一种用于仿生机器人的腿部机构

1.本实用新型涉及机器人技术领域，具体是涉及一种用于仿生机器人的腿部机构。


背景技术：

2.目前基于仿生学原理的多足机器人通常有4足、6足、8足等类型，通过多个足底交替接触地面以组成步态实现行走。由于多足机器人的足与地面接触为点接触，所以使得多足机器人对复杂环境有较好的适应能力，在野外探索、救灾、运载等领域具有广泛的应用前景。
3.多足机器人中的单腿机构合理与否直接影响着机器人的行走和运载能力。而现有技术中在机器人腿部关节位置装载电机，通过电机控制腿部上下移动以越过障碍物，但是直接通过电机控制腿部动作会降低腿部动作的速度，而且也会降低腿部上下移动的幅度，进而降低了机器人越过障碍物的能力。
4.综上所述，现有技术因机器人的腿部上下移动的幅度较小而降低了机器人越过障碍物的能力。
5.因此，现有技术还有待改进和提高。


技术实现要素：

6.为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种用于仿生机器人的腿部机构，解决了现有技术因机器人的腿部上下移动的幅度较小而降低了机器人越过障碍物的能力的问题。
7.为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：
8.本实用新型提供一种用于仿生机器人的腿部机构，其中，所述腿部机构包括：
9.机器腿；
10.与所述机器腿相连接的连杆结构；
11.与所述连杆结构构成转动连接的驱动部，用于通过驱动所述连杆结构的一端转动而使所述连杆结构与所述机器腿相连接的另一端上下移动。
12.在一种实现方式中，所述连杆结构包括：
13.第一连杆，所述第一连杆的一端与所述驱动部转动连接；
14.第二连杆，所述第二连杆的一端与所述第一连杆的另一端转动连接；
15.第三连杆，所述第三连杆与所述第二连杆相连接，所述第三连杆还与所述机器腿相连接。
16.在一种实现方式中，所述腿部机构还包括基座；所述第三连杆为三角形连杆，所述三角形连杆的第一端与所述基座转动连接，所述三角形连杆的第二端与所述第二连杆转动连接，所述三角形连杆的第三端与所述机器腿转动连接。
17.在一种实现方式中，所述第一连杆的另一端为开口框状，所述第二连杆的一端伸入开口框状的所述第一连杆的另一端内部。
18.在一种实现方式中，所述第二连杆的端部设置有u型开口，所述第三连杆的第二端位于所述u型开口的内部。
19.在一种实现方式中，所述连杆结构还包括与所述基座构成转动连接的从动轴；所述第一连杆的一端与所述从动轴连接，所述驱动部通过驱动从动轴转动而驱动第一连杆的一端转动。
20.在一种实现方式中，所述机器腿包括：
21.第二腿部，所述第二腿部的一端与所述从动轴相连接；
22.第一腿部，所述第一腿部的一端与所述第二腿部的另一端转动连接；
23.所述第三连杆的第三端与所述第一腿部转动连接。
24.在一种实现方式中，所述驱动部包括舵机，与所述舵机转子相连接的主动轮，位于所述主动轮与所述从动轴之间的传动带。
25.在一种实现方式中，所述舵机和所述主动轮均位于所述基座上。
26.在一种实现方式中，所述第一连杆的一端与所述从动轴固定连接。
27.有益效果：本实用新型通过驱动部控制连杆结构的一端做转动运动从而使得连杆结构的另一端上下移动而带动机器腿上下移动以越过障碍物。本实用新型只要控制驱动部使连杆结构的一端做小幅度的转动就可以使得连杆结构的另一端做大幅度的上下移动，从而使得与连杆结构另一端相连接的机器腿做大幅度的上下移动，以提高机器腿越过障碍物的能力。从上述分析可知，本实用新型采用连杆结构使得机器腿上下运动距离变大，机器腿的足尖更容易抬高，即在驱动部转动同样的角度情况下，本实用新型的机器腿能向上移动更大的距离，从而增强其快速爬行时越过障碍物的能力。
附图说明
28.图1为本实用新型的腿部机构的整体结构图；
29.图2为本实用新型的机器腿向上抬起时的状态图；
30.图3为本实用新型的机器腿向下移动时的状态图；
31.图4为采用本实用新型的机器腿的机器人。
32.图中标注符号的含义如下：
33.1、驱动部；11、舵机；12、主动轮；13、传动带；
34.2、基座；21、第一转轴；
35.3、连杆结构；31、第一连杆；32、从动轴；33、第二转轴；
36.34、第二连杆；35、第三转轴；36、第三连杆；
37.4、机器腿；41、第一腿部；42、第二腿部；43、第四转轴；44、第五转轴。
具体实施方式
38.以下结合实施例和说明书附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
39.经研究发现，目前基于仿生学原理的多足机器人通常有4足、6足、8足等类型，通过多个足底交替接触地面以组成步态实现行走。由于多足机器人的足与地面接触为点接触，
所以使得多足机器人对复杂环境有较好的适应能力，在野外探索、救灾、运载等领域具有广泛的应用前景。多足机器人中的单腿机构合理与否直接影响着机器人的行走和运载能力。而现有技术中在机器人腿部关节位置装载电机，通过电机控制腿部上下移动以越过障碍物，但是直接通过电机控制腿部动作会降低腿部动作的速度，而且也会降低腿部上下移动的幅度，进而降低了机器人越过障碍物的能力。综上所述，现有技术因机器人的腿部上下移动的幅度较小而降低了机器人越过障碍物的能力。
