雙足機器人足部伸縮裝置變形機構的製作方法

2023-05-23 17:35:19 1

本實用新型涉及機器人技術領域，特別涉及一種雙足機器人足部伸縮裝置變形機構。

背景技術：

近年來，隨著信息技術、自動化控制術、通訊技術等的實用新型，使機器人的自動化、智能化程度越來越高，機器人越來越多的進入人們的日常生活，改變人的生活方式成為可能，設計巧妙的機器人不僅代替人類完成各種作業，並可以在很多方面擴展人類的能力，在各種領域中發揮著重要的作用。

目前，市面上的雙足機器人只能實現行走運動，當其不進行爬樓梯、跨越障礙物運動時，運動十分緩慢，無法在要求速度快和能耗低的環境中快速完成任務。

技術實現要素：

針對上述問題，本實用新型的目的在於提供一種雙足機器人足部伸縮裝置變形機構，以解決雙足機器人只能實現行走運動，當其不進行爬樓梯、跨越障礙物運動時，運動十分緩慢的問題。

為了實現上述目的，本實用新型採用以下技術方案：

一種雙足機器人足部伸縮裝置變形機構，包括安裝在機器人雙足上的兩組伸縮機構及分別與兩組伸縮機構連接的兩組行走機構；

所述伸縮機構包括固定架、伸縮驅動電機和伸縮傳動裝置，所述固定架與機器人的足部連接，所述伸縮驅動電機和伸縮傳動裝置安裝在所述固定架上、且所述伸縮驅動電機的輸出軸與所述伸縮傳動裝置連接；

所述行走機構包括支撐架、行走驅動電機及行走輪，其中支撐架與所述伸縮傳動裝置連接，所述行走驅動電機和行走輪均安裝在支撐架上、且所述行走驅動電機的輸出軸與行走輪連接，所述行走驅動電機可驅動所述行走輪轉動；

所述伸縮機構驅動與其連接的所述行走機構伸縮，從而實現雙足機器人的行走運動和雙輪平衡運動之間的切換。

所述固定架上沿豎直方向設有滑槽，所述支撐架通過滑塊a與所述滑槽滑動連接。

所述伸縮傳動裝置包括凸輪、滾子及推桿，其中凸輪通過轉軸安裝在所述固定架上、且與所述伸縮驅動電機的輸出軸連接，所述凸輪上沿周向設有凹槽，所述推桿與所述支撐架連接，所述推桿上設有滑塊a和滾子，所述滑塊a與所述固定架上的滑槽滑動連接，所述滾子容置於所述凸輪上的凹槽內。

所述伸縮傳動裝置進一步包括單向旋轉制動裝置，所述單向旋轉制動裝置包括棘輪和止動爪，所述棘輪與所述凸輪同軸安裝，所述止動爪的一端鉸接在所述固定架上，另一端與所述棘輪的齒嚙合，所述止動爪限制所述凸輪反向旋轉。

所述伸縮傳動裝置進一步包括蝸杆和蝸輪，其中蝸輪與所述凸輪同軸安裝，所述蝸杆可轉動地安裝在所述固定架上、且與所述蝸輪嚙合，所述蝸杆與所述伸縮驅動電機的輸出軸連接。

所述伸縮傳動裝置包括左右旋絲槓、左旋絲母、右旋絲母、套筒及剪差機構，其中左右旋絲槓可轉動地安裝在所述固定架上、且與所述伸縮驅動電機的輸出軸連接，所述左旋絲母和右旋絲母分別與左右旋絲槓螺紋連接，所述左旋絲母和右旋絲母的外側分別套設有一個套筒，兩個所述套筒與所述剪差機構的上端鉸接，所述剪差機構的下端與所述支撐架鉸接。

