機(jī)器人行走裝置的制作方法

家庭服務(wù)型仿人機(jī)器人開(kāi)始進(jìn)入人們的日常生活。仿人機(jī)器人都具有行走機(jī)構(gòu)，機(jī)器人行走裝置以輪式、履帶式和雙足步行式為常見(jiàn)，不同的行走模式適應(yīng)不同的使用環(huán)境。中國(guó)申請(qǐng)?zhí)柺?01510352997.1的發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)的一種仿人機(jī)器人行走裝置，包括腰部總成，大腿總成，小腿總成，腳掌總成四個(gè)部分，腰部總成與大腿總成連接部位作為髖關(guān)節(jié)，大腿總成與小腿總成連接部位作為膝關(guān)節(jié)，小腿總成與腳掌總成連接部位作為踝關(guān)節(jié)，每個(gè)關(guān)節(jié)具有一個(gè)自由度，各部位同時(shí)運(yùn)動(dòng)，完成機(jī)器人前后行走動(dòng)作。上述機(jī)器人具備雙足行走這一種模式，越障性能良好，但在平地行走時(shí)不具備輪式行走的能效高、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、速度快等優(yōu)點(diǎn)，而且上述仿人機(jī)器人的每個(gè)關(guān)節(jié)只有一個(gè)自由度，行動(dòng)欠靈活。

中國(guó)申請(qǐng)?zhí)柺?01510187777.8的發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)的輪足轉(zhuǎn)換式移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng), 將四個(gè)輪足轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)安裝在車(chē)體框架上從而形成輪足轉(zhuǎn)換式移動(dòng)機(jī)器人。輪足轉(zhuǎn)換式移動(dòng)機(jī)器人可以四輪滾動(dòng)，可以像四足動(dòng)物一樣在不平整地面上平穩(wěn)爬行，其輪足轉(zhuǎn)換較復(fù)雜，而且不適合在家庭服務(wù)型機(jī)器人上使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作靈活且具有三種移動(dòng)模式的機(jī)器人行走裝置。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：一種機(jī)器人行走裝置，包括腰部總成、兩個(gè)大腿部、兩個(gè)小腿部和兩個(gè)腳部總成，所述腰部總成具有腰部主架、兩髖部扭轉(zhuǎn)支架和兩髖部偏擺支架，大腿部具有大腿支架，小腿部具有小腿支架；兩髖部扭轉(zhuǎn)支架分別固定在腰部主架底面的左、右側(cè)，兩髖部扭轉(zhuǎn)支架各在扭轉(zhuǎn)電機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)下作繞上下向軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)，兩髖部偏擺支架分別鉸接在兩髖部扭轉(zhuǎn)支架的下部，兩髖部偏擺支架各在偏擺電機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)下作繞前后向軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)；兩大腿支架的上端各與兩髖部偏擺支架的前側(cè)鉸接，兩大腿支架的下端各與一所述小腿支架的上端后側(cè)鉸接，每髖部偏擺支架的后側(cè)與對(duì)應(yīng)大腿支架的中偏下部位之間鉸接有髖關(guān)節(jié)俯仰電動(dòng)推桿，每髖部偏擺支架的前側(cè)與小腿支架的上端前側(cè)之間鉸接有膝關(guān)節(jié)俯仰電動(dòng)推桿；所述腳部總成具有主動(dòng)輪組件和步行組件，主動(dòng)輪組件連接在小腿支架的底部，步行組件連接在主動(dòng)輪組件上。

所述小腿支架底部的四個(gè)角上各設(shè)有導(dǎo)向桿。

所述主動(dòng)輪組件包括左右向的主動(dòng)輪軸、固定在主動(dòng)輪軸上的主動(dòng)輪、支撐主動(dòng)輪軸的滑動(dòng)輪架和驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪軸旋轉(zhuǎn)的主動(dòng)輪電機(jī)，所述滑動(dòng)輪架處于小腿支架的四根導(dǎo)向桿之間，滑動(dòng)輪架的頂部與小腿支架的底部之間連接有減震器。