40.为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种用于仿生机器人的腿部机构，解决了现有技术因机器人的腿部上下移动的幅度较小而降低了机器人越过障碍物的能力的问题。具体实施时，通过驱动部控制连杆结构的一端做转动运动从而使得连杆结构的另一端上下移动而带动机器腿上下移动以越过障碍物。本实用新型的机器腿能向上移动更大的距离，从而增强其快速爬行时越过障碍物的能力。
41.如图1所示，腿部机构包括基座2，设置在基座2上的驱动部1，与驱动部1相连接的连杆结构3，与连杆结构3相连接的机器腿4。下面分别对其进行说明：
42.如图1所示，基座2为z字型，驱动部1包括固定在z字型的基座2顶部的舵机11、转动设置在基座2上的主动轮12、位于基座2一侧且与主动轮12相互齿合的传动带13。其中，舵机11的数量为两个，基座2上对应舵机11的位置处设置有螺纹孔，以便将舵机11固定在基座2上。主动轮12须保持和舵机11的舵盘同步运动，故须在舵盘和主动轮12对应孔位用螺钉固定。本实施例中将舵机11、主动轮12、传动带13都设置在基座2上而不是设置在机器腿4上，前者能够使机器腿4具有低转动惯量，从而增强其运动时的敏捷性。另外，由于本实施例的基座2承受了设置在其上的舵机11、主动轮12、传动带13的重量，因此，基座2需采用韧性高、屈服强度高的材料以防止其因受力复杂而发生变形和断裂失效，从而延长腿部机构的使用寿命。
43.如图1所示，连杆结构3包括设置在基座2上且与基座2构成转动连接、与传动带13相互齿合的从动轴32，与从动轴32固定连接的第一连杆31，通过第二转轴33与第一连杆31的底端构成转动连接的第二连杆34，通过第一转轴21与基座2构成转动连接的第三连杆36。其中，第三连杆36为三角形连杆，三角形连杆的第三连杆36的第一端与第一转轴21转动连接，三角形连杆的第三连杆36的第二端通过第三转轴35与第二连杆34转动连接，三角形连杆的第三连杆36的第三端与机器腿4转动连接。
44.本实施例中，第一连杆31为框架状，第二连杆34朝向第三连杆36设置有u型开口，第三连杆36的第二端位于u型开口的内部，而且基座2靠近第三连杆36的位置处也设置有u型开口，能够延长由第一连杆31、第二连杆34、第三连杆36构成的连杆结构3伸缩距离范围，从而提高机器腿4上下移动的距离，以此提高机器腿4越过障碍物的能力。而且u型开口一是可以减轻质量，二是可以增大工作空间。
45.如图1所示，机器腿4包括一端固定或转动连接在第二转轴33上的第二腿部42，一端通过第四转轴43与第二腿部42的另一端构成转动连接的第一腿部41。第一腿部41的另一端用于与地面接触，第一腿部41的另一端加装缓冲橡胶以保护足部。第一腿部41的中部位置设置有第五转轴44，通过第五转轴44使得第三连杆36的第三端与第一腿部41构成转动连接。其中，第四转轴43是固定在第二腿部42上的，且第四转轴43和第二腿部42之间采用过盈配合，在第三连杆36和第五转轴44之间采用间隙配合并涂润滑脂来保证一定的润滑度。
46.下面详细说明本实施例的腿部机构的工作过程：
47.舵机11的转盘转动，使得与转盘相连接的主动轮12转动，主动轮12的转动又会带动传动带13的转动，而传动带13的转动携带从动轴32转动，由于从动轴32与第一连杆31的一端是固定连接的，所以从动轴32的转动可以带动第一连杆31的一端一起转动，而第一连杆31的一端转动，会让第一连杆31的另一端沿着如图2所示的方向移动，即第一连杆31的另一端向远离第一腿部41的方向移动，第一连杆31依次拉动第二连杆34和第三连杆36移动，直至第三连杆36与第一腿部41构成转动连接的第三端向上抬起指定高度时，则停止舵机11转动。此时，如图2所示，第一腿部41向上抬起，以越过障碍物。当需要第一腿部41向下移动至如图3所示的位置时，则控制舵机11的转盘向相反的方向转动。各个第一腿部41交替上下移动，就可以使得图4所示的机器人越过障碍物到达指定地点。
48.综上，本实用新型通过驱动部1控制连杆结构3的一端做转动运动从而使得连杆结构3的另一端上下移动而带动机器腿4上下移动以越过障碍物。本实用新型只要控制驱动部1使连杆结构3的一端做小幅度的转动就可以使得连杆结构3的另一端做大幅度的上下移动，从而使得与连杆结构3另一端相连接的机器腿4做大幅度的上下移动，以提高机器腿4越过障碍物的能力。从上述分析可知，本实用新型采用连杆结构3使得机器腿4上下运动距离变大，机器腿4的足尖更容易抬高，即在驱动部1转动同样的角度时，本实用新型的机器腿4能向上移动更大的距离，从而增强其快速爬行时越过障碍物的能力。另外，本实用新型采用轻质化材料，使得整个腿部结构设计轻量化，解决了关节质量大的问题。其次，驱动器的集中化安置可以使腿具有低转动惯量，运动更敏捷，同时驱动器集中安置可以内部走线，可以更好地保护舵机11，可应对更加苛刻的环境。再次，自由度设计可以减少控制上的难度。
49.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。