用于变胞原理下机器人的轮腿式多自由度腿部结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于变胞原理下机器人的轮腿式多自由度腿部结构，包括从上到下依次设置的髋关节、膝关节、足关节，髋关节包括髋关节舵机和髋关节支架，膝关节包括膝关节舵机和膝关节支架、足关节包括足关节舵机和足关节支架，所述髋关节支架包括连接髋关节舵机的第一U形架和连接膝关节舵机的第二U形架，第二U形架一侧外壁设有一轮式组件。本实用新型专利技术对髋关节支架进行了改进，使髋关节舵机和膝关节舵机的旋转方向垂直，从而使腿部结构更加灵活，增设轮式组件，比传统纯足式机器人行进速度快，设置串行总线舵机控制髋关节、膝关节、足关节转动，实现多关节多自由度跨步行走，提升了机器人在崎岖环境、非结构路面上运动时的通过性。过性。过性。

【技术实现步骤摘要】
用于变胞原理下机器人的轮腿式多自由度腿部结构


[0001]本技术涉及一种机器人的腿部结构，尤其涉及用于变胞原理下机器人的轮腿式多自由度腿部结构。

技术介绍

[0002]灾难发生后的72小时为黄金抢救时间，但是受灾难现场的非结构化环境影响，救援人员难以快速、高效安全地进行工作，且救援任务逐渐超出了救援人员的能力范围，所以救援机器人成为了一个重要的发展方向，用于代替部分人工救援。
[0003]但是现阶段各类搜救机器人在复杂崎岖的灾难搜救现场大多存在：机器人的越障能力较弱、体积偏大，不适合在灾后废墟狭小空间中搜救被困人员等问题，影响实际救援效果。所以需要一种能应用于狭窄空间中、崎岖复杂环境下的机器人结构，解决通过性差、移动速度较慢等问题。

