轮足式机器人腿结构及具有该腿结构的轮足式机器人制造技术

本发明专利技术涉及一种轮足式机器人腿结构，包括大腿，大腿的顶部与第一动力机构相连，顶部下方与外部构件铰接形成髋关节；大腿的末端安装有轮子、驱动轮子转动的第二动力机构以及与跖骨杆铰接的第一弹性减震单元；大腿末端上部还与小腿上半部分铰接形成膝关节；小腿的上端与第三动力机构连接，下端铰接于跖骨杆上形成踝关节；所述第一弹性减震单元包括分别与大腿和跖骨杆铰接的套筒和滑动轴，且滑动轴上端伸入套筒中并能往复滑动，滑动轴上套有弹性件，弹性件的下端固定于滑动轴下半部分的凸台上，上端固定于套筒上。本发明专利技术还公开了一种轮足式机器人。本发明专利技术能够实现足式和轮式两种行走方式。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机器人领域，具体的说，是涉及一种轮足式机器人腿结构及具有该腿结构的轮足式机器人。
技术介绍
目前，足式机器人中的四足机器人移动性强，负载能力强，可以在复杂地形行走，在军事运输，矿山开采等领域具有潜在的应用前景，但速度较慢，行走稳定性有待提高。轮式机器人适合平坦地面，速度较快，其难以在复杂地形上移动。因此，如何设计一种全新结构的机器人，使其能够较快的在不同的路面上行走，是本领域技术人员亟需解决的问题。中国专利申请CN 104029745 A公开了一种腿轮混合式液压机械腿，包括大腿液压缸、小腿液压缸以及相对平行安装的大腿杆板、小腿杆板、主体连接板和大腿液压缸连接板，主体连接板与大腿液压缸连接板的主体方形固定块之间设有主体圆柱连接柱；两块主体连接板分别与两块大腿杆板铰接，两块大腿杆板分别与两块小腿杆板铰接，两块小腿杆板之间经小腿方形固定块固定有平行的小腿末端杆；大腿液压缸两端分别铰接在两块大腿杆板上部之间和两块大腿液压缸连接板底部之间；小腿液压缸两端分别铰接在两块小腿杆板中部之间和两块大腿杆板延伸出的侧臂板上。该专利申请缓冲性能较差，行走稳定性不够，难以适应复杂地形。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种轮足式机器人腿结构及具有该腿结构的轮足式机器人。本专利技术所提供的机器人腿结构，能够在不同路况下较快地行走；行走稳定性强。同时，本专利技术还提供了一种具有该腿结构的机器人，机器人上安装有清障杆，能够清理质量较小的障碍物。为了达成上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种轮足式机器人腿结构，包括：一大腿，大腿的顶部与第一动力机构相连，顶部下方与外部构件铰接形成髋关节；大腿的末端安装有轮子、驱动轮子转动的第二动力机构以及与跖骨杆铰接的第一弹性减震单元；大腿末端上部还与小腿上半部分铰接形成膝关节；所述小腿的上端与第三动力机构连接，下端铰接于跖骨杆上形成踝关节；所述第一弹性减震单元包括分别与大腿和跖骨杆铰接的套筒和滑动轴，且滑动轴上端伸入套筒中并能往复滑动，滑动轴上套有弹性件，弹性件的下端固定于滑动轴下半部分的凸台上，上端固定于套筒上；套筒与大腿铰接、滑动轴沿套筒上下滑动以及滑动轴下端与跖骨杆铰接，能够有效减缓做足式运动时，地面对整体腿结构的冲击，提高工作稳定性，延长部件使用寿命。通过第一、第三动力机构对大腿和小腿的反向施力，驱动跖骨杆做足式行走，或者把跖骨杆和小腿向大腿方向折叠，轮子着地，经第二动力机构驱动行走。所述第一弹性减震单元与小腿平行设置。所述大腿上膝关节上部铰接有与小腿平行的第二弹性减震单元，第二弹性减震单元下端铰接于跖骨杆上端部。所述第一、第二弹性减震单元结构相同。所述第一、第三动力机构分别为髋关节液压缸和膝关节液压缸。所述第二动力机构包括安装于大腿上的电机，电机输出轴与一对啮合的锥齿轮中的小锥齿轮固定连接，大锥齿轮安装于传动轴上，传动轴另一端与轮子固定连接。所述传动轴分别穿过大腿和套筒中的轴承。一种轮足式机器人，包括安装于躯体上四个所述的轮足式机器人腿结构，其中第一动力机构一端连接于大腿的顶部，另一端连接于躯体上；大腿上部还与躯体铰接形成髋关节；第三动力机构一端与小腿上端连接，另一端安装于躯体上；所述躯体前端还铰接有通过液压缸驱动的清障单元。所述清障单元包括与所述躯体相铰接的左侧清障杆和右侧清障杆，左侧清障杆还与左侧清障杆液压缸相铰接，左侧清障杆液压缸的另一端与躯体相铰接；所述右侧清障杆还与右侧清障杆液压缸相铰接，右侧清障杆液压缸的另一端也与躯体相铰接。所述左侧清障杆和右侧清障杆的底端均设有清障块。本专利技术为轮足式四足机器人，在平坦地面上为轮式运动，速度快。遇到不平整的地形转换为足式行走。足轮的转换可使该四足机器人适应不同地形行走。该机器人有髋关节，膝关节，踝关节。髋关节直接由液压缸驱动，膝关节通过一近似平行四边形的结构带动足端的移动。踝关节是被动自由度。该机器人腿运动灵活,地面适应性强,且移动速度快,针对特殊地形变换运动姿态有利于稳定行走。本专利技术还具有以下特点：1)在地形较为不平的条件下，机器人的跖骨杆下端与地面接触，4条腿足式运动，使得机器人能够在不平地形行进；轮足式机器人腿结构仿马腿构造，用液压缸驱动的大腿及小腿，跖骨杆，及与小腿平行的左右两个弹簧机构，构成腿结构。与小腿平行的两个弹簧机构、大腿和跖骨杆共同形成两个平行四边形结构，自由度多，容易变形，适应性强。两个弹簧机构不单纯是单一的弹簧，还包括滑动轴、套筒，滑动轴可在套筒中滑移实现内伸或外伸，缓冲好。仿马腿构造的轮足式机器人腿结构能适应复杂的地形。缓冲性能好，稳定性强。2)在地形较为良好的条件下，机器人的行走轮与地面接触，4个行走轮同步运动，使得机器人能够在良好路况下快速行进；3)机器人可根据不同的路况，来改变不同的行走模式，进而实现了在不同路况下的较为快速的行进。附图说明：为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术中轮足式机器人腿结构的结构示意图；图2是本专利技术中具有轮足式机器人腿结构的轮足式机器人的结构示意图；图3是本专利技术中轮足式机器人采用轮式行进的状态图；图4是图2中A-A向剖视图；图5是图2中S向示意图；图6是马后腿骨骼示意图；其中：2、躯体，3、销轴，4、销轴，5、髋关节液压缸，6、销轴，7、销轴，8、大腿杆，9、套筒，10、滑动轴，11、弹性部件，12、小腿杆，13、销轴，14、销轴，15、销轴，16、跖骨杆，17、弹性部件，18、滑动轴，19、套筒，21、行走轮，22、销轴，23、销轴，24、销轴，25、膝关节液压缸，26、第二滚动轴承，27、第一滚动轴承，28、大锥齿轮，29、小锥齿轮，30、电机，31、电机固定座，32、传动轴，33、右侧清障杆液压缸，34、左侧清障杆液压缸，35、清障块，36、躯体肩部，37、左侧清障杆，38、右侧清障杆，39、髋关节，40、大腿，41、膝关节，42、小腿，43、踝关节，44、跖骨。具体实施方式：下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轮足式机器人腿结构，其特征是，包括：一大腿，大腿的顶部与第一动力机构相连，顶部下方与外部构件铰接形成髋关节；大腿的末端安装有轮子、驱动轮子转动的第二动力机构以及与跖骨杆铰接的第一弹性减震单元；大腿末端上部还与小腿上半部分铰接形成膝关节；所述小腿的上端与第三动力机构连接，下端铰接于跖骨杆上形成踝关节；所述第一弹性减震单元包括分别与大腿和跖骨杆铰接的套筒和滑动轴，且滑动轴上端伸入套筒中并能往复滑动，滑动轴上套有弹性件，弹性件的下端固定于滑动轴下半部分的凸台上，上端固定于套筒上；通过第一、第三动力机构对大腿和小腿的反向施力，驱动跖骨杆做足式行走，或者把跖骨杆和小腿向大腿方向折叠，轮子着地，经第二动力机构驱动行走。

