一种可快速拆装的集成关节可变体多足机器人制造技术

一种可快速拆装的集成关节可变体多足机器人，包括躯干和支腿；若干支腿设置在躯干的底部；每条支腿包括髋关节模块、膝关节模块、踝关节模块、胫节和足端；髋关节模块的一端固定设置在躯干的底部，髋关节模块的轴线垂直于地面；髋关节模块的另一端与膝关节模块的一端连接；膝关节模块的另一端与踝关节模块的一端连接；踝关节模块的另一端连接胫节的一端，胫节的另一端连接足端；本发明专利技术提供了一种可快速拆装的集成关节可变体多足机器人，与普通机器人相比，髋关节、膝关节和踝关节采用模块化的设计并且满足互换性；通过插拔式机械连接口和电气触点接口连接各模块，可以快速拆卸、组装各模块，增加或者减少关节模块的数量满足不同自由度的要求。

A Fast Disassembly Integrated Joint Variable Multipod Robot

【技术实现步骤摘要】
一种可快速拆装的集成关节可变体多足机器人
本专利技术属于机器人
，特别涉及一种可快速拆装的集成关节可变体多足机器人。
技术介绍
目前，足式机器人广泛应用于抢险救灾、野外探索、外星探索、军事、核能工业等众多领域。作为机器人的一种，足式机器人具有传统履带式机器人或轮式机器人所欠缺的优势，履带式或者轮式机器人虽然在平坦地面能达到很高的移动速度，控制也相对方便，但不能适应非结构化的自然环境。而足式机器人虽然行走速度相对较慢，但对非结构化的地面的适应能力更强，能在轮式或履带式机器人所不能到达的复杂地形上灵活移动。足式机器人能够在占地球表面绝大多数的各种非结构化环境中平稳地行走，具有非常好的应用前景。传统的足式机器人各个关节的结构不尽相同，不仅使得零件的种类多，制造复杂，而且不易安装，互换性不好，当某关节出现故障时难以迅速维修或者更换，除此之外，还难以满足针对不同任务的客户定制化需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种可快速拆装的集成关节模块可变体多足机器人，以解决上述问题。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种可快速拆装的集成关节可变体多足机器人，包括躯干和支腿；若干支腿设置在躯干的底部；每条支腿包括髋关节模块、膝关节模块、踝关节模块、胫节和足端；髋关节模块的一端固定设置在躯干的底部，髋关节模块的轴线垂直于地面，髋关节模块能够水平方向上摆动；髋关节模块的另一端与膝关节模块的一端连接，膝关节模块的轴线平行于地面，膝关节模块能够纵向摆动；膝关节模块的另一端与踝关节模块的一端连接，踝关节模块的轴线与膝关节模块的轴线成钝角，踝关节模块能够纵向摆动；踝关节模块的另一端连接胫节的一端，胫节的另一端连接足端；髋关节模块包括外壳、无刷直流电机、驱动器和谐波减速器；无刷直流电机轴向设置在外壳内部，驱动器设置在外壳内用于驱动无刷直流电机，无刷直流电机的输出端连接谐波减速器，谐波减速器的输出端伸出外壳；膝关节模块和踝关节模块结构相同；膝关节模块为在基于髋关节模块和第二锥齿轮；谐波减速器的输出端上固定套设有第一锥齿轮，第二锥齿轮通过转轴设置在外壳内；第二锥齿轮大于第一锥齿轮。进一步的，髋关节模块和膝关节模块之间通过横向机械接口连接，谐波减速器的输出端伸出外壳与横向机械接口固定连接；膝关节模块和踝关节模块之间通过纵向直管机械接口连接，纵向直管机械接口的一端固定设置有连接板，连接板与第二锥齿轮的转轴固定连接；踝关节模块和胫节之间通过纵向弯管机械接口连接，纵向弯管机械接口的一端固定设置有连接板，连接板与第二锥齿轮的转轴固定连接。进一步的，横向机械接口、纵向直管机械接口和纵向弯管机械接口均为单侧开口的管状，且均包括锁紧环和锁止弧；三个接口的开口处的外圆上设置有截面为半圆形的圆环卡槽，圆环卡槽的外侧设置有锁紧环，锁紧环与接口外圆之间设置有一圈锁止弧。进一步的，膝关节模块和踝关节模块靠近躯干的端部均设置有一周横截面为半圆形的圆环台；胫节为锥形的中空铝合金管，胫节靠近踝关节模块的一端的内圆上分布有横截面为半圆形的圆环台，胫节端部开设有轴向槽；环形台与圆环卡槽相匹配。