一种三自由度仿生腿足结构及应用其的四足机器人制造技术

本发明专利技术涉及一种三自由度仿生腿足结构及应用其的四足机器人，三自由度仿生腿足结构包括大腿总装、小腿总装、前摆关节电机和髋部外展关节电机，主要利用传动机构将膝关节电机也集成在机器人的髋部位置，以减少腿部总成运动时产生的转动惯量，提高机器人机动性能。现有技术中最为常用的就是利用平行四边形或反平行四边形机构传递膝关节电机驱动小腿的动力，而带传动比起多连杆传动具有质量轻、转动惯量小、无死点、传动比稳定、噪音低、可靠性高、对材料没有刚度要求等优点，且同步带具有一定吸振减震和抗冲击的能力，因此带传动可以大大减小对关节电机的性能要求和使用负担，提高机器人整机可靠性能。整机可靠性能。整机可靠性能。

【技术实现步骤摘要】
一种三自由度仿生腿足结构及应用其的四足机器人


[0001]本专利技术属于仿生机器人领域，具体涉及一种三自由度仿生腿足结构及应用其的四足机器人。

技术介绍

[0002]足式机器人相比普通的轮式机器人和履带式机器人，具有更强的复杂地形适应能力。四足机器人的驱动方式主要有液压、气压、电动，其中电驱动具有控制精度高、噪音小、可靠性高、成本低等优点，但受限于现阶段电机及减速箱的工艺和结构的限制，电驱四足机器人无法像液压四足那样承受高负载，自身的体型也被限制在中小型范围。目前的电驱四足机器人多采用平行四边形或反平行四边形连杆传动，连杆传动难以提供一个稳定的减速比并且是费力杠杆，此外连杆传动自身对结构整体刚度要求高，运动时产生的传动惯量较大，且机器人步行时受到的振荡可以通过结构传递完全传递给电机，在机器人突然失稳或摔倒时，连杆传动容易出现挠曲变形的情况。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的缺陷，本专利技术目的在于提供一种质量轻、转动惯量小、无死点、传动比稳定、噪音低、可靠性高、可降低关节电机负担的三自由度仿生腿足结构及应用其的四足机器人。
[0004]为了解决以上技术问题，本专利技术提供了一种三自由度仿生腿足结构，其特征在于：包括大小腿总装2.2、髋部外展关节电机2.1.1，所述大小腿总装2.2包括大腿总装、小腿总装3.1、前摆关节电机2.1.4，髋部外展关节电机的转子与前摆关节电机的定子刚性连接；前摆关节电机2.1.4轴线与外展关节电机2.1.1轴线互相垂直；大腿总装包括膝关节电机2.2.1、大腿基壳2.2.6、法兰联轴器2.2.3、小腿主动轮2.2.5、小腿从动轮2.2.9、同步带2.2.12；大腿基壳2.2.6为上下贯通的腔体零件，零件分肩端和膝端，其中膝关节电机2.2.1的定子固定在肩端，膝关节电机的定子与前摆关节电机的转子刚性连接，膝关节电机的转子内置于大腿基壳2.2.6内部，小腿主动轮2.2.5通过法兰联轴器2.2.3与膝关节电机2.2.1的转子固定连接，小腿主动轮2.2.5、齿面张紧轮2.2.10、小腿从动轮2.2.9从上到下依次设置在大腿基壳内并通过同步带2.2.12连接；小腿从动轮2.2.9位于膝端，与大腿基壳转动连接；小腿总装3.1与小腿从动轮2.2.9连接固定。
[0005]小腿销轴2.2.8穿过大腿侧盖2.2.7与大腿基壳2.2.6对应的盲孔行程孔轴配合，通过一颗M3螺丝穿过大腿基壳2.2.6与小腿销轴2.2.8的螺纹孔紧固从而完成销轴的限位；小腿从动轮2.2.9通过两个深沟球轴承与小腿销轴2.2.8紧密配合，构成旋转副。
[0006]在靠近大腿基壳2.2.6内壁处设有张紧机构2.3，同步带2.2.12依次绕过小腿主动轮2.2.5、张紧轮2.2.10、小腿从动轮2.2.9及张紧机构2.3构成带传动机构，将主动轮2.2.5动力传递给从动轮2.2.9。
[0007]所述张紧机构2.3包括摇杆I(2.3.4)、摇杆II(2.3.5)、轴承组2.3.6，轴承组2.3.6
通过螺丝安装于两个摇杆自由端的孔之间，充当光面张紧轮，且轴承组2.3.6在摆动范围内能与同步带2.2.12接触。
[0008]其中摇杆I(2.3.4)自由端的孔为φ3.5mm通孔，摇杆II(2.3.5)的自由端孔为M3螺纹孔，两个摇杆的固定端为φ3.5mm的通孔。
[0009]张紧机构设置于大腿基壳2.2.6的侧壁旁边，大腿基壳2.2.6的侧壁上设有防松螺母固定件2.3.2，两个摇杆的固定端与防松螺母固定件2.3.2的一端转动连接；防松螺母固定件2.3.2内卡嵌有一颗防松螺母2.3.3，所述螺丝2.3.1拧入防松螺母2.3.3；防松螺母轴线方向垂直于张紧摇杆，螺丝2.3.1拧入端朝向侧壁，螺丝2.3.1末端会与摇杆机械接触，螺丝2.3.1继续拧入会顶住摇杆向里摆动，而摇杆自由端的轴承组2.3.6会将同步带2.2.12向里拉紧。
[0010]所述小腿总装3.1包括小腿杆3.1.1和脚垫3.1.2，小腿杆3.1.1底端与脚垫3.1.2固定连接，另一端与所述小腿从动轮2.2.9固定连接，随小腿从动轮2.2.9绕小腿销轴2.2.8作旋转运动。
