角度为85°;步行机器人腿向后迈至最后端，夹角ADC的角度又回到85°。
[0011]优选的，大腿驱动杆和小腿驱动杆沿长度方向伸缩由液压、气压、或电机驱动。
[0012]优选的，小腿底部固定连接有足部，足部的底端呈球形。
[0013]优选的，足部的底面固定有弹性的垫片。
[0014]优选的，垫片由橡胶制成。
[0015]通过采用上述的技术方案，本实用新型的有益效果是:步行机器人腿部膝盖下关节的结构简单、呈一体结构，简化了机器人零部件，方便机器人的组装;经过两个铰接孔圆心的直线与小腿轴线的夹角为锐角，有助于调节大腿驱动杆和小腿驱动杆的长度及行程，使驱动杆推力得到最佳发挥，降低机器人能耗，提高能源利用率。
[0016]采用上述膝盖下关节组成的步行机器人腿结构，其膝盖关节部位不含任何动力源，结构简单轻巧，能够获得高的运动速度，步行机器人腿位于最前端和最后端两个极端时，夹角ADC角度大小一致或相近且趋近90°，小腿驱动杆获得最大力矩，保证小腿驱动杆最为省力，有效降低能耗。
【附图说明】
[0017]图1为步行机器人腿部膝盖下关节示意图；
[0018]图2为步行机器人腿结构结构示意图；
[0019]图3为步行机器人腿结构前迈结构示意图；
[0020]图4为步行机器人腿结构后迈结构示意图；
[0021](1、步行机器人腿部膝盖下关节；11、小腿连接座；12、膝盖上关节铰接座；121、第一铰接孔；13、小腿驱动铰接座；131、第二铰接孔;2、髋部;3、大腿;4、小腿;5、大腿驱动杆；
6、小腿驱动杆;7、膝盖上关节;8、足部；)。
【具体实施方式】
[0022]以下结合附图和具体实施例来进一步说明本实用新型。
[0023]本实用新型中所提到的方向用语，上、下是至明书附图1-4的上下；前是指说明书附图2-4的右侧，后是指说明书附图2-4的左侧;使用的方向用语是用来说明并非用来限制本实用新型。
[0024]如图1所示，一种步行机器人腿部膝盖下关节，是由小腿连接座11、膝盖上关节铰接座12和小腿驱动铰接座13构成树叉状的一体结构，小腿连接座11可以是方形或圆形的套管。其中，膝盖上关节铰接座12设有第一铰接孔121，将第一铰接孔121的圆心定为C;小腿驱动铰接座13设有第二铰接孔131，将第二铰接孔131的圆心定为D。直线CD与小腿4中轴线的夹角定为夹角a，夹角a为锐角。
[0025]如图2所示，一种步行机器人腿结构，包括髋部2、大腿3、小腿4、大腿驱动杆5、小腿驱动杆6、膝盖上关节7、以及步行机器人腿部膝盖下关节I。膝盖上关节7呈L型，弯折处通过轴承(未示出)铰接于膝盖上关节铰接座12;大腿3的上端铰接于髋部2的中部，下端与膝盖上关节7的一端铰接接;大腿驱动杆6的上端铰接于髋部2的前部，下端与膝盖上关节7的另一端铰接;小腿驱动杆6的上端铰接于髋部2的后部，下端铰接于小腿驱动铰接座13;小腿4固定连接于小腿连接座11。本结构中，大腿驱动杆5和小腿驱动杆6均可沿长度方向伸缩，其伸缩可采用液压、气压、电机或其他方式驱动，最佳选择是大腿驱动杆5和小腿驱动杆6均为电动缸。小腿4底部固定连接有足部8，足部8的底端呈球形，有助于提高机器人行动灵活和稳定性;为减小足部8与地面接触时的冲力并减少磨损，足部8底面固定有弹性垫片(未示出)，弹性垫片可以采用聚氨酯、硅橡胶或软尼龙制成。
[0026]小腿驱动杆6上部绕一固定点转动，该固定点定为A点，A点位于髋部2的后端;大腿3上部绕另一固定点转动，该固定点定为B点，B点位于髋部2的前端。如图3所示，步行机器人腿向前迈期间，夹角ADC的角度在75-105°之间变化；当步行机器人腿迈至最前端时，夹角ADC的角度为85-90°，最佳的为85°。如图4所示，步行机器人腿向后迈期间，夹角ADC的角度在75-105°之间变化；当步行机器人腿迈至最后端时，夹角ADC最佳的是夹角ADC的角度为85-90°，最佳的为85°。步行机器人腿位于最前端和最后端两个极端时，夹角ADC角度大小一致或相近且趋近90°，此时小腿驱动杆获得最大力矩，进而使小腿驱动杆最省力，有效降低能耗。
[0027]以上所述的，仅为本实用新型的较佳实施例而已，不能限定本实用新型实施的范围，凡是依本实用新型申请专利范围所作的均等变化与装饰，皆应仍属于本实用新型涵盖的范围内。
【主权项】
1.一种步行机器人腿部膝盖下关节，其特征在于，是由小腿连接座、膝盖上关节铰接座和小腿驱动铰接座构成树叉状的一体结构;膝盖上关节铰接座设有第一铰接孔，第一铰接孔的圆心定为C;小腿驱动铰接座设有第二铰接孔，第二铰接孔的圆心定为D;直线CD与小腿中轴线的夹角定为夹角a，夹角a为锐角。2.—种步行机器人腿结构，其特征在于，包括髋部、大腿、小腿、大腿驱动杆、小腿驱动杆、膝盖上关节、以及权利要求1所述步行机器人腿部膝盖下关节;膝盖上关节呈L型，其弯折处铰接于膝盖上关节铰接座;大腿的上端铰接于髋部的中部，下端与膝盖上关节的一端铰接;大腿驱动杆的上端铰接于髋部的前部，下端与膝盖上关节的另一端铰接;小腿驱动杆的上端铰接于髋部的后部，下端铰接于小腿驱动铰接座;小腿固定连接于小腿连接座;大腿驱动杆和小腿驱动杆均可沿长度方向伸缩。3.根据权利要求2所述步行机器人腿结构，其特征在于，小腿驱动杆绕髋部的A点转动；步行机器人腿向前迈时，夹角ADC的角度为75°-105°之间；步行机器人腿向后迈时，夹角ADC的角度为75°-105°之间。4.根据权利要求3所述步行机器人腿结构，其特征在于，步行机器人腿向前迈至最前端时，夹角ADC的角度为83-88°;步行机器人腿向后迈至最后端时，夹角ADC的角度又回到83-88。。5.根据权利要求4所述步行机器人腿结构，其特征在于，步行机器人腿向前迈至最前端，夹角ADC的角度为85° ;步行机器人腿向后迈至最后端，夹角ADC的角度又回到85°。6.根据权利要求2所述步行机器人腿结构，其特征在于，大腿驱动杆和小腿驱动杆沿长度方向伸缩采用液压、气压、或电机驱动。7.根据权利要求2所述步行机器人腿结构，其特征在于，小腿底部固定连接有足部，足部的底端呈球形。8.根据权利要求7所述步行机器人腿结构，其特征在于，足部的底面固定有弹性的垫片。9.根据权利要求8所述步行机器人腿结构，其特征在于，垫片由橡胶制成。
【文档编号】B62D57/032GK205686505SQ201620617514
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2016年6月22日 公开号201620617514.6, CN 201620617514, CN 205686505 U, CN 205686505U, CN-U-205686505, CN201620617514, CN201620617514.6, CN205686505 U, CN205686505U
【发明人】林新英, 简民, 张彦陟
【申请人】闽南理工学院