所述伸縮傳動裝置包括蝸杆、蝸輪、齒輪及齒條，其中蝸杆和蝸輪可轉動地安裝在所述固定架上、且相互嚙合，所述蝸杆與所述伸縮驅動電機的輸出軸連接，所述齒輪與所述蝸輪同軸安裝，所述齒條的下端與所述支撐架固定連接，上端與所述固定架滑動連接，所述齒條與所述齒輪嚙合。

所述伸縮傳動裝置包括絲槓、絲母及導軌a，其中絲槓與所述固定架可轉動地連接、且與所述伸縮驅動電機的輸出軸連接，所述絲母與絲槓螺紋連接，所述導軌a與所述絲母和所述支撐架固定連接，所述導軌a與所述固定架滑動連接。

所述固定架為中空的圓柱體結構，所述導軌a置於所述固定架內、且與所述固定架的內壁滑動連接。

所述伸縮傳動裝置包括滑塊b、曲柄、連杆及導軌b，其中導軌b沿豎直方向安裝在所述固定架上，所述曲柄的一端與所述伸縮驅動電機的輸出軸連接，另一端與所述連杆的一端連接，所述連杆的另一端與所述滑塊b連接，所述滑塊b安裝在所述支撐架上、且與所述導軌b滑動連接。

本實用新型的優點及有益效果是：本實用新型在雙足機器人足的位置上放置伸縮裝置，該裝置固定在雙足上，通過電機驅動伸縮裝置控制行走輪伸縮運動，使雙足機器人在一定環境下變換成雙輪平衡機器人。實用新型可以充分利用雙足機器人和平衡機器人各自運動的優越性。

附圖說明

圖1為本實用新型中雙足機器人行走狀態的示意圖；

圖2為本實用新型中雙足機器人雙輪平衡運動狀態的示意圖；

圖3為本實用新型實施例一的結構示意圖；

圖4為圖3的俯視圖；

圖5為圖3的左視圖；

圖6為本實用新型實施例一的爆炸視圖；

圖7為本實用新型實施例一中棘輪和凸輪的結構示意圖；

圖8為本實用新型實施例一中輪胎的安裝示意圖；

圖9為本實用新型實施例二的結構示意圖；

圖10為本實用新型實施例二中去除固定架後的結構示意圖；

圖11為圖9的俯視圖；

圖12為圖9的左視圖；

圖13為本實用新型實施例二的爆炸視圖；

圖14為本實用新型實施例三的結構示意圖；

圖15為本實用新型實施例三的局部剖視圖；

圖16為本實用新型實施例三的爆炸圖；

圖17為本實用新型實施例四的結構示意圖；

圖18為本實用新型實施例四的局部剖視圖；

圖19為圖17的俯視圖；

圖20為圖17的左視圖；

圖21為本實用新型實施例四的爆炸圖；

圖22為本實用新型實施例五的結構示意圖；

圖23為圖22的俯視圖；

圖24為圖22的左視圖；

圖25為本實用新型實施例五的爆炸圖；

圖26為本實用新型實施例六的結構示意圖；

圖27為本實用新型實施例六的剖視圖；

圖28為圖26的俯視圖；

圖29為圖26的左視圖；

圖30為本實用新型實施例六的爆炸圖。

圖中：1為伸縮驅動電機，2為棘輪，3為轉軸，4為軸承a，5為凸輪，6為滾子，7為軸承b，8為行走輪，9為行走驅動電機，10為支撐架，11為固定架，12為止動爪，13為蝸杆，14為蝸輪，15為軸承c，16為齒輪，17為齒條，18為軸承d，19為絲槓，20為絲母，21為導軌a，22為滑塊b，23為曲柄，24為連杆，25為導軌b，26為左右旋絲槓，27為左旋絲母，28為左套筒，29為剪差機構，30為右套筒，31為右旋絲母，M為足部，A為滑塊a，B為滑槽，C為凹槽，D為推桿，E為鉸軸，F為導向面，N為齒條背面。

