本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種含有直線關(guān)節(jié)的四足機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

自然界中的很多動(dòng)物，尤其是四足哺乳動(dòng)物，不僅可以在這些復(fù)雜地形環(huán)境下快速行走，而且具有較大的負(fù)重能力。因此，人類一直在努力研制各式各樣的四足仿生機(jī)器人。

目前比較出名的四足機(jī)器人有美國(guó)波士頓動(dòng)力公司的“BigDog”、“LS3”、“WildCat”等，意大利利技術(shù)研究院的“HyQ”，美國(guó)麻省理工學(xué)院的“Cheetah”等。中國(guó)專利文獻(xiàn)CN 103465991A公開了一種簡(jiǎn)易型四足機(jī)器人，其特點(diǎn)在于機(jī)器人的每條腿上設(shè)置一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通過結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化來降低制造成本。中國(guó)專利文獻(xiàn)CN103407514A公布了一種四足仿生機(jī)器人腿，該腿含有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。中國(guó)專利文獻(xiàn)CN103448828A公布了一種四足仿生機(jī)器人腿機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)包含有肩關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)等旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。

上述產(chǎn)品與發(fā)明所設(shè)計(jì)的四足機(jī)器人基本都模擬了四足哺乳的腿部結(jié)構(gòu)，現(xiàn)今四足機(jī)器人的腿部往往采用“肘”、“膝”式結(jié)構(gòu)，該種方式在結(jié)構(gòu)上具有一定的仿生性，該種結(jié)構(gòu)方式導(dǎo)致的結(jié)果為四足機(jī)器人在行走時(shí)支撐腿都有一定的屈膝動(dòng)作，仿佛四足動(dòng)物以匍匐前進(jìn)的方式行走，這種行走方式會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人在行走或站立式時(shí)關(guān)節(jié)作動(dòng)器都需要持續(xù)輸出較大扭力來維持機(jī)體姿態(tài)，因而較動(dòng)物行走時(shí)支撐腿主要靠腿部骨骼提供支撐力的直腿行走方式要耗費(fèi)更大的能量?，F(xiàn)有的四足機(jī)器人的腿部均會(huì)進(jìn)行屈膝動(dòng)作，在行走時(shí)不僅需要控制四條腿的交替邁腿動(dòng)作，還需要配合控制每條腿的膝關(guān)節(jié)處屈膝動(dòng)作，單條腿的屈膝動(dòng)作時(shí)間與邁腿需要很好的配合，四條腿之間的屈膝動(dòng)作時(shí)間也要滿足一定的配合關(guān)系，才能實(shí)現(xiàn)四足機(jī)器人的正常行走，因而這樣的四足機(jī)器人在行走時(shí)對(duì)控制的精度要求以及各部件的配合要求更高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種含有直線關(guān)節(jié)的四足機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，將行走機(jī)構(gòu)的腿部設(shè)置直線關(guān)節(jié)，直接控制直線關(guān)節(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)即可實(shí)現(xiàn)邁步行走，腿部之間無需控制屈膝，只需對(duì)邁腿動(dòng)作配合控制即可實(shí)現(xiàn)四足步態(tài)行走。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種含有直線關(guān)節(jié)的四足機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，包括機(jī)器人軀干部分，所述機(jī)器人軀干部分兩側(cè)設(shè)置兩對(duì)腿部機(jī)構(gòu)，每一對(duì)腿部機(jī)構(gòu)沿機(jī)器人軀干部分對(duì)稱設(shè)置，腿部機(jī)構(gòu)通過髖關(guān)節(jié)與機(jī)器人軀干部分連接，腿部機(jī)構(gòu)底部與足部機(jī)構(gòu)連接；所述腿部機(jī)構(gòu)包括腿部本體，所述腿部本體內(nèi)配合設(shè)置直線關(guān)節(jié)，所述直線關(guān)節(jié)包括主動(dòng)部和從動(dòng)部，所述從動(dòng)部通過連接件與橫向旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置連接，所述主動(dòng)部運(yùn)作帶動(dòng)從動(dòng)部上下直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)而使腿部本體上下移動(dòng)抬腿，橫向旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)腿部本體前后向擺動(dòng)，每一對(duì)腿部機(jī)構(gòu)的橫向旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置交替運(yùn)轉(zhuǎn)且同側(cè)的兩個(gè)腿部機(jī)構(gòu)的橫向旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置交替運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)腿部本體實(shí)現(xiàn)四足步態(tài)行走。