【技术特征摘要】
1.一种轮足式机器人腿结构，其特征是，包括：
一大腿，大腿的顶部与第一动力机构相连，顶部下方与外部构件铰接形成髋关节；
大腿的末端安装有轮子、驱动轮子转动的第二动力机构以及与跖骨杆铰接的第一弹性
减震单元；
大腿末端上部还与小腿上半部分铰接形成膝关节；
所述小腿的上端与第三动力机构连接，下端铰接于跖骨杆上形成踝关节；
所述第一弹性减震单元包括分别与大腿和跖骨杆铰接的套筒和滑动轴，且滑动轴上端
伸入套筒中并能往复滑动，滑动轴上套有弹性件，弹性件的下端固定于滑动轴下半部分的
凸台上，上端固定于套筒上；
通过第一、第三动力机构对大腿和小腿的反向施力，驱动跖骨杆做足式行走，或者把
跖骨杆和小腿向大腿方向折叠，轮子着地，经第二动力机构驱动行走。
2.如权利要求1所述的轮足式机器人腿结构，其特征是，所述第一弹性减震单元与小
腿平行设置。
3.如权利要求1所述的轮足式机器人腿结构，其特征是，所述大腿上膝关节上部铰接
有与小腿平行的第二弹性减震单元，第二弹性减震单元下端铰接于跖骨杆上端部。
4.如权利要求3所述的轮足式机器人腿结构，其特征是，所述第一、第二弹性减震单
元结构相同。
5.如权利要求1所述的轮足式机器人腿结构，其特征是...

【专利技术属性】
技术研发人员：马宗利，张培强，朱彦防，刘永超，王建明，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37