所述步行組件具有框形底架，底架上且在前端鉸接有一對(duì)前后向的連桿，每一連桿的后端與底架的后端之間鉸接有氣彈簧，連桿通過(guò)后端的鉸接孔、氣彈簧通過(guò)前端的鉸接孔均動(dòng)配合套在主動(dòng)輪軸上。

每膝關(guān)節(jié)俯仰電動(dòng)推桿的下端與小腿支架的上端前側(cè)之間由第二銷軸鉸接，每第二銷軸的左右兩端各鉸接有被動(dòng)輪，兩被動(dòng)輪組成一對(duì)。

所述髖部扭轉(zhuǎn)支架與髖部偏擺支架之間由第一銷軸連接，第一銷軸的中部置于髖部偏擺支架的銷軸孔中且為緊配合，第一銷軸的前、后端分別置于髖部扭轉(zhuǎn)支架的前、后銷軸孔中且為動(dòng)配合，第一銷軸前端的頭部伸出髖部扭轉(zhuǎn)支架。

所述扭轉(zhuǎn)電機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由扭轉(zhuǎn)電機(jī)和第一同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，扭轉(zhuǎn)電機(jī)固定在腰部主架的底面上，扭轉(zhuǎn)電機(jī)的輸出軸和髖部扭轉(zhuǎn)支架頂部的固定軸均向上插入腰部主架的內(nèi)腔中，第一同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的主、被動(dòng)同步帶輪分別固定在扭轉(zhuǎn)電機(jī)的輸出軸和固定軸上。

所述偏擺電機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由偏擺電機(jī)和第二同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，偏擺電機(jī)固定在髖部扭轉(zhuǎn)支架上，偏擺電機(jī)的輸出軸向前伸出髖部偏擺支架，第二同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的主、被動(dòng)同步帶輪分別固定在偏擺電機(jī)的輸出軸和第一銷軸的頭部上。

所述髖關(guān)節(jié)俯仰電動(dòng)推桿的推桿的一端鉸接在大腿支架上。

所述膝關(guān)節(jié)俯仰電動(dòng)推桿的推桿的一端鉸接在偏擺支架上。

本發(fā)明具有如下積極效果：1.本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所采用的零件少，為裝配、維修都提供方便。2.本發(fā)明的髖關(guān)節(jié)具有三個(gè)自由度，能前后扭轉(zhuǎn)、左右偏擺和前后俯仰；膝關(guān)節(jié)具有一個(gè)自由度，能前后俯仰；踝關(guān)節(jié)具有二個(gè)自由度，所以動(dòng)作靈活。2.本發(fā)明具有三種移動(dòng)模式，即雙輪行走模式、雙足行走模式和四輪行走模式，本發(fā)明在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中，可以通過(guò)選用不同的行走模式來(lái)最大限度提高機(jī)器人的環(huán)境適應(yīng)能力、移動(dòng)能力和工作能力。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的整體視圖。

