一种可扩展的机器人关节及其构成的驱动方式可切换的机器人制造技术

本申请提供一种可扩展的机器人关节，以及通过该关节的合理组合，构成的一种具备轮履状态、步行状态、四足状态运行的机器人。还提供该类关节模块化扩展的设计方法、对该类关节组合出的机器人驱动方式进行切换的方法。该关节包含连接臂（1）、驱动器（14）、主动轮（10）、从动轮（11）、从动轮轴承（12）、传动链（13）、支撑轮（9）、支撑轴（8）等零件。在保持主体特征不变的情况下，对连接臂（1）进行合理变形，可构成具有连接功能、衔接功能、驱动功能、执行功能的关节；将上述4种关节合理地安装到机器人主体（24）上，可构成具有不同自由度的机器人。该机器人，因能够实现轮履状态、步行状态、四足状态3种主要运行状态的切换，从而大大提高了其越障能力，和对复杂工况环境的适应能力。

A kind of expandable robot joint and its driving mode switchable robot

【技术实现步骤摘要】
一种可扩展的机器人关节及其构成的驱动方式可切换的机器人
本申请涉及一种可扩展的机器人关节及该关节的模块化设计方法，以及使用该关节构成的能够实现轮履状态、步行状态、四足状态切换的机器人及其切换方法。
技术介绍
目前机器人领域的相关专利，赋予机器人的行进方式多为四轮驱动方式或四足驱动方式，个别设计四轮、四足驱动方式切换的机构，其设计方案为在四足驱动方式基础上，串联出足态驱动机构，结构复杂，可扩展性不足，且不能够进行双足步态驱动，机器人柔性不足，不能够适应各种复杂的运行环境。有鉴于此，如何提供一种关节扩展性强，能够实现轮履驱动状态、步行驱动状态、四足驱动状态自由切换，以适应各种不同的作业环境的机器人，成为机器人领域需要解决的技术难题。
技术实现思路
针对现有技术中的不足之处，本申请提供一种可扩展的机器人关节，通过该关节的合理组合，能够组合出一种具备轮履状态、步行状态、四足状态运行的机器人。同时提供所述机器人关节可扩展的设计方法、对该类关节组合出的机器人驱动方式进行切换的方法。为了达到上述目的，本申请技术方案如下：<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可扩展的机器人关节，其特征在于，该关节包括：/n连接臂（1）、驱动器（14）、主动轮（10）、从动轮（11）、从动轮（11）轴承、支撑轴（8）、支撑轮（9）、传动链（13）；/n所述的驱动器（14），用于驱动关节转动或驱动所述主动轮（10）或从动轮（11）转动，该驱动器（14）壳体两侧均设计有连接法兰（16），且为双输出轴结构，驱动器连接法兰（16）上绕着输出轴周向均布有安装孔；/n当所述驱动器用于驱动连接臂（1）转动时为内转子结构，输出轴为圆形轴；/n当所述驱动器（14）用于驱动主动轮（10）转动时为外转子结构，且两端输出轴为异形输出轴，如D型轴或花键轴；/n所述的连接臂（1），在其...

【技术特征摘要】
1.一种可扩展的机器人关节，其特征在于，该关节包括：
连接臂（1）、驱动器（14）、主动轮（10）、从动轮（11）、从动轮（11）轴承、支撑轴（8）、支撑轮（9）、传动链（13）；
所述的驱动器（14），用于驱动关节转动或驱动所述主动轮（10）或从动轮（11）转动，该驱动器（14）壳体两侧均设计有连接法兰（16），且为双输出轴结构，驱动器连接法兰（16）上绕着输出轴周向均布有安装孔；
当所述驱动器用于驱动连接臂（1）转动时为内转子结构，输出轴为圆形轴；
当所述驱动器（14）用于驱动主动轮（10）转动时为外转子结构，且两端输出轴为异形输出轴，如D型轴或花键轴；
所述的连接臂（1），在其A端（2）、B端（5）设计有驱动器输出轴孔，A端轴孔（3）根据驱动器（14）功能不同，可设计为圆形孔或异形孔，B端轴孔为异形孔；连接臂B端（5）还设计有凸缘（7），凸缘（7）内壁面与A端（2）外壁面共面；
当扩展关节，使2个连接臂（1）连接时，第一个连接臂（1）的A端轴孔（3）与第二个连接臂（1）的B端异形轴孔（6）同轴配合，第二个连接臂B端凸缘（7）内壁面与第一个连接臂A端（2）外壁面重合配合；
所述的连接臂（1）上还开有一对或多对支撑轴孔，用于安装所述支撑轴（8）。