进一步的，髋关节模块、膝关节模块和踝关节模块的无刷直流电机上均设置有电动机自带位置编码器。进一步的，无刷直流电机的输入经过谐波减速器之后由其柔轮输出，柔轮通过沿圆周均匀分布的螺钉连接盘状弹性元件的右端盖，盘状弹性元件右端盖又通过橡胶元件与盘状弹性元件的左端盖相连接，盘状弹性元件左端盖与输出轴为一体；盘状弹性元件内侧的输出轴上设置有关节角度编码器。进一步的，横向机械接口、纵向直管机械接口和纵向弯管机械接口的内侧底部均设置有电气触电接口；各个模块之间通过上述三个接口以及电气触电接口连接。进一步的，电气触电接口包括顶针连接器、关节控制板和触点，顶针连接器连接关节控制板，触点设置在关节控制板上。进一步的，足端包括长度调节杆和半球状橡胶，半球状橡胶固定设置在长度调节杆底部，长度调节杆和胫节端部螺纹连接，连接处外侧设置有锁紧环。与现有技术相比，本专利技术有以下技术效果：本专利技术提供了一种可快速拆装的集成关节可变体多足机器人，与普通机器人相比，髋关节、膝关节和踝关节采用模块化的设计并且满足互换性；通过插拔式机械连接口和电气触点接口连接各模块，可以快速拆卸、组装各模块，也可以增加或者减少关节模块的数量满足不同自由度的要求；本专利技术通过可变方向的减速传动机构可实现机器人形状的多种变形单体体形。使组装设计的单腿具有足够的强度和灵活性。另一方面，将各自的驱动装置、电气系统、控制系统、传感器集成于一个完整的模块中，每个模块是一个完整的机电一体化系统，模块之间通过统一的机械接口和电气触电接口连接，这就可以避免将复杂的走线置于关节外部，从而避免电线与腿部运动发生干涉和影响美观。附图说明图1是本专利技术可快速拆装的集成关节可变体多足机器人的整体机构示意图；图2是本专利技术模块化设计的单腿模型侧视图；图3是本专利技术模块化设计的髋关节结构剖视图；图4是本专利技术模块化设计的膝关节结构剖视图；图5是本专利技术模块化设计的踝关节结构剖视图；图6是本专利技术胫节结构剖视图；图7是本专利技术足端外形结构和剖视图；图8是本专利技术模块化关节的机械接口剖视图；图9是本专利技术盘状橡胶弹性元件装配图；图10是本专利技术电气触点接口触点分布图。1——髋关节模块、2——膝关节模块、3——踝关节模块、4——胫节、5——足端、6——外壳、7——无刷直流电机、8——驱动器、9——关节角度编码器、10——谐波减速器、11——横向机械接口、12——电气触电接口、13——第二锥齿轮、14——纵向直管机械接口、15——纵向弯管机械接口、16——长度调节杆、18——锁止弧、19——锁紧环、21——电动机自带位置编码器、22——柔轮、23——盘状橡胶弹性元件、24——第一锥齿轮、25——输出轴、28——触点。具体实施方式以下结合附图对本专利技术进一步说明：本专利技术以六足机器人为例说明机器人的快拆结构特性、关节模块的集成特性和可变体功能特性。机器人单腿由髋关节模块1、膝关节模块2、踝关节模块3、胫节4及足端5组成。髋关节模块1用于单腿的横向摆动。由外壳6、无刷直流电机7及其驱动器8、关节角度编码器9、谐波齿轮传动机构10、横向机械接口11和电气触点接口12组成。选择盘式无刷直流电机，其具有体积小，功率大、转矩特性好的特点。考虑到结构尺寸上的限制，将电机沿轴向布置，为了使得减速机构的结构紧凑和大减速比，采用谐波齿轮减速，可获得大扭矩输出。膝关节模块2用于单腿的纵向摆动，是处于单腿中段的关节模块。由外壳6、无刷直流电机7及其驱动板8、关节角度编码器9、谐波齿轮传动机构10和锥齿轮传动机构13、纵向直管机械接口14和电气触点接口12组成。其中，由电机外壳6、无刷直流电机7及其驱动器8、关节角度编码器9、谐波齿轮传动机构10组成电机组件。盘式无刷直流电机7沿轴向布置，为了使得减速机构结构紧凑，采用谐波齿轮减速，再安装一级锥齿轮传动机构13可获得大减速比，并且可改变运动和动力输出方向。膝关节模块2通过电机组件再加一级锥齿轮传动得到了改变传动方向的运动输出，它是把电机组件与锥齿轮传动机构13和纵向直管机械接口14连接起来组成的。踝关节模块3用于单腿纵向摆动，作为末端输出连接组件。