技术实现思路

[0004]本技术的目的就在于提供一种解决上述问题，应用于变胞原理下机器人，解决机器人越障能力弱、体积大，不适合在灾后废墟狭小空间中搜救被困人员等问题的，一种用于变胞原理下机器人的轮腿式多自由度腿部结构。
[0005]为了实现上述目的，本技术采用的技术方案是这样的：一种用于变胞原理下机器人的轮腿式多自由度腿部结构，包括从上到下依次设置的髋关节、膝关节、足关节，所述髋关节包括髋关节舵机和髋关节支架，所述膝关节包括膝关节舵机和膝关节支架、所述足关节包括足关节舵机和足关节支架，所述髋关节支架包括一水平的矩形板；
[0006]所述矩形板相对两侧向上弯折并延伸成一开口向上的第一U形架，所述髋关节舵机位于第一U形架间且两端与第一U形架旋转连接；/>[0007]所述矩形板另外相对两侧向下弯折并延伸成一开口向下的第二U形架，所述膝关节舵机位于第二U形架间且两端与第二U形架旋转连接；
[0008]第二U形架一侧外壁设有一轮式组件，所述轮式组件包括电机支架、电机和滚轮，所述电机通过电机支架安装在第二U形架上，且电机的转轴与第二U形架垂直，所述转轴连接滚轮并驱动其旋转；
[0009]所述膝关节支架与膝关节舵机固定连接，足关节舵机位于膝关节支架间且两端与膝关节支架相对两侧旋转连接，足关节支架与足关节舵机固定连接。
[0010]作为优选：所述滚轮为麦克纳姆轮，所述电机为步进电机。
[0011]作为优选：所述髋关节舵机、膝关节舵机、足关节舵机通过串行总线连接上位机，用于通过串行总线受上位机控制。
[0012]与现有技术相比，本技术的优点在于：
[0013]对髋关节支架进行了改进，分为连接髋关节舵机的第一U形架和连接膝关节舵机的第二U形架，使髋关节舵机和膝关节舵机的旋转方向相互垂直，从而使腿部结构更加灵
活，能实现由髋关节舵机转动带动各腿部结构完成多方向旋转，提高腿部结构的运动范围与运动可靠性。
[0014]增设轮式组件，采用步进电机控制滚轮旋转，比传统纯足式机器人行进速度快，滚轮采用麦克纳姆轮，可实现任意方向平移同时自转的动作，使其适应狭窄环境下的复杂转向操作，保证灵活性，采用滚轮行走时，只需要通过舵机控制各关节不与地面接触即可。
[0015]通过设置串行总线舵机控制髋关节、膝关节、足关节转动，实现多关节多自由度跨步行走，提升了机器人在崎岖环境、非结构路面上运动时的通过性。
附图说明
[0016]图1为本技术结构示意图；
[0017]图2为本技术另一角度的结构示意图；
[0018]图3为图1旋转90度后的示意图。
[0019]图中：1、髋关节舵机；2、第一U形架；3、第二U形架；4、膝关节舵机；5、膝关节支架；6、足关节舵机；7、足关节支架；8、电机支架；9、滚轮；10、电机。
具体实施方式
[0020]下面将结合附图对本技术作进一步说明。
[0021]实施例1：参见图1和图3，一种用于变胞原理下机器人的轮腿式多自由度腿部结构，包括从上到下依次设置的髋关节、膝关节、足关节，所述髋关节包括髋关节舵机1和髋关节支架，所述膝关节包括膝关节舵机4和膝关节支架5、所述足关节包括足关节舵机6和足关节支架7，所述髋关节支架包括一水平的矩形板；
[0022]所述矩形板相对两侧向上弯折并延伸成一开口向上的第一U形架2，所述髋关节舵机1位于第一U形架2间且两端与第一U形架2旋转连接；
[0023]所述矩形板另外相对两侧向下弯折并延伸成一开口向下的第二U形架3，所述膝关节舵机4位于第二U形架3间且两端与第二U形架3旋转连接；
[0024]第二U形架3一侧外壁设有一轮式组件，所述轮式组件包括电机支架8、电机10和滚轮9，所述电机10通过电机支架8安装在第二U形架3上，且电机10的转轴与第二U形架3垂直，所述转轴连接滚轮9并驱动其旋转；
[0025]所述膝关节支架5与膝关节舵机4固定连接，足关节舵机6位于膝关节支架5间且两端与膝关节支架5相对两侧旋转连接，足关节支架7与足关节舵机6固定连接。
[0026]本实施例中，所述滚轮9为麦克纳姆轮，所述电机10为步进电机10；所述髋关节舵机1、膝关节舵机4、足关节舵机6通过串行总线连接上位机，用于通过串行总线受上位机控制。
[0027]本技术可根据实际需要，安装多个在机器人上，预设本实施例中安装4个。安装时，本技术可以竖直安装、可以水平安装，用于可根据实际使用场景，选择安装方式，本实施例中，给出一种水平安装的实例，参见图3，将本技术水平放置，使滚轮9与地面接触，髋关节舵机1可以通过连接板、或者直接与机器人身体部分进行连接，当髋关节舵机1旋转时，髋关节舵机1带动后级组件整体前后摆动实现跨步操作，其运动方式与昆虫腿部运动类似。另外，膝关节舵机4、足关节舵机6均可在其转轴处实现360度旋转。
[0028]本技术的工作原理为：
[0029]控制髋关节舵机1，实现髋关节舵机1后级部分前后摆动、跨步行进操作；控制膝关节舵机4，实现膝关节舵机4后级部分上抬、下压动作；控制足关节舵机6，实现足关节支架7的张开与内收，根据不同环境地形，通过髋关节、膝关节、足关节的配合，完成本技术的跨步行走动作。
[0030]具体行走逻辑如下：首先膝关节舵机4旋转，通过膝关节支架5带动足关节抬起，其后髋关节舵机1旋转，带动髋关节支架转动，实现跨步行走时腿式结构前后方位移动，而后针对地面情况，对合适足关节支架7的姿态做出判断，通过足关节舵机6的旋转，调整足关节支架7至最适姿态，随后控制膝关节舵机4旋转，通过膝关节支架5带动足关节下压，实现了抬腿、迈步、压腿的单个腿前进动作。
[0031]针对于结构性路面下轮式行进方式的操作逻辑为：控制髋关节舵机1旋转至相应位置，将滚轮9转轴方向置于行进方向的垂直方向，而后同时控制膝关节舵机4、足关节舵机6旋转，将本技术整体向上收，仅以滚轮9作为支撑，构成轮式驱动机器人，实现轮式快速行进，同时，滚轮9采用麦克纳姆轮，机器人通过对不同腿上的电机10转速进行控制，可实现在狭窄空间内的灵活转向动作。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于变胞原理下机器人的轮腿式多自由度腿部结构，包括从上到下依次设置的髋关节、膝关节、足关节，所述髋关节包括髋关节舵机和髋关节支架，所述膝关节包括膝关节舵机和膝关节支架、所述足关节包括足关节舵机和足关节支架，其特征在于：所述髋关节支架包括一水平的矩形板；所述矩形板相对两侧向上弯折并延伸成一开口向上的第一U形架，所述髋关节舵机位于第一U形架间且两端与第一U形架旋转连接；所述矩形板另外相对两侧向下弯折并延伸成一开口向下的第二U形架，所述膝关节舵机位于第二U形架间且两端与第二U形架旋转连接；第二U形架一侧外壁设有一轮式组件，所述轮式组件包括电机支架...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛俊玮，罗耀耀，杨培杰，王立娟，刘欢，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：新型
国别省市：