圖2相當(dāng)髖關(guān)節(jié)的連接圖。

圖3是圖2的俯視圖。

圖4是圖3的A-A的剖視圖。

圖5是髖部扭轉(zhuǎn)支架的視圖。

圖6是髖部偏擺支架的視圖。

圖7是大腿支架的視圖。

圖8是大腿支架和髖關(guān)節(jié)俯仰電動(dòng)推桿的連接視圖。

圖9是小腿支架的視圖。

圖10是主動(dòng)輪組件的視圖。

圖11是步行組件的視圖。

圖12是雙足行走模式的視圖。

圖13是雙輪行走模式的視圖。

圖14是四輪行走模式的視圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

見(jiàn)圖1至圖11，本實(shí)施例包括腰部總成、兩個(gè)大腿部、兩個(gè)小腿部和兩個(gè)腳部總成。腰部總成具有腰部主架1、兩髖部扭轉(zhuǎn)支架4（見(jiàn)圖5）和兩髖部偏擺支架5（見(jiàn)圖6）。大腿部具有大腿支架7，小腿部具有小腿支架10。兩髖部扭轉(zhuǎn)支架4分別固定在腰部主架1底面上且處于左、右側(cè)，髖部扭轉(zhuǎn)支架4具有頂板和前、后壁，頂板上具有為一體的固定軸4-1，前壁上設(shè)有前銷軸孔4-a和電機(jī)軸孔4-b，后壁上設(shè)有后銷軸孔4-c。髖部偏擺支架5的上部為圓弧形，且上部具有貫通前后的銷軸孔5-a，下部的前后側(cè)各設(shè)有左右對(duì)中的鉸接槽5-d。所述髖部扭轉(zhuǎn)支架4與髖部偏擺支架5之間由第一銷軸14連接，第一銷軸14的中部置于髖部偏擺支架5的銷軸孔5-a中且為緊配合，第一銷軸14的前、后端分別置于髖部扭轉(zhuǎn)支架4的前銷軸孔4-a和后銷軸孔4-b 中且為動(dòng)配合，第一銷軸14的前端頭部14-1伸出髖部扭轉(zhuǎn)支架4的前壁。

兩髖部扭轉(zhuǎn)支架4各由扭轉(zhuǎn)電機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2驅(qū)動(dòng)，扭轉(zhuǎn)電機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2具有扭轉(zhuǎn)電機(jī)2-1和第一同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，扭轉(zhuǎn)電機(jī)2-1固定在腰部主架1的底面上，扭轉(zhuǎn)電機(jī)2-1的輸出軸和髖部扭轉(zhuǎn)支架4頂部的固定軸4-1均向上插入腰部主架1內(nèi)腔中，第一同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的主、被動(dòng)同步帶輪2-2、2-3分別固定在扭轉(zhuǎn)電機(jī)2-1的輸出軸和固定軸4-1上。扭轉(zhuǎn)電機(jī)2-1旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)髖部扭轉(zhuǎn)支架4作繞上下向軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)。

兩髖部偏擺支架5各由偏擺電機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3驅(qū)動(dòng)，偏擺電機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3具有偏擺電機(jī)3-1和第二同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，偏擺電機(jī)3-1固定在髖部扭轉(zhuǎn)支架4上，偏擺電機(jī)3-1的輸出軸向前伸出髖部偏擺支架5的前壁，第二同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的主、被動(dòng)同步帶輪3-2、3-3分別固定在偏擺電機(jī)3-1的輸出軸和第一銷軸14的頭部14-1上。偏擺電機(jī)3-1旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)髖部偏擺支架5作繞前后向軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)。

大腿支架7為一對(duì)夾板7-1。小腿支架10底部的四個(gè)角上各設(shè)有導(dǎo)向桿10-1。

兩髖部偏擺支架5的前側(cè)各插入對(duì)應(yīng)大腿支架7的一對(duì)夾板7-1的上端之間，通過(guò)銷軸將大腿支架7的上端與髖部偏擺支架5的前側(cè)鉸接。

兩小腿支架10的上端后側(cè)各插入對(duì)應(yīng)大腿支架7一對(duì)夾板7-1的下端之間，通過(guò)銷軸將大腿支架7的下端和小腿支架10的上端后側(cè)鉸接。

每髖部偏擺支架5的后側(cè)與大腿支架7的中偏下部位之間設(shè)有髖關(guān)節(jié)俯仰電動(dòng)推桿6。髖關(guān)節(jié)俯仰電動(dòng)推桿6的推桿6-1的一端向下，髖關(guān)節(jié)俯仰電動(dòng)推桿6的上端插入髖部偏擺支架5后側(cè)的鉸接槽5-d中，并通過(guò)銷軸將髖關(guān)節(jié)俯仰電動(dòng)推桿6的上端鉸接在髖部偏擺支架5的后側(cè)。髖關(guān)節(jié)俯仰電動(dòng)推桿6的下端即推桿6-1端通過(guò)第三銷軸16鉸接在大腿支架7的一對(duì)夾板7-1的中部下部位之間（見(jiàn)圖8）。

