四足行走机器人制造技术

一种人力驱动的四足行走机器人，包括机器人机架、传动机构、腿部连杆机构和附属配件；传动机构包括驱动模块和传动模块,传动模块包括：前链条传动机构、后链条传动机构和变传动比齿轮；变传动比齿轮中主动齿轮、从动齿轮各自对应的长曲线齿廓的形状相互配合，主动齿轮的大半径部分与从动齿轮的小半径部分包括杆、第一四杆机构、第二四杆机构、框架杆和足部单向转动模块。本发明专利技术实现了仿生马的四足运动形式，通过变传动比齿轮使得整个机器人行走时呈现三足落地的慢走步态，大大提高运动的平稳性和操作者的安全性。

【技术实现步骤摘要】
四足行走机器人
[0001 ] 本专利技术属于机器人
，涉及一种四足行走机器人。
技术介绍
随着机器人技术的不断发展，步行机器人的应用领域越来越广。从实际的观点出发，步行运动确有轮式机械无法比拟的独到之处。它利用孤立的地面支撑而不是轮式机械所需的连续地面支撑；可在不平地域以稳定方式步行或以非接触方式规避障碍；可全方位运动而无损地面；可用跨步方式跨越粗糙地面等。然而现有技术和方案难以通过简单的、单一的动力源(如人力或电机)驱动四足行走机器人，同时保证运动时至少有三条腿落地的平稳的运动姿态。在其他领域中，也未出现过一对啮合齿轮在一个啮合运动周期中可以实现两段固定传动比的运动。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对已有技术存在的不足，提供一种能通过人力或简单转动动力源驱动的四足行走机器人。在传动机构中，设计了一种异形变速齿轮，从而使得传动比可以在一个运动周期中实现两个保持长时间的定值，实现了在一个运动周期中脚离地时运动快，落地时运动慢，从而实现时刻有三条腿落地。另外，本专利技术在腿部连杆机构中专利技术了一种特定的结构和比例，从而实现了通过杆组运动仿生马类行走的运动形态。通过足部采用单向离合器或棘轮，解决了机器人行走时由于落地各脚水平速度不一致的干涉问题。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用下述技术方案:一种人力驱动的四足行走机器人，其特征在于，机械结构包括机器人机架1、传动机构3、腿部连杆机构2和附属配件。所述机器人机架I作为支架为一个平面框架结构，其平面中央再通过中央竖直梁19连结至传动机构3。所述传动机构3包括驱动模块31和传动模块,所述传动模块包括:前链条传动机构33、后链条传动机构34和变传动比齿轮35、36、37、38、310、39、312和311 ;所述驱动模块31连接于机器人机架I下方，驱动模块固连于前链条传动机构33和后链条传动机构34的主动链轮，前链条传动机构33和后链条传动机构34的主动链轮又通过链条分别连接分别位于其机架前部和后部的两个从动链轮；该两组前链条传动机构33和后链条传动机构34分别同轴于前后两组变传动比齿轮。所述前后各两组变传动比齿轮:与前部从动链轮同轴在左右方向固连两个变传动比主动齿轮35和变传动比主动齿轮37 ;与后部从动链轮同轴在左右方向固连两个变传动比主动齿轮310和变传动比主动齿轮312 ;各个变传动比从动齿轮36、变传动比从动齿轮38、变传动比从动齿轮39、变传动比从动齿轮311的固定轴分别与腿部连杆模块2中的主动件连接。每组变传动比齿轮(即异形变速齿轮)结构表征为:主动齿轮为非圆齿轮，其节线由90°大半径圆弧3102和270°的小半径圆弧3101组成，两种尺寸之间通过长曲线齿廓3103和3104过渡；从动齿轮为主动齿轮的共轭齿轮，其节线由90°小半径圆弧392和270°的大半径圆弧391组成，两种尺寸之间通过长曲线齿廓393和394过渡。主动齿轮、从动齿轮各自对应的长曲线齿廓的形状相互配合，主动齿轮的大半径部分与从动齿轮的小半径部分啮合，主动齿轮的小半径部分与从动齿轮的大半径部分啮合，运转至各自的长曲线齿廓也能啮合并过渡至齿轮的另外尺寸部分。所述的腿部连杆机构2从上往下包括杆21、第一四杆机构、第二四杆机构、框架杆29和足部单向转动模块4 ;通过杆21的转动将动力输入第一四杆机构；框架杆29与第二四杆机构固连；框架杆29下连接单向转动模块4 ;杆21的活动端及其轴通过轴承座与机器人机架I固定，通过杆21的转动带动第一四杆机构运动，而后带动第二四杆机构运动，因此框架杆29和单向转动模块4运动形式与第二四杆机构中的与之固着的水平相对低位的框架杆相同，最终形成框架杆29和单向转动模块4相对机器人机架I在平面内做类椭圆曲线运动。