[發明專利]一種四足機器人腿部關節

有效

• 申請號: 201110230546.2
• 申請日: 2011-08-11
• 公開（公告）號: CN102351018A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發明（設計）人: 馮華山;李慶賀;王潤孝;秦現生;譚小群;李軍;王東勃
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

技術領域

本發明涉及到救生領域和機械領域，具體是一種剛柔結合的四足機器人腿部關節結構。

背景技術

從20世紀80年代起，美國、德國、日本、加拿大、瑞士等國家的科研機構開始研究仿哺乳類動物的步行四足機器人。

在公告號為CN201343082的實用新型專利中公開了“一種四足步行機器人的行走機構”，該機器人在機架的前、后、左、右分別對稱設置一套兩足驅動組件和行走腿，每條腿具有一個在水平面內擺動的自由度和一個在豎直面擺動的自由度。該機器人移動機構只能實現靜態步行，運動速度慢；每條腿只有兩個自由度，運動空間小，越障能力差。

在公開號為CN1483554A公開了“一種可調整的四足仿生機器人運動結構”。頂部基準平板上對稱開有四個分別可供四條腿前后移動的調整槽，四條腿與頂部基準板之間采用吊裝式結構；大腿和小腿分別由各自的驅動裝置帶動沿各自關節軸擺動。該機器人可實現自由行走、對角行走、側步、奔跑等典型步態，具有爬坡、越障能力。但是該機器人每條腿有兩個關節，腿長變化范圍小；采用電機驅動齒輪傳動，行走結束時無法靜止站立，負載能力差。

在公開號為CN101602382A公開了“一種單驅動四足步行機器人”，該機器人前、后安裝有兩根平行配置的轉軸，由一個電機通過傳動元件驅動，每根轉軸的左右兩端分別固定連接曲柄。機器人安裝有四條單腿，每條腿由一個曲柄擺桿機構與交叉平行四邊行串聯鉸接而成，由每根軸段的連接曲柄驅動。該機器人由一個電機驅動即可實現行走，但四條腿之間全部由連桿機械連接，腿之間的運動規律固定，只能在平地面上步行，不具有越障能力，并且只能直行，不能轉向。

在公告號為CN201633803U的實用新型專利中公開了“具有質心調整裝置的液壓驅動四足機器人移動機構”，該機器人包括軀干、移動架、質心調整裝置和四條機器人腿，軀干下部設有四條機器人腿，軀干上部通過質心調整裝置與移動架連接。該機器人具有較大的負重能力，具有復雜的環境適應能力和越障能力；但采用液壓伺服油缸驅動，工作平穩性和響應方面就差好多。

目前，我國對于仿生四足機器人的需求越來越迫切，現存的四足機器人因各種問題難以滿足需要，嚴重影響了實際作業的效果。因此，需要一種減震能力強、越障能力好、負載能力大且在靜止時能保持原有姿態的四足機器人移動結構。

發明內容

為克服現有技術中存在的或者只能實現靜態步行，運動速度慢；或者每條腿只有兩個自由度，運動空間小，越障能力差；或者行走結束時無法靜止站立，負載能力差的不足，本發明提出了一種四足機器人腿部關節。

本發明包括軀干、四個機器人腿、四個髖關節、第一轉動副、第二轉動副、第三轉動副和支架。四個機器人腿均包括大腿和小腿；其中：

第三轉動副分為兩組安裝在軀干內的四個角處，并與髖關節的安裝孔對應。各第三轉動副渦輪軸的軸線與軀干長度方向的中心線平行。第三轉動副電機與第三蝸桿均通過螺釘固定在軀干內。第三蝸輪固裝在蝸輪軸上。第三轉動副電機的輸出軸通過第三聯軸器與第三蝸桿聯接，第三蝸輪套裝在渦輪軸上，并與第三蝸桿嚙合。四個第一轉動副分別安裝在四個髖關節內，通過各第一轉動副將四個髖關節與四個大腿連接，并且各第一轉動副渦輪軸的軸線與軀干長度方向的中心線垂直。

大腿與小腿之間通過第二轉動副連接，第二轉動副渦輪軸的軸線與軀干長度方向的中心線垂直。分布在軀干長度方向中心線同一側的兩個的第二轉動副為一組。同一組中的兩個第二轉動副的渦輪軸平行。兩組第一轉動副中相互對應的兩個渦輪軸初始狀態同軸。

第一轉動副、第二轉動副和第三轉動副均通過獨立電動機驅動。

所述的第一轉動副包括第一轉動副電動機、第一聯軸器和一對相互嚙合的第一蝸輪與第一蝸桿。第一蝸輪和第一蝸桿齒的旋向均為右旋。第一轉動副電動機固定在髖關節內。在蝸輪軸的一側套裝有套環。

所述的第二轉動副包括第二轉動副電動機、第二聯軸器和一對相互嚙合的第二蝸輪與第二蝸桿。第二蝸輪和第二蝸桿齒的旋向均為右旋。第二轉動副電機固定在大腿內。一對支架分別位于第二蝸輪的端面的兩側，并固定在小腿的一端。

所述的第三轉動副包括第三轉動副電動機、第三聯軸器和一對相互嚙合的第三蝸輪與第三蝸桿。第三蝸輪與第三蝸桿齒的旋向均為右旋。第三轉動副電動機的第三蝸輪為大半圓。第三蝸輪的齒分布在大半圓的圓周上。形成第三蝸輪大半圓的平面上分布有四個盲孔，用于將第三蝸輪與髖關節的底板上分布的連接板連接。連接板與髖關節的頂板固連，從而實現蝸輪與髖關節的固連。