一种关节任意角度旋转的腿部结构及多足机器人制造技术

本发明专利技术涉及一种关节任意角度旋转的腿部结构，包括具有第一和第二安装部的髋转接件，第一和第二安装部垂直；具有动力装置的髋组件，髋组件与髋转接件的第二安装部固定连接；具有髋连接盘和大腿连接环的腿转接件，髋连接盘和大腿连接环垂直，髋连接盘与髋组件的动力装置的转子固定连接；具有动力装置的大腿组件，大腿组件与腿转接件的大腿连接环固定连接；具有动力输入轴和输出轴的全角度旋转关节，动力输入轴和输出轴垂直，动力输入轴与大腿组件的动力装置的转子固定连接；具有一长度的小腿组件，小腿组件与全角度旋转关节的动力输出轴连接，并且小腿组件的长度方向与动力输出轴垂直。本发明专利技术还涉及一种足式机器人，包括多个所述腿部结构。多个所述腿部结构。多个所述腿部结构。

【技术实现步骤摘要】
一种关节任意角度旋转的腿部结构及多足机器人


[0001]本专利技术涉及一种关节任意角度旋转的腿部结构及多足机器人，属于移动机器人


技术介绍

[0002]当前移动机器人的运动机构主要采用轮式机构、履带式机构、足式(或腿式)机构以及它们的复合机构等形式。然而，轮式机器人难以充分满足复杂环境条件下的应用需求，而且越障方面的表现极差。履带式机器人有较强的环境适应能力，但是能耗相当的大，使用范围也相当有限。因此，足式机器人就逐渐凸显出其优越性，对环境的要求较低，有较强的越障能力，能耗适中，但是运动控制方面具有一定的复杂性。
[0003]随着移动机器人技术的不断发展，对机器人的运动灵活性要求越来越高，尤其是在足式机器人领域。然而目前的足式机器人各个关节的运动角度及其有限，仅能够实现小角度范围内的旋转运动，这无疑极大的限制了足式机器人的应用场景。
[0004]考虑到复杂环境下作业的移动机器人系统的功能需求，在越障的同时可以更加的灵活移动，因此需要一种更加灵活的腿部运动关节和腿部结构，更便于实现越障和操作控制。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种关节任意角度旋转的腿部结构及多足机器人，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。能够实现足式机器人的大腿小腿组件的全角度旋转，从而允许机器人进行避障、腿部配置变换等运动，降低其控制的复杂性，提升整个机器人的运动灵活性。
[0006]本专利技术的技术方案一方面为一种关节任意角度旋转的腿部结构，包括：具有第一安装部和第二安装部的髋转接件，所述第一安装部和第二安装部垂直；具有动力装置的髋组件，所述髋组件与所述髋转接件的第二安装部固定连接；具有髋连接盘和大腿连接环的腿转接件，所述髋连接盘和所述大腿连接环垂直，所述髋连接盘与所述髋组件的动力装置的转子固定连接；具有动力装置的大腿组件，所述大腿组件与所述腿转接件的大腿连接环固定连接；具有动力输入轴和动力输出轴的全角度旋转关节，所述动力输入轴和所述动力输出轴垂直，所述动力输入轴与所述大腿组件的动力装置的转子固定连接；具有一长度的小腿组件，所述小腿组件与所述全角度旋转关节的动力输出轴连接，并且所述小腿组件的长度方向与所述动力输出轴垂直；其中，髋组件转轴(R1)与大腿组件转轴(R2)在同一平面中垂直，小腿组件转轴(R3)与所述大腿组件转轴(R2)在同一平面中平行。
[0007]进一步，所述全角度旋转关节包括：关节外壳；设置在关节外壳中的动力输入部分，所述动力输入部分包括与所述动力输入轴的端部配合的动力输入锥齿轮；至少一部分设置在关节外壳中的动力输出部分，所述动力输出部分包括与所述动力输出轴配合的动力输出锥齿轮；其中，所述动力输入锥齿轮与所述动力输出锥齿轮啮合。
[0008]进一步，所述关节外壳包括：具有多个安装孔的圆盘部，所述安装孔用于与机器人的构件固定连接；从所述圆盘部延伸的圆筒部；平行布置的第一分叉部和第二分叉部，所述第一分叉部和第二分叉部通过平板部与所述圆筒部连接，其中，所述动力输出轴由所述第一分叉部和第二分叉部支撑，且所述动力输出轴的输出端伸出所述第一分叉部，其中，所述第一分叉部和所述第二分叉部的中间线与所述圆筒部的中轴线平行且具有距离，使得所述第一分叉部比第二分叉部更远离所述圆筒部的中轴线。