单向转动模块4向后运动时卡死，向前运动时滚动。所述的附属配件包括座椅51和扶手52,座椅51安装于机架I偏后上方，扶手52安装于机架I靠前上方。当采用人力驱动时候，所述驱动模块31还包括一对踏板和一组外啮合齿轮32，设置外啮合齿轮32起到换向作用，使机器人前进时脚踏方向类似骑自行车的前进方向，使用人性化。通过踏板轴连接于一组外啮合齿轮32的主动轮，所述外啮合齿轮32的从动轮分别同轴固连于前链条传动机构33和后链条传动机构34的主动链轮。基于上述技术方案，本专利技术相对于现有技术具有以下有益效果: 1、通过简单的机械结构和传动方式实现了仿生马的四足运动形式，无需电脑控制并无需中途手动调节马腿运动时的传动比。2、通过变传动比齿轮的专利技术和应用，使得整个机器人行走时呈现三足落地的慢走步态，大大提高运动的平稳性和操作者的安全性。3、单向轮模块解决了四足行走时脚尖水平方向速度不一致而造成的运动困难或卡死的问题，使得机器人运动平滑、省力且无噪音。4、本专利技术结构简单轻便，加工制作方便，成本也较低。【附图说明】图1为本专利技术提供的以人力驱动的机器人整体结构示意图。图2为图1中机器人机架结构示意图。图3为图1中机器人传动系统结构示意图。图4为图3中特殊变传动比齿轮模块结构示意图。图5为图1中机器人腿部连杆模块以及足部单向转动模块结构示意图。图6为图5左视平面图。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术作进一步说明。如图1所示，是一种以人力驱动的四足行走机器人(以下简称机器人)，机械结构包括机器人机架1、传动机构3、腿部连杆机构2和附属配件。所述的附属配件包括座椅51和扶手52,座椅51安装于机架I偏后上方，扶手52安装于机架I靠前上方，座椅51、扶手52已都属于现有技术。如图2所示，所述机器人机架I作为支架为一个平面框架结构，其平面中央再通过中央竖直梁19连结至传动机构3。本实施例实际采用的是铝合金型材，在T型槽中插入槽条，然后通过螺钉顶紧而成的。具体的说，所述机器人机架I包括叉臂11、叉臂13、梁12、梁14、梁15、梁16、梁17、梁18、中央纵梁19和中央竖直梁110，它们的连接关系为:叉臂11、臂12、叉臂13、臂15、臂16、臂18通过外角件螺栓顶紧连接成平面结构，叉臂11和臂17通过把槽条插入T型孔中后，用螺钉顶紧连接，臂17和臂18通过在臂18上旋入长螺钉固定，臂14与叉臂13和臂18的连接方式与臂17的相关连接方式相同，后部结构与前部结构完全对称，连接方式相同，前后两部分框架结构中间通过长螺钉固定方式连接中央纵梁19，中央纵梁19下通过长螺钉固定方式固定中央竖直梁110。所述传动机构3包括驱动模块31和传动模块,所述传动模块包括:前链条传动机构33、后链条传动机构34和变传动比齿轮35、36、37、38、310、39、312和311 ;所述驱动模块31连接于机器人机架I下方，驱动模块固连于前链条传动机构33和后链条传动机构34的主动链轮，前链条传动机构33和后链条传动机构34的主动链轮又通过链条分别连接分别位于其机架前部和后部的两个从动链轮；该两组前链条传动机构33和后链条传动机构34分别同轴于前后两组变传动比齿轮。所述前后各两组变传动比齿轮: 与前部从动链轮同轴在左右方向固连两个变传动比主动齿轮35和变传动比主动齿轮37 ； 与后部从动链轮同轴在左右方向固连两个变传动比主动齿轮310和变传动比主动齿轮 312 ； 