2.根据权利要求1所述，当所述驱动器（14）驱动所述连接臂（1）转动时，其特征在于：
连接臂（1）对称地布置在驱动器（14）两侧，且连接臂A端轴孔（3）、B端异形轴孔（6）与驱动器输出轴（15）同轴；
连接臂A端（2）输出轴孔为圆形孔，驱动器输出轴（15）与连接臂A端轴孔（3）同轴，且为间隙配合；连接臂（1）通过A端连接孔（4）与驱动器（14）固定连接，驱动器输出轴（15）的端面与连接臂B端凸缘（7）重合；
当两个连接臂（1）按权利要求要求1所述方式进行扩展时，驱动器输出轴（15）与连接臂B端异形孔（6）配合，当驱动器（14）输出轴转动时，可驱动相邻连接臂（1）转动；此时驱动器为内转子结构，下文中将该类关节定义为连接关节（20）；
当所述驱动器（14）驱动所述主动轮（10）转动时，连接臂A端轴孔（3）为异形孔，驱动器异形输出轴（15）与A端轴孔（3）配合固定连接，当驱动器（14）转动时，驱动器异形输出轴（15）与连接臂（1）无相对运动，驱动器（14）外壳转动，构成外转子驱动器；
所述的主动轮（10），同轴固定连接在所述外转子驱动器上，当驱动器（14）转动，驱动主动轮（10）相对连接臂（1）转动；
下文中将所述外转子驱动器驱动所述主动轮（10）的关节，定义为驱动关节（22）。


3.根据权利要求1所述的机器人关节，其特征还在于，
所述的从动轮（11），通过从动轮轴承（12），同轴转动连接在权利要求2中所述的内转子结构的驱动器上；
所述的支撑轴（8），固定安装在权利要求1中所述的一对或多对支撑轴孔中；
所述的主动轮（10）、从动轮（11）、支撑轮（9），可以设计为皮带轮、齿形带轮、V带轮、履带轮；
相对应地，所述的传动链（13），可以是皮带、齿形皮带、V型带、履带等，传动链（13）用于连接所述主动轮（10）、从动轮（11）、支撑轮（9），传动链（13）的结构与各轮的结构匹配，如传动链（13）为同步带，则各轮为同步带轮。


4.根据权利要求3所述的主动轮（10）、从动轮（11）、支撑轮（9）、传动链（13），其特征在于：
所述的支撑轮（9），竖直对称地布置在所述主动轮（10）或从动轮（11）一侧；所述支撑轮（9）与主动轮（10）或从动轮（11）外圆之间留有间隙，且该间隙被设计为仅允许所述传动链（13）从中间滚动穿过，以使所述传动链（13）始终贴紧在所述主动轮（10）或从动轮（11）上；例如，对于等厚平皮带，该间隙为皮带的厚度；
通过该设计方法，可以保证关节转动过程中，传动链（13）不会因相邻两个连接臂（1）上的支撑轮（9）之间距离的变化，而出现传动链（13）松弛脱离传动轮或拉紧锁死，而限制摆动角度的问题；
进一步地，所述的支撑轮（9），根据所在关节功能及尺寸的不同，可设计为1对或多对；当设计为1对时，该对支撑轮（9）与连接臂（1）左侧和右侧可扩展的主动轮（10）或从动轮（11）间的尺寸，满足上文所述的传动链（13）与支撑轮（9）之间的尺寸关系；当所述支撑轮（9）为对多时，该多对支撑轮（9）中，最左侧的支撑轮（9）与A端主动轮（10）或从动轮（11）满足上文所述的传动链（13）与支撑轮（9）之间的尺寸关系；该多对支撑轮（9）中，最右侧的支撑轮（9）与B端可扩展关节的主动轮（10）或从动轮（11）满足上文所述的传动链（13）与支撑轮（9）之间的尺寸关系。


5.根据关节实现功能的不同，在满足权利要求1特征的条件下，对权利要求2所述的连接关节（20）进行优化，可构成衔接关节（21）和执行器关节（23），其特征在于：
所述衔接关节，取消权利要求4所述的安装连接臂上的支撑轴（8）和支撑轮（9），将连接臂（1）从靠近B端位置分割，将分割后的、对称安装在驱动器（14）上的连接臂（1），在分割位置前后连接，并在A端（2）连接面上开出圆形轴孔，在B端（5）连接面上开出异形孔，同时在A端一侧安装驱动器（14），驱动器（14）通过异形输出轴（15）与B端连接面上的异形孔连接，可驱动B端相对于A端转动；下文中，将衔接关节（21）的A端定义为衔接关节大臂（17），将衔接关节（21）的B端定义为衔接关节小臂（18）；
所述执行器关节（23），在连接关节（20）结构的基础上，在A端和B端中间设计出异形孔，该异形孔与驱动器（14）异形输出轴吻合，在该异形孔中间，通过驱动器异形输出轴（15）固定连接一驱动器；此时，执行器关节（23）A端（2）的驱动器（14）用于驱动关节转动，B端（5）扩展的驱动器（14）用于驱动执行器转动，中间驱动器（14）与权利要求2所述的驱动关节（22）上的驱动器功能相同，为外转子驱动器，用于驱动主动轮（10）转动；
所述的执行器关节（23），其关节B端驱动器位置，可以扩展出关节执行器；
进一步地，所述的连接关节（20）、驱动关节（22）、衔接关节（21）、执行器关节（23），各关节的A端与B端可以进行扩展连接，形成各种不同构造的机器人。


6.根据权利要求1-5所述的驱动器（14），其特征为，可以是电动机或液压机；
所述的外转子结构驱动器用于驱动对应机器人以轮、履态运行，需要响应迅速，优选电动机；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：白志超，
申请(专利权)人：白志超，
类型：发明
国别省市：河北;13