[0009]进一步，所述动力输入轴的端部通过键与所述动力输入锥齿轮配合，所述圆筒部包括环形的内凸起、沟槽和设在所述内凸起和所述沟槽之间的内轴承孔，所述动力输入部分包括：动力输入端轴承，所述动力输入端轴承的内圈与所述动力输入轴进行配合；设置在所述沟槽的挡圈，以限定所述动力输入端轴承的外圈在所述内轴承孔中配合；设置在所述动力输入轴的端部与所述动力输入端轴承之间的动力输入端轴套；与所述动力输入轴的端部固定连接的动力输入端盖，以限定所述动力输入锥齿轮和所述动力输入端轴套一起抵靠所述动力输入端轴承的内圈。
[0010]进一步，所述第一分叉部包括第一分叉部内缘和开口向外的第一分叉部轴承孔，所述第二分叉部包括第二分叉部内缘和开口向外的第二分叉部轴承孔，所述动力输出部分还包括：动力输出端第一轴承，其配合在所述第一分叉部轴承孔中并由所述第一分叉部内缘定位；动力输出端第二轴承，其配合在所述第二分叉部轴承孔中并由所述第二分叉部内缘定位；输出端接驳件，所述输出端接驳件的内孔与所述动力输出轴伸出所述第一分叉部的轴端部配合连接；动力输出端第一盖，所述动力输出端第一盖与所述动力输出轴伸出所述第一分叉部的轴端部固定连接，并且压迫所述输出端接驳件；动力输出端第二盖和动力输出端第三盖，所述动力输出端第二盖和所述动力输出端第三盖分别连接至所述第一分叉部和所述第二分叉部的外侧，以使所述动力输出端第一轴承和所述动力输出端第二轴承分别限制在所述第一分叉部轴承孔和所述第二分叉部轴承孔中；设置在所述输出端接驳件和所述动力输出端第一轴承之间的动力输出端轴套，所述动力输出端轴套穿过所述动力输出端第二盖，其中，在所述动力输出端第一盖与所述动力输出轴固定连接时，所述输出端接驳件、所述动力输出端轴套和所述动力输出端第一轴承的内圈一起抵靠。
[0011]进一步，所述输出端接驳件包括：具有螺纹孔的接驳件根部；具有螺丝孔的接驳件端部，所述螺丝孔与所述螺纹孔同轴配对，所述接驳件端部和所述接驳件根部之间设有柱杆安装孔和从所述柱杆安装孔延伸的缝隙；具有通孔的接驳件套部，其中所述接驳件套部的通孔的轴线与所述柱杆安装孔的轴线垂直，其中，所述关节外壳的圆盘部连接至所述大腿组件，其中，所述输出端接驳件的柱杆安装孔连接至所述小腿组件，以允许所述接驳件端部与所述接驳件根部被螺丝拉紧时，所述接驳件端部和所述接驳件根部将所述小腿组件夹紧。
[0012]进一步，所述腿转接件还包括：连接在所述髋连接盘和所述大腿连接环之间的加强筋；设置在大腿连接环中的线缆盒，用于保护大腿组件中的动力装置的电气接口。设置在大腿连接环边缘的扇形缺口，以允许所述电气接口和电缆经过。
[0013]本专利技术的技术方案另一方面为一种多足机器人，包括：安装有多个动力装置的机架组件；多个所述的腿部结构，每个腿部结构的髋转接件的第一安装部固定连接至所述机架组件上的每一个动力装置的转子，其中，所有腿部结构的髋组件转轴互相平行或者重合。
[0014]本专利技术的技术方案另一方面为一种基于所述的多足机器人的通过障碍物的方法，包括以下步骤：在所述多足机器人靠近障碍物之前，触发靠近所述障碍物的腿部结构的髋组件中的动力装置，使靠近所述障碍物的腿部结构的大腿组件向后转动以抬起小腿组件；触发靠近所述障碍物的腿部结构的大腿组件中的动力装置，使靠近所述障碍物的腿部结构的小腿组件沿相反于大腿组件的转动方向的方向转动，并保持小腿组件位于所述障碍物上方或压在所述障碍物上；控制所述多足机器人的其余腿部结构的运动，使多足机器人前进。