所述主動(dòng)部為絲杠，所述從動(dòng)部為帶絲孔的滑塊。

優(yōu)選的，所述滑塊還通過直線軸承與直線導(dǎo)軌相配合，直線導(dǎo)軌與絲杠相互平行。

所述絲杠和直線導(dǎo)軌均固定于支撐架上，所述支撐架與腿部本體的外殼固定連接。

優(yōu)選的，所述直線導(dǎo)軌設(shè)置兩條，兩條直線導(dǎo)軌與絲杠相互配合呈等腰三角形。

或者，所述主動(dòng)部為齒輪，所述從動(dòng)部為齒條。

或者，所述主動(dòng)部為液壓元件，所述從動(dòng)部為滑座。

所述髖關(guān)節(jié)包括與機(jī)器人軀干部分固定連接的縱向旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置，所述縱向旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置通過連桿與橫向旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置連接，縱向旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)腿部本體側(cè)向擺動(dòng)。

所述機(jī)器人軀干部分包括通過第一連接桿連接的第一連接塊和第二連接塊，所述第一連接塊兩側(cè)與第一對(duì)腿部機(jī)構(gòu)的髖關(guān)節(jié)相固定，所述第二連接塊兩側(cè)與第二對(duì)腿部機(jī)構(gòu)的髖關(guān)節(jié)相固定。

所述第一連接塊上部設(shè)置第一連接板，所述第二連接塊上部設(shè)置第二連接板，所述第一連接板和第二連接板之間通過第二連接桿相連接。

所述第一連接桿和第二連接桿中部連接有加強(qiáng)板。

所述足部機(jī)構(gòu)固定于腿部本體底部，所述足部機(jī)構(gòu)底部包覆耐磨材料件。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明的四足機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，在機(jī)器人軀干部分兩側(cè)分別設(shè)置一對(duì)腿部機(jī)構(gòu)，每一腿部機(jī)構(gòu)內(nèi)設(shè)置直線關(guān)節(jié)，直線關(guān)節(jié)運(yùn)作帶動(dòng)腿部機(jī)構(gòu)上下移動(dòng)實(shí)現(xiàn)抬腿，通過控制每一對(duì)腿部機(jī)構(gòu)的橫向旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置交替運(yùn)轉(zhuǎn)且同側(cè)的兩個(gè)腿部機(jī)構(gòu)的橫向旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置交替運(yùn)轉(zhuǎn)，與直線關(guān)節(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)配合，實(shí)現(xiàn)四足步態(tài)行走。行走過程只有抬腿邁腿動(dòng)作，無需屈膝，消耗能量更少，故障率降低，同時(shí)對(duì)于行走過程的控制和配合要求降低，提升了行走速度。

本發(fā)明中在機(jī)器人軀干部分上連接縱向旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置，縱向旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置帶動(dòng)腿部本體側(cè)向擺動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)左右移動(dòng)。

本發(fā)明的機(jī)器人軀干部分設(shè)置各連接桿和連接塊，使整個(gè)機(jī)構(gòu)的穩(wěn)固性和整體性增強(qiáng)，可以更可靠的實(shí)現(xiàn)機(jī)器人行走，同時(shí)在機(jī)器人軀干部分上部可以負(fù)重，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸功能。

本發(fā)明的足部機(jī)構(gòu)設(shè)置包覆耐磨材料件，可提升足部機(jī)構(gòu)的耐磨性，延長(zhǎng)足部機(jī)構(gòu)的使用時(shí)間。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的四足機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)整體示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的四足機(jī)器人腿部機(jī)構(gòu)拆分示意圖；

圖中，1機(jī)器人軀干部分，2腿部機(jī)構(gòu)，3足部機(jī)構(gòu)，4側(cè)向旋轉(zhuǎn)電機(jī)，5連桿，6前后向旋轉(zhuǎn)電機(jī)，7連接件，8滑塊，9直線軸承，10減速電機(jī)，11外殼，12支撐架，13直線導(dǎo)軌，14絲杠，15第一連接桿，16第一連接塊，17第二連接塊，18第一連接板，19第二連接板，20第二連接桿，21加強(qiáng)板，22髖關(guān)節(jié)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

如圖1-圖2所示，一種四足步行機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，包括機(jī)器人軀干部分1、腿部機(jī)構(gòu)2和足部機(jī)構(gòu)3。

機(jī)器人軀干部分1用于連接機(jī)器人的四條腿部機(jī)構(gòu)2，同時(shí)還安裝有機(jī)器人的控制系統(tǒng)及動(dòng)力系統(tǒng)。在需要負(fù)重時(shí)也可將重物置于機(jī)器人軀干部分1得平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)四足機(jī)器人的運(yùn)輸功能。