具體實施方式

現有的雙足機器人只能實現行走運動，當其不進行爬樓梯、跨越障礙物運動時，運動十分緩慢，無法在要求速度快和能耗低的環境中快速完成任務。

本實用新型的設計構思是：針對現有的雙足機器人只能實現行走運動，當其不進行爬樓梯、跨越障礙物運動時，運動十分緩慢，無法在要求速度快和能耗低的環境中快速完成任務的問題，本實用新型在雙足機器人足的位置上設置伸縮機構及與伸縮機構連接的行走機構，通過電機驅動伸縮機構，從而控制行走機構進行伸縮運動，使雙足機器人在一定環境下變換成雙輪平衡機器人，該設計可以充分利用雙足機器人和雙輪平衡機器人各自運動的優越性。

為了使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細描述。

如圖1-2所示，本實用新型提供的一種雙足機器人足部伸縮裝置變形機構，包括安裝在機器人雙足上的兩組伸縮機構及分別與兩組伸縮機構連接的兩組行走機構；

所述伸縮機構包括固定架、伸縮驅動電機和伸縮傳動裝置，所述固定架與機器人的足部M固定連接，所述伸縮驅動電機和伸縮傳動裝置安裝在所述固定架上、且所述伸縮驅動電機的輸出軸與所述伸縮傳動裝置連接；

如圖2所示，所述行走機構包括支撐架10、行走驅動電機9及行走輪8，其中支撐架10與所述伸縮傳動裝置連接，行走驅動電機9和行走輪8均安裝在支撐架10上、且所述行走驅動電機的輸出軸與行走8連接，行走驅動電機9可驅動行走輪8轉動；

所述伸縮機構驅動與其連接的所述行走機構伸縮，從而實現雙足機器人的行走運動和雙輪平衡運動之間的切換。

實施例一

如圖3-8所示，本實用新型提供的一種雙足機器人足部伸縮裝置變形機構，包括安裝在機器人雙足上的兩組伸縮機構及分別與兩組伸縮機構連接的兩組行走機構；所述伸縮機構包括固定架11、伸縮驅動電機1和伸縮傳動裝置，固定架11與機器人的足部M固定連接，伸縮驅動電機1和伸縮傳動裝置安裝在固定架11上、且伸縮驅動電機1的輸出軸與所述伸縮傳動裝置連接。

所述行走機構包括支撐架10、行走驅動電機9及行走輪8，其中支撐架10與所述伸縮傳動裝置連接，行走輪8通過軸承b7可轉動地安裝在支撐架10上，行走驅動電機9安裝在支撐架10上、且輸出軸與行走輪8連接，行走驅動電機9可驅動行走輪8轉動。

所述伸縮傳動裝置包括轉軸3、凸輪5、滾子6及推桿D，其中轉軸3通過軸承a4安裝在固定架11上，凸輪5套裝在轉軸3上、且與伸縮驅動電機1的輸出軸連接，凸輪5上沿周向設有凹槽C，推桿D與支撐架10連接，推桿D上設有滑塊aA和滾子6，滑塊aA與固定架11上的滑槽B滑動連接，滾子6容置於凸輪5上的凹槽C內，支撐架10上的推桿D通過滾子6和凸輪5上的凹槽C接觸配合。

本實施例中，固定架11上的滑槽B為燕尾槽。支撐架10上的滑塊aA和固定架11上的燕尾槽相對移動。

所述伸縮傳動裝置進一步包括單向旋轉制動裝置，所述單向旋轉制動裝置包括棘輪2和止動爪12，棘輪2與凸輪5同軸安裝，即套裝在轉軸3上，止動爪12的通過鉸軸E與固定架11可轉動連接，另一端與棘輪2的齒嚙合，止動爪12限制凸輪5反向旋轉。

支撐架10上的滑塊aA和固定架11上的燕尾槽移動配合，止動爪12沿固定架11上的鉸軸E作旋轉運動，止動爪12和棘輪2保持接觸。凸輪5和棘輪2構成的力封閉凸輪機構和棘輪機構，帶動行走輪8上下直線伸縮，棘輪機構具有單向旋轉功能，起到安全保護作用。