各个变传动比从动齿轮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种四足行走机器人，其特征在于，机械结构包括机器人机架（1）、传动机构（3）、腿部连杆机构（2）和附属配件；所述机器人机架（1）作为支架为一个平面框架结构，其平面中央再通过中央竖直梁（19）连结至传动机构（3）；所述传动机构（3）包括驱动模块（31）和传动模块，所述传动模块包括前链条传动机构（33）、后链条传动机构（34）和变传动比齿轮（35、36、37、38、310、39、312和311）；所述驱动模块（31）连接于机器人机架（1）下方，驱动模块（31）固连于前后两组链条传动机构（33）和链条传动机构（34）的主动链轮，该两组链条传动机构（33）和链条传动机构（34）的主动链轮又通过链条分别连接位于机架前部和后部的两个从动链轮；该两组链条传动机构（33）和链条传动机构（34）分别同轴于前后两组变传动比齿轮；所述前后各两组变传动比齿轮：与前部从动链轮同轴在左右方向固连两个变传动比主动齿轮（35）和变传动比主动齿轮（37）；与后部从动链轮同轴在左右方向固连两个变传动比主动齿轮（310）和变传动比主动齿轮（312）；各个变传动比从动齿轮（36）、变传动比从动齿轮（38）、变传动比从动齿轮（39）、变传动比从动齿轮（311）的固定轴分别与腿部连杆模块（2）中的主动件连接；每组变传动比齿轮结构表征为：主动齿轮为非圆齿轮，其节线由90°大半径圆弧（3102）和270°的小半径圆弧（3101）组成，两种尺寸之间通过长曲线齿廓（3103）和（3104）过渡；从动齿轮为主动齿轮的共轭齿轮，其节线由90°小半径圆弧（392）和270°的大半径圆弧（391）组成，两种尺寸之间通过长曲线齿廓（393）和（394）过渡；主动齿轮、从动齿轮各自对应的长曲线齿廓的形状相互配合，主动齿轮的大半径部分与从动齿轮的小半径部分啮合，主动齿轮的小半径部分与从动齿轮的大半径部分啮合，运转至各自的长曲线齿廓也能啮合并过渡至齿轮的另外尺寸部分；所述的腿部连杆机构（2）从上往下包括杆（21）、第一四杆机构、第二四杆机构、框架杆（29）和足部单向转动模块（4）；通过杆（21）的转动将动力输入第一四杆机构；框架杆（29）与第二四杆机构固连；框架杆（29）下连接单向转动模块（4）；杆（21）的活动端及其轴通过轴承座与机器人机架（1）固定，通过杆（21）的转动带动第一四杆机构运动，而后带动第二四杆机构运动，框架杆（29）和单向转动模块（4）运动形式与第二四杆机构中的与之固着的水平相对低位的框架杆相同，最终形成框架杆（29）和单向转动模块（4）相对机器人机架（1）在竖直平面内做类椭圆曲线运动；单向转动模块（4）向后运动时卡死，向前运动时滚动；所述的附属配件包括座椅（51）和扶手（52），座椅（51）安装于机架（1）偏后上方，扶手（52）安装于机架（1）靠前上方。...

【技术特征摘要】
1.一种四足行走机器人，其特征在于，机械结构包括机器人机架(I)、传动机构(3)、腿部连杆机构(2)和附属配件； 所述机器人机架(I)作为支架为一个平面框架结构，其平面中央再通过中央竖直梁(19)连结至传动机构(3)； 所述传动机构(3)包括驱动模块(31)和传动模块,所述传动模块包括前链条传动机构(33),后链条传动机构(34 )和变传动比齿轮(35、36、37、38、310、39、312和311);所述驱动模块(31)连接于机器人机架(I)下方，驱动模块(31)固连于前后两组链条传动机构(33)和链条传动机构(34)的主动链轮，该两组链条传动机构(33)和链条传动机构(34)的主动链轮又通过链条分别连接位于机架前部和后部的两个从动链轮；该两组链条传动机构(33)和链条传动机构(34)分别同轴于前后两组变传动比齿轮； 所述前后各两组变传动比齿轮:与前部从动链轮同轴在左右方向固连两个变传动比主动齿轮(35 )和变传动比主动齿轮(37 );与后部从动链轮同轴在左右方向固连两个变传动比主动齿轮(310)和变传动比主动齿轮(312);各个变传动比从动齿轮(36)、变传动比从动齿轮(38 )、变传动比从动齿轮(39 )、变传动比从动齿轮(311)的固定轴分别与腿部连杆模块(2)中的主动件连接； 每组变传动比齿轮结构表征为:主动齿轮为非圆齿轮，其节线由90°大半径圆弧(3102)和270°的小半径圆弧(3101)组成，两种尺寸之间通过长曲线齿廓(3103)和(3104)过渡；从动齿轮为主动齿轮的共轭齿轮，其节线由...

【专利技术属性】
技术研发人员：王世元，刘玉炯，弓鹏伟，孙通，潘强标，訚耀保，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31