[0015]本专利技术的技术方案另一方面为一种基于所述的多足机器人的改变腿部配置的方法，包括以下步骤：触发腿部结构的大腿组件中的动力装置，带动小腿组件向上转动到小腿组件的竖直位置；同时触发所述腿部结构的髋组本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种关节任意角度旋转的腿部结构，其特征在于，包括：具有第一安装部和第二安装部的髋转接件(7000)，所述第一安装部和第二安装部垂直；具有动力装置的髋组件(6000)，所述髋组件(6000)与所述髋转接件(7000)的第二安装部固定连接；具有髋连接盘(5010)和大腿连接环(5020)的腿转接件(5000)，所述髋连接盘(5010)和所述大腿连接环(5020)垂直，所述髋连接盘(5010)与所述髋组件(6000)的动力装置的转子固定连接；具有动力装置的大腿组件(4000)，所述大腿组件(4000)与所述腿转接件(5000)的大腿连接环(5020)固定连接；具有动力输入轴(2110)和动力输出轴(2210)的全角度旋转关节(2000)，所述动力输入轴(2110)和所述动力输出轴(2210)垂直，所述动力输入轴(2110)与所述大腿组件(4000)的动力装置的转子固定连接；具有一长度的小腿组件(3000)，所述小腿组件(3000)与所述全角度旋转关节(2000)的动力输出轴(2210)连接，并且所述小腿组件(3000)的长度方向与所述动力输出轴(2210)垂直；其中，髋组件(6000)转轴(R1)与大腿组件(4000)转轴(R2)在同一平面中垂直，小腿组件(3000)转轴(R3)与所述大腿组件(4000)转轴(R2)在同一平面中平行。2.根据权利要求1所述的腿部结构，其特征在于，所述全角度旋转关节(2000)包括：关节外壳(2300)；设置在关节外壳(2300)中的动力输入部分(2100)，所述动力输入部分(2100)包括与所述动力输入轴(2110)的端部配合的动力输入锥齿轮(2130)；至少一部分设置在关节外壳(2300)中的动力输出部分(2200)，所述动力输出部分(2200)包括与所述动力输出轴(2210)配合的动力输出锥齿轮(2220)；其中，所述动力输入锥齿轮(2130)与所述动力输出锥齿轮(2220)啮合。3.根据权利要求2所述的腿部结构，其特征在于，所述关节外壳(2300)包括：具有多个安装孔的圆盘部(2310)，所述安装孔用于与机器人的构件固定连接；从所述圆盘部(2310)延伸的圆筒部(2320)；平行布置的第一分叉部(2330)和第二分叉部(2340)，所述第一分叉部(2330)和第二分叉部(2340)通过平板部(2350)与所述圆筒部(2320)连接，其中，所述动力输出轴(2210)由所述第一分叉部(2330)和第二分叉部(2340)支撑，且所述动力输出轴(2210)的输出端伸出所述第一分叉部(2330)，其中，所述第一分叉部(2330)和所述第二分叉部(2340)的中间线与所述圆筒部(2320)的中轴线平行且具有距离，使得所述第一分叉部(2330)比第二分叉部(2340)更远离所述圆筒部(2320)的中轴线。4.根据权利要求3所述的腿部结构，其特征在于，所述动力输入轴(2110)的端部通过键与所述动力输入锥齿轮(2130)配合，所述圆筒部(2320)包括环形的内凸起(2321)、沟槽(2323)和设在所述内凸起(2321)和所述沟槽(2323)之间的内轴承孔(2322)，
所述动力输入部分(2100)包括：动力输入端轴承(2120)，所述动力输入端轴承(2120)的内圈与所述动力输入轴(2110)进行配合；设置在所述沟槽(2323)的挡圈(2150)，以限定所述动力输入端轴承(2120)的外圈在所述内轴承孔(2322)中配合；设置在所述动力输入轴(2110)的端部与所述动力输入端轴承(2120)之间的动力输入端轴套(2160)；与所述动力输入轴(2110)的端部固定连接的动力输入端盖(2140)，以限定所述动力输入锥齿轮(2130)和所述动力输入端轴套(2160)一起抵靠所述动力输入端轴承(2120)的内圈。5.根据权利要求3所述的腿部结构，其特征在于，所述第一分叉部(2330)包括第一分叉部内缘(2332)和开口向外的第一分叉部轴承孔(2331)，所述第二分叉部(2340)包括第二分叉部内缘(2342)和开口向外的第二分叉部轴承孔(2341)，所述动力输出部分(2200)还包括：动力输出端第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐文福，康鹏，杨果，袁晗，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：