本實用新型的工作原理是：

伸縮驅動電機1驅動轉軸3使棘輪2和凸輪5旋轉，支撐架10上的滑塊aA和固定架11上的燕尾槽相對移動，支撐架10上的推桿D、凸輪5和滾子6組成力封閉凸輪機構，帶動行走輪8上下直線運動，雙足機器人足底部離開地面，由兩個行走輪8支撐，實現雙足機器人行走運動和雙輪平衡運動切換，其中行走輪8和地面接觸點在雙足機器人重心鉛錘面上。棘輪機構具有單向旋轉特性，止動爪12可以防止棘輪2反向轉動，起到安全保護作用，即當雙足機器人雙輪著地時，行走輪8傳遞給轉軸3上的反向扭矩不會傳遞給伸縮驅動電機1上，此時伸縮驅動電機1不需要輸出轉矩，節約能量。

本實用新型實施例一相對於現有產品的有益效果及優點是：

現市面上的產品主要集中在雙足機器人和輪式機器人各自結構上，沒有設計相應的結構實現雙足機器人在行走運動和雙輪平衡運動切換。

本實用新型實施例一採用力封閉凸輪和棘輪機構實現伸縮裝置上下直線運動，此機構將伸縮裝置設計在雙足機器人足的位置，使雙足機器人可以實現行走運動和雙輪平衡運動切換，該設計可以充分利用雙足機器人步行運動爬樓梯、跨越障礙物和平衡機器人移動迅速、可以在狹窄空間移動的優越性。該設計利用了棘輪單向旋轉特性，起到安全保護作用。當雙足機器人在行走運動或者雙輪平衡運動時，伸縮驅動電機1不需要輸出力矩，節約能量。

實施例二

如圖9-13所示，所述伸縮傳動裝置包括轉軸3、凸輪5、蝸杆13、蝸輪14、滾子6及推桿D，其中轉軸3通過軸承a4安裝在固定架11上，凸輪5套裝在轉軸3上、且與伸縮驅動電機1的輸出軸連接，凸輪5上沿周向設有凹槽C，推桿D與支撐架10連接，推桿D上設有滑塊aA和滾子6，滑塊aA與固定架11上的滑槽B滑動連接，滾子6容置於凸輪5上的凹槽C內，支撐架10上的推桿D通過滾子6和凸輪5上的凹槽C接觸配合。蝸輪14與凸輪5同軸安裝，蝸杆13通過軸承c15可轉動地安裝在固定架11上、且與蝸輪14嚙合，蝸杆13與伸縮驅動電機1的輸出軸連接。

伸縮驅動電機1驅動由蝸杆13和凸輪5分別構成的蝸輪蝸杆機構和力封閉凸輪機構，帶動行走輪8上下直線伸縮，蝸輪蝸杆機構具有反向自鎖，起到安全保護作用。

本實用新型的工作原理是：

蝸杆13和蝸輪14嚙合，伸縮驅動電機1驅動蝸杆13轉動，使和蝸杆13嚙合的蝸輪14轉動，帶動固定在同一轉軸3上的凸輪5轉動，支撐架10上的推桿D、凸輪5和滾子6組成力封閉凸輪機構，帶動行走輪8上下直線運動，雙足機器人足底部離開地面，由兩個行走輪8支撐，實現雙足機器人行走運動和雙輪平衡運動切換，其中行走輪8和地面接觸點在雙足機器人重心鉛錘面上。蝸輪蝸杆機構有反向自鎖特性，起到安全保護作用，即當雙足機器人雙輪著地時，行走輪8傳遞給蝸杆13上的反向扭矩不會傳遞給伸縮驅動電機1上，此時伸縮驅動電機1不需要輸出轉矩，節約能量。