機(jī)器人軀干部分1包括通過第一連接桿15連接的第一連接塊16和第二連接塊17，第一連接塊16兩側(cè)與第一對(duì)腿部機(jī)構(gòu)2的髖關(guān)節(jié)22相固定，第二連接塊17兩側(cè)與第二對(duì)腿部機(jī)構(gòu)2的髖關(guān)節(jié)22相固定。第一連接塊16上部設(shè)置第一連接板18，第二連接塊16上部設(shè)置第二連接板19，第一連接板18和第二連接板19之間通過第二連接桿20相連接。第一連接桿15和第二連接桿20中部連接有加強(qiáng)板21。機(jī)器人軀干部分設(shè)置各連接桿和連接塊，使整個(gè)機(jī)構(gòu)的穩(wěn)固性和整體性增強(qiáng)，可以更可靠的實(shí)現(xiàn)機(jī)器人行走。

機(jī)器人軀干部分1左右兩側(cè)設(shè)置兩對(duì)腿部機(jī)構(gòu)2(即機(jī)器人軀干部分1兩側(cè)均設(shè)置前腿機(jī)構(gòu)和后腿機(jī)構(gòu)，兩個(gè)前腿機(jī)構(gòu)為一對(duì)腿部機(jī)構(gòu)，兩個(gè)后腿機(jī)構(gòu)為一對(duì)腿部機(jī)構(gòu))，每一對(duì)腿部機(jī)構(gòu)2沿機(jī)器人軀干部分1左右對(duì)稱設(shè)置，腿部機(jī)構(gòu)2通過髖關(guān)節(jié)22與機(jī)器人軀干部分1連接，腿部機(jī)構(gòu)2底部與足部機(jī)構(gòu)3連接，髖關(guān)節(jié)22通過兩套減速電機(jī)帶動(dòng)腿部2做相對(duì)于身體前后方向及側(cè)方向的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。髖關(guān)節(jié)22包括與機(jī)器人軀干部分1固定連接的縱向旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置(即側(cè)向旋轉(zhuǎn)電機(jī)4)，前后向旋轉(zhuǎn)電機(jī)6與通過連桿5與側(cè)向旋轉(zhuǎn)電機(jī)4連接，側(cè)向旋轉(zhuǎn)電機(jī)4運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)腿部本體側(cè)向擺動(dòng)。其中側(cè)向旋轉(zhuǎn)電機(jī)4機(jī)體與機(jī)器人軀干部分1固連，其旋轉(zhuǎn)軸通過連桿5與前后向旋轉(zhuǎn)電機(jī)6機(jī)體相連。前后向旋轉(zhuǎn)電機(jī)6的輸出軸則通過連接件7與腿部直線關(guān)節(jié)滑塊8相連。

腿部機(jī)構(gòu)2包括腿部本體，腿部本體內(nèi)配合設(shè)置直線關(guān)節(jié)，直線關(guān)節(jié)包括主動(dòng)部和從動(dòng)部，從動(dòng)部通過連接件7與橫向旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置(即前后向旋轉(zhuǎn)電機(jī)6)連接，主動(dòng)部運(yùn)作帶動(dòng)從動(dòng)部上下直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)而使腿部本體上下移動(dòng)抬腿，前后向旋轉(zhuǎn)電機(jī)6運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)腿部本體前后向擺動(dòng)，每一對(duì)腿部機(jī)構(gòu)的前后向旋轉(zhuǎn)電機(jī)6交替運(yùn)轉(zhuǎn)且同側(cè)(即同左側(cè)或同右側(cè))的兩個(gè)腿部機(jī)構(gòu)的前后向旋轉(zhuǎn)電機(jī)6交替運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)腿部本體實(shí)現(xiàn)四足步態(tài)行走。

主動(dòng)部可以為絲杠，從動(dòng)部為帶絲孔的滑塊。

或者，主動(dòng)部可以為齒輪，從動(dòng)部為齒條。

或者，主動(dòng)部可以為液壓元件，從動(dòng)部為滑座。

本實(shí)施例中以絲杠和滑塊為例進(jìn)行描述，如圖2所示，腿部機(jī)構(gòu)2由調(diào)節(jié)機(jī)器人腿運(yùn)動(dòng)的直線關(guān)節(jié)組成。