每髖部偏擺支架5的前側(cè)與小腿支架10的上端前側(cè)之間設(shè)有膝關(guān)節(jié)俯仰電動(dòng)推桿8。膝關(guān)節(jié)俯仰電動(dòng)推桿8的推桿8-1的一端向上，膝關(guān)節(jié)俯仰電動(dòng)推桿8的上端即推桿8-1的一端插入髖部偏擺支架5前側(cè)的鉸接槽5-d中，并通過(guò)銷軸鉸接在髖部偏擺支架5的前側(cè)，膝關(guān)節(jié)俯仰電動(dòng)推桿8的下端插入小腿支架10的上端前側(cè)的左右對(duì)中槽10-d中，并通過(guò)第二銷軸15鉸接在小腿支架10的上端前側(cè)。

每第二銷軸15的左右兩端各鉸接有被動(dòng)輪9，兩被動(dòng)輪9組成一對(duì)。

所述腳部總成具有主動(dòng)輪組件12和步行組件13。

所述主動(dòng)輪組件12包括左右向的主動(dòng)輪軸12-1、固定在主動(dòng)輪軸12-1上的主動(dòng)輪12-3、支撐主動(dòng)輪軸12-1的滑動(dòng)輪架12-3和驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪軸12-1旋轉(zhuǎn)的主動(dòng)輪電機(jī)12-2，所述滑動(dòng)輪架12-3處于小腿支架10的四根導(dǎo)向桿10-1之間，滑動(dòng)輪架12-3的頂部與小腿支架10的底部之間連接有減震器11，主動(dòng)輪組件12通過(guò)減震器11與小腿支架10連接，使滑動(dòng)輪架12-3能沿導(dǎo)向桿上下滑動(dòng)。本實(shí)施例的減震器11采用彈簧，滑動(dòng)輪架12-3的頂部上固定有定位桿12-5，彈簧套在定位桿12-5上，彈簧的上端固定在小腿支架10的底部，彈簧的下端固定在滑動(dòng)輪架12-3的頂部。

所述步行組件13具有框形底架13-1，底架13-1上且在前端鉸接有一對(duì)前后向的連桿13-2，每一連桿13-2的后端與底架13-1的后端之間鉸接有氣彈簧13-3，連桿13-2通過(guò)后端的鉸接孔13-2-a、氣彈簧13-3通過(guò)前端的鉸接孔13-3-a均動(dòng)配合套在主動(dòng)輪軸12-1上，使步行組件13連接在主動(dòng)輪組件12上。主動(dòng)輪組件12和步行組件13的調(diào)換很方便，只要扳動(dòng)步行組件13的底架13-1，連桿13-2轉(zhuǎn)動(dòng)，氣彈簧13-3伸縮，就能實(shí)現(xiàn)步行組件13的打開(kāi)和收攏，打開(kāi)即為使用狀態(tài)。

圖12至圖14分別是雙足行走、雙輪行走和模式四輪行走模式的視圖。雙輪行走模式和四輪行走模式都適用于平坦的結(jié)構(gòu)化環(huán)境，四輪行走模式更穩(wěn)定，且負(fù)載能力強(qiáng)，雙足行走模式適應(yīng)于不平整的、有障礙物的地面，環(huán)境適應(yīng)性較好。在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中，可以選用不同的行走模式。

當(dāng)啟用雙輪或四輪滾動(dòng)行走模式，兩腳部總成上的主動(dòng)輪電機(jī)12-2同時(shí)正或反轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)速一樣時(shí)，機(jī)器人實(shí)現(xiàn)前進(jìn)或后退，當(dāng)腳部的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)向相反時(shí)，機(jī)器人實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。雙足行走模式的控制較復(fù)雜，通過(guò)控制扭轉(zhuǎn)電機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2、偏擺電機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3、髖關(guān)節(jié)俯仰電動(dòng)推桿6、膝關(guān)節(jié)俯仰電動(dòng)推桿8的協(xié)同運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)模仿人類的行走運(yùn)動(dòng)。