本實用新型實施例二與現有產品的相比具有以下優點及有益效果：

現市面上的產品主要集中在雙足機器人和輪式機器人各自結構上，沒有設計相應的結構實現雙足機器人在行走運動和雙輪平衡運動切換。

本實用新型實施例二採用力封閉凸輪和蝸輪蝸杆機構實現伸縮裝置上下直線運動，此機構將伸縮裝置設計在雙足機器人足的位置，使雙足機器人可以實現行走運動和雙輪平衡運動切換，該設計可以充分利用雙足機器人步行運動爬樓梯、跨越障礙物和平衡機器人移動迅速、可以在狹窄空間移動的優越性。該設計利用了蝸輪蝸杆反向自鎖特性，起到安全保護作用。當雙足機器人在行走運動或者雙輪平衡運動時，伸縮驅動電機1不需要輸出力矩，節約能量。

實施例三

如圖14-16所示，所述伸縮傳動裝置包括蝸杆13、蝸輪14、齒輪16及齒條17，其中蝸杆13通過軸承c15可轉動地安裝在固定架11上、與伸縮驅動電機1的輸出軸連接，蝸輪14和齒輪16通過轉軸3可轉動地安裝在固定架11上，蝸輪14與蝸杆13嚙合。齒條17的下端與支撐架10固定連接，上端與固定架11滑動連接，齒輪16與齒條17嚙合。

進一步地，固定架上設有導向面F，齒條16的齒條背面N與固定架上的導向面F接觸，可相對滑動。

本實用新型的工作原理是：

伸縮驅動電機1驅動蝸杆13帶動蝸輪14運動，蝸輪14和齒輪16固定在轉軸3上，齒輪16和齒條17嚙合運動。支撐架10固定在齒條17上，帶動行走輪8跟隨齒條17上下直線運動，雙足機器人足底部離開地面，由兩個行走輪8支撐，實現雙足機器人行走運動和雙輪平衡運動切換，其中行走輪8和地面接觸點在雙足機器人重心鉛錘面上。蝸輪14和蝸杆13有反向自鎖特性，蝸輪14不能帶動蝸杆13轉動，起到安全保護作用。

本實用新型實施例三相對於現有產品的優點及有益效果是：

現市面上的產品主要集中在雙足機器人和輪式機器人各自結構上，沒有設計相應的結構實現雙足機器人在行走運動和雙輪平衡運動切換。

本實用新型實施例三採用齒輪齒條機構實現伸縮裝置上下直線伸縮運動，此機構將伸縮裝置設計在雙足機器人足的位置，使雙足機器人可以實現行走運動和雙輪平衡運動切換，該設計可以充分利用雙足機器人步行運動爬樓梯、跨越障礙物和平衡機器人運動迅速、可以在狹窄空間運行等優越性。該設計中蝸輪蝸杆有反向自鎖特性，起到安全保護作用。

實施例四

如圖17-21所示，所述伸縮傳動裝置包括絲槓19、絲母20及導軌a21，其中絲槓19通過軸承d18與固定架11可轉動地連接、且與伸縮驅動電機1的輸出軸連接，絲母20與絲槓19螺紋連接，形成螺紋副。導軌a21與絲母20和支撐架10固定連接，導軌a21與固定架11滑動連接。

進一步地，固定架11為中空的圓柱體結構，導軌a21置於固定架11的中空腔體內、且與固定架11的內壁滑動連接。導軌a21和固定架11內側之間實現上下直線移動。絲槓19為梯形絲槓。

本實用新型的工作原理是：

伸縮驅動電機1驅動絲槓19作旋轉運動，絲槓19帶動絲母20上下移動，使行走輪8上下運動，雙足機器人足底部離開地面，由兩個行走輪8支撐，實現雙足機器人行走運動和雙輪平衡運動切換，其中行走輪和地面接觸點在雙足機器人重心的鉛錘面上。梯形絲槓有一定的自鎖能力，起到安全保護作用，即當雙足機器人雙輪著地時，行走輪8傳遞給絲母20的反向作用力不會驅動梯形絲槓轉動，此時伸縮驅動電機1不需要輸出轉矩，節約能量。