直線關(guān)節(jié)包含減速電機(jī)10、兩根直線導(dǎo)軌13、直線軸承9、絲杠14、滑塊8、支撐架12與外殼11，其中減速電機(jī)10、直線導(dǎo)軌13與絲杠14固定在支撐架12上?；瑝K8與直線軸承9固連，直線軸承9穿過直線導(dǎo)軌13，滑塊8絲孔則與絲杠14配合。直線關(guān)節(jié)減速電機(jī)10輸出軸與絲杠14相連，帶動(dòng)絲杠14做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。兩根直線導(dǎo)軌13與絲杠14平行安裝，其安裝端面呈等腰三角形。支撐架12通過螺絲與外殼11相連。在減速電機(jī)10運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，絲杠14帶動(dòng)滑塊8上下移動(dòng)，由滑塊8通過前后向旋轉(zhuǎn)電機(jī)6、連桿5、側(cè)向旋轉(zhuǎn)電機(jī)4與機(jī)器人軀干部分1固定，由于機(jī)器人腿部重量更輕，該機(jī)器人腿與機(jī)器人軀干部分連接后，機(jī)器人軀干部分重量更大，機(jī)器人軀干部分不動(dòng)，從而使得腿部本體上下移動(dòng)實(shí)現(xiàn)抬腿動(dòng)作。

足部機(jī)構(gòu)3安裝在腿部本體底部外殼11上，足部機(jī)構(gòu)3底部包覆耐磨材料件，可以通過在足部機(jī)構(gòu)外表面注塑一層耐磨的聚氨酯材料來達(dá)到耐磨效果。

本發(fā)明機(jī)器人腿的運(yùn)作過程為：

每一腿部機(jī)構(gòu)的側(cè)向旋轉(zhuǎn)電機(jī)4運(yùn)轉(zhuǎn)，通過連桿5、前后向旋轉(zhuǎn)電機(jī)6、連接件7傳遞到腿部機(jī)構(gòu)2，帶動(dòng)腿部機(jī)構(gòu)2相對(duì)于身體側(cè)向擺動(dòng)，完成左右移動(dòng)；每一腿部機(jī)構(gòu)的前后向旋轉(zhuǎn)電機(jī)6運(yùn)轉(zhuǎn)，通過連接件7傳遞到腿部機(jī)構(gòu)2，帶動(dòng)腿部機(jī)構(gòu)2相對(duì)于身體前后向擺動(dòng)，完成邁腿動(dòng)作；每一腿部機(jī)構(gòu)的減速電機(jī)10運(yùn)轉(zhuǎn)，通過絲杠14傳遞給腿部直線關(guān)節(jié)滑塊8，帶動(dòng)腿部直線關(guān)節(jié)滑塊8上下運(yùn)動(dòng)，由機(jī)器人軀干部分不動(dòng)，從而使得腿部本體實(shí)現(xiàn)上下移動(dòng)完成抬腿動(dòng)作?？刂葡到y(tǒng)控制前后向旋轉(zhuǎn)電機(jī)6、減速電機(jī)10運(yùn)轉(zhuǎn)，使機(jī)器人完成單腿邁腿行走，每一對(duì)腿部機(jī)構(gòu)2的前后向旋轉(zhuǎn)電機(jī)6交替運(yùn)轉(zhuǎn)且同側(cè)的兩個(gè)腿部機(jī)構(gòu)2的前后向旋轉(zhuǎn)電機(jī)6交替運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)腿部本體實(shí)現(xiàn)四足步態(tài)行走。

本發(fā)明的行走機(jī)構(gòu)行走時(shí)，控制系統(tǒng)控制位于機(jī)器人軀干部分同一側(cè)(同左側(cè)或同右側(cè))的腿部機(jī)構(gòu)的前后向旋轉(zhuǎn)電機(jī)6、減速電機(jī)10交替運(yùn)轉(zhuǎn)，每一對(duì)腿部機(jī)構(gòu)的前后向旋轉(zhuǎn)電機(jī)6、減速電機(jī)10交替運(yùn)轉(zhuǎn)，即實(shí)現(xiàn)左側(cè)前腿機(jī)構(gòu)與右側(cè)后腿機(jī)構(gòu)同時(shí)邁腿，左側(cè)后腿機(jī)構(gòu)和右側(cè)前腿機(jī)構(gòu)同時(shí)邁腿，且這兩組邁腿交替進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)機(jī)器人向前行走?？刂葡到y(tǒng)控制位于機(jī)器人軀干部分兩側(cè)的腿部機(jī)構(gòu)的側(cè)向旋轉(zhuǎn)電機(jī)4交替運(yùn)轉(zhuǎn)(同側(cè)的側(cè)向旋轉(zhuǎn)電機(jī)4同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn))，即先控制位于一側(cè)的側(cè)向旋轉(zhuǎn)電機(jī)4運(yùn)轉(zhuǎn)，再控制另一側(cè)的側(cè)向旋轉(zhuǎn)電機(jī)4運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人左右移動(dòng)行走。

本發(fā)明具有機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于維護(hù)，能量消耗低及負(fù)重能力強(qiáng)的特點(diǎn).

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。