由电机组件与锥齿轮传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可快速拆装的集成关节可变体多足机器人，其特征在于，包括躯干和支腿；若干支腿设置在躯干的底部；每条支腿包括髋关节模块(1)、膝关节模块(2)、踝关节模块(3)、胫节(4)和足端(5)；髋关节模块(1)的一端固定设置在躯干的底部，髋关节模块(1)的轴线垂直于地面，髋关节模块(1)能够水平方向上摆动；髋关节模块(1)的另一端与膝关节模块(2)的一端连接，膝关节模块(2)的轴线平行于地面，膝关节模块(2)能够纵向摆动；膝关节模块(2)的另一端与踝关节模块(3)的一端连接，踝关节模块(3)的轴线与膝关节模块(2)的轴线成钝角，踝关节模块(3)能够纵向摆动；踝关节模块(3)的另一端连接胫节(4)的一端，胫节(4)的另一端连接足端(5)；髋关节模块(1)包括外壳(6)、无刷直流电机(7)、驱动器(8)和谐波减速器(10)；无刷直流电机(7)轴向设置在外壳(6)内部，驱动器(8)设置在外壳(6)内用于驱动无刷直流电机(7)，无刷直流电机(7)的输出端连接谐波减速器(10)，谐波减速器(10)的输出端伸出外壳(6)；膝关节模块(2)和踝关节模块(3)结构相同；膝关节模块(2)为在基于髋关节模块(1所有结构的基础上还包括第一锥齿轮(24)和第二锥齿轮(13)；谐波减速器(10)的输出端上固定套设有第一锥齿轮(24)，第二锥齿轮(13)通过转轴设置在外壳(6)内；第二锥齿轮(13)大于第一锥齿轮(24)。...

【技术特征摘要】
1.一种可快速拆装的集成关节可变体多足机器人，其特征在于，包括躯干和支腿；若干支腿设置在躯干的底部；每条支腿包括髋关节模块(1)、膝关节模块(2)、踝关节模块(3)、胫节(4)和足端(5)；髋关节模块(1)的一端固定设置在躯干的底部，髋关节模块(1)的轴线垂直于地面，髋关节模块(1)能够水平方向上摆动；髋关节模块(1)的另一端与膝关节模块(2)的一端连接，膝关节模块(2)的轴线平行于地面，膝关节模块(2)能够纵向摆动；膝关节模块(2)的另一端与踝关节模块(3)的一端连接，踝关节模块(3)的轴线与膝关节模块(2)的轴线成钝角，踝关节模块(3)能够纵向摆动；踝关节模块(3)的另一端连接胫节(4)的一端，胫节(4)的另一端连接足端(5)；髋关节模块(1)包括外壳(6)、无刷直流电机(7)、驱动器(8)和谐波减速器(10)；无刷直流电机(7)轴向设置在外壳(6)内部，驱动器(8)设置在外壳(6)内用于驱动无刷直流电机(7)，无刷直流电机(7)的输出端连接谐波减速器(10)，谐波减速器(10)的输出端伸出外壳(6)；膝关节模块(2)和踝关节模块(3)结构相同；膝关节模块(2)为在基于髋关节模块(1所有结构的基础上还包括第一锥齿轮(24)和第二锥齿轮(13)；谐波减速器(10)的输出端上固定套设有第一锥齿轮(24)，第二锥齿轮(13)通过转轴设置在外壳(6)内；第二锥齿轮(13)大于第一锥齿轮(24)。2.根据权利要求1所述的一种可快速拆装的集成关节可变体多足机器人，其特征在于，髋关节模块(1)和膝关节模块(2)之间通过横向机械接口(11)连接，谐波减速器(10)的输出端伸出外壳(6)与横向机械接口(11)固定连接；膝关节模块(2)和踝关节模块(3)之间通过纵向直管机械接口(14)连接，纵向直管机械接口的一端固定设置有连接板，连接板与第二锥齿轮(13)的转轴固定连接；踝关节模块(3)和胫节(4)之间通过纵向弯管机械接口(15)连接，纵向弯管机械接口(15)的一端固定设置有连接板，连接板与第二锥齿轮(13)的转轴固定连接。3.根据权利要求2所述的一种可快速拆装的集成关节可变体多足机器人，其特征在于，横向机械接口(11)、纵向直管...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘琼，朱雅光，姬子恒，程炎，陈海江，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61