[0011]一种四足机器人，其特征在于：包括躯干1和四条独立的单腿模块，四条独立的单腿模块分别为左前腿模块2、右前腿模块3、左后腿模块4、右后腿模块5；四条独立的单腿模块左右对称布置，通过旋转副与躯干连接；所述单腿模块采用三自由度仿生腿足结构。
[0012]有益效果：本专利技术主要利用传动机构将膝关节电机也集成在机器人的髋部位置，以减少腿部总成运动时产生的转动惯量，提高机器人机动性能；现有技术中最为常用的就是利用平行四边形或反平行四边形机构传递膝关节电机驱动小腿的动力，本专利技术创造性的采用带传动，比起多连杆传动具有质量轻、转动惯量小、无死点、传动比稳定、噪音低、可靠性高、对材料没有刚度要求等优点，且同步带具有一定吸振减震和抗冲击的能力，因此带传动可以大大减小对关节电机的性能要求和使用负担，提高机器人整机可靠性能。
附图说明
[0013]图1四足机器人整机示意图；
[0014]图2.a单腿模块轴测图；
[0015]图2.b单腿模块轴侧爆炸图；
[0016]图3.a大腿总装结构示意图；
[0017]图3.b带传动机构示意图；
[0018]图3.c可调张紧示意图；
[0019]图3.d张紧机构示意图；
[0020]图4小腿总装结构示意图。
具体实施方式
[0021]为使本专利技术的目的、内容和优点更加清楚，下面对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。
[0022]本专利技术提出的一种三自由度仿生腿足结构，包括大小腿总装2.2、髋部外展关节电机2.1.1及与髋部外展关节电机2.1.1的转子刚性联接的传动部件2.1.2，髋部外展关节电机2.1.1的定子与躯干刚性联接。
[0023]所述大小腿总装2.2包括大腿总装、小腿总装3.1、前摆关节电机2.1.4及与前摆关节电机的转子刚性联接的传动部件2.1.5，前摆关节电机的定子与外展关节电机的传动部件2.1.2刚性联接，前摆关节电机2.1.4轴线与外展关节电机2.1.1轴线互相垂直。肩部装饰件1(2.1.8)和肩部装饰件2(2.1.7)用于保护电机同时起到修饰外观的作用。
[0024]髋部外展关节电机2.1.1及与转子刚性联接的传动部件2.1.2构成第一自由度，前摆关节电机2.1.4及与转子刚性联接的传动部件2.1.5构成第二自由度，膝关节电机2.2.1及与转子联接的同步带传动机构构成第三自由度。
[0025]大腿总装包括膝关节电机2.2.1、大腿基壳2.2.6、大腿侧盖2.2.7、大腿肩盖2.2.2、法兰联轴器2.2.3、小腿主动轮2.2.5、小腿销轴2.2.8、小腿从动轮2.2.9、同步带2.2.12、齿面张紧轮2.2.10、深沟球轴承2.2.13、张紧机构2.3、同步轮限位件2.2.11、铰链固定件2.2.14；小腿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三自由度仿生腿足结构，其特征在于：包括大小腿总装2.2、髋部外展关节电机2.1.1，所述大小腿总装2.2包括大腿总装、小腿总装3.1、前摆关节电机2.1.4，髋部外展关节电机的转子与前摆关节电机的定子刚性连接；前摆关节电机2.1.4轴线与外展关节电机2.1.1轴线互相垂直；大腿总装包括膝关节电机2.2.1、大腿基壳2.2.6、法兰联轴器2.2.3、小腿主动轮2.2.5、小腿从动轮2.2.9、同步带2.2.12；大腿基壳2.2.6为上下贯通的腔体零件，零件分肩端和膝端，其中膝关节电机2.2.1的定子固定在肩端，膝关节电机的定子与前摆关节电机的转子刚性连接，膝关节电机的转子内置于大腿基壳2.2.6内部，小腿主动轮2.2.5通过法兰联轴器2.2.3与膝关节电机2.2.1的转子固定连接，小腿主动轮2.2.5、齿面张紧轮2.2.10、小腿从动轮2.2.9从上到下依次设置在大腿基壳内并通过同步带2.2.12连接；小腿从动轮2.2.9位于膝端，与大腿基壳转动连接；小腿总装3.1与小腿从动轮2.2.9连接固定。2.根据权利要求1所述的一种三自由度仿生腿足结构，其特征在于：髋部外展关节电机2.1.1的定子与躯干刚性联接。3.根据权利要求1所述的一种三自由度仿生腿足结构，其特征在于：前摆关节电机2.1.4与外展关节电机2.1.1外部对应位置设有肩部装饰件。4.根据权利要求1所述的一种三自由度仿生腿足结构，其特征在于：小腿销轴2.2.8穿过大腿侧盖2.2.7与大腿基壳2.2.6对应的盲孔行程孔轴配合，通过一颗M3螺丝穿过大腿基壳2.2.6与小腿销轴2.2.8的螺纹孔紧固从而完成销轴的限位；小腿从动轮2.2.9通过两个深沟球轴承与小腿销轴2.2.8紧密配合，构成旋转副。5.根据权利要求1所述的一种三自由度仿生腿足结构，其特征在于：在靠近大腿基壳2.2.6内壁处设有张紧机构2.3，同步带2.2.12依次绕过小腿主动轮2.2.5、张紧轮2.2.10、小腿从动轮2.2.9及张紧...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁振杰，江磊，赵建新，闫曈，刘宇飞，党睿娜，王志瑞，许鹏，许威，邓秦丹，苏波，蒋云峰，杨超宁，
申请(专利权)人：中国北方车辆研究所，
类型：发明
国别省市：