本實用新型實施例四相對於現有產品的優點及有益效果是：

現市面上的產品主要集中在雙足機器人和輪式機器人各自結構上，沒有設計相應的結構實現雙足機器人在行走運動和雙輪平衡運動切換。

本實用新型實施例四採用梯形絲槓機構實現伸縮裝置上下直線伸縮運動，此機構將伸縮裝置設計在雙足機器人足的位置，使雙足機器人可以實現行走運動和雙輪平衡運動切換，該設計可以充分利用雙足機器人步行運動爬樓梯、跨越障礙物和平衡機器人移動迅速、可以在狹窄空間移動的優越性。該設計利用了梯形絲槓的自鎖特性，起到安全保護作用。當雙足機器人在行走運動或者雙輪平衡運動時，伸縮驅動電機1不需要輸出力矩，節約能量。

實施例五

如圖22-25所示，所述伸縮傳動裝置包括滑塊b22、曲柄23、連杆24及導軌b25，其中導軌b25沿豎直方向安裝在固定架11上，曲柄23的一端與伸縮驅動電機1的輸出軸連接，另一端與連杆24的一端連接，連杆24的另一端與滑塊b22連接，滑塊b22安裝在支撐架10上、且與導軌b25滑動連接。

本實用新型的工作原理是：

伸縮驅動電機1驅動曲柄23帶動連杆24轉動，連杆24帶動滑塊22沿導軌25移動，構成曲柄滑塊機構，使行走輪8上下運動，雙足機器人足底部離開地面，由兩個行走輪8支撐，實現雙足機器人行走運動和雙輪平衡運動切換，其中行走輪8和地面接觸點在雙足機器人重心鉛錘面上。曲柄滑塊機構存在死點，起到安全保護作用，即當曲柄23和連杆24共線時，行走輪8傳遞給滑塊22的反向作用力不會驅動曲柄23轉動，此時伸縮驅動電機1不需要輸出轉矩，節約能量。

本實用新型實施例五相對於現有產品的優點及有益效果是：

現市面上的產品主要集中在雙足機器人和輪式機器人各自結構上，沒有設計相應的結構實現雙足機器人在行走運動和雙輪平衡運動切換。

本實用新型實施例五採用曲柄滑塊機構實現伸縮裝置上下直線伸縮運動，此機構將伸縮裝置設計在雙足機器人足的位置，使雙足機器人可以實現行走運動和雙輪平衡運動切換，該設計可以充分利用雙足機器人步行運動爬樓梯、跨越障礙物和平衡機器人移動迅速、可以在狹窄空間移動的優越性。該設計利用了曲柄滑塊機構死點，起到安全保護作用。當雙足機器人在行走運動或者雙輪平衡運動時，伸縮驅動電機1不需要輸出力矩，節約能量。本實用新型結構緊湊，節省空間。

實施例六

如圖26-30所示，所述伸縮傳動裝置包括左右旋絲槓26、左旋絲母27、右旋絲母31、左套筒28、右套筒30及剪差機構29，其中左右旋絲槓26通過軸承c15可轉動地安裝在固定架11上、且與伸縮驅動電機1的輸出軸連接，左旋絲母27和右旋絲母31分別與左右旋絲槓26螺紋連接，左旋絲母27和右旋絲母31的外側分別套設有左套筒28和右套筒30，左套筒28和右套筒30與剪差機構29的上端鉸接，剪差機構29的下端與支撐架10鉸接。

進一步地，固定架11上沿豎直方向設有滑槽B，支撐架10通過滑塊aA與滑槽B滑動連接，本實施例中，滑槽B為燕尾槽。左右旋絲槓26為梯形絲槓。

本實用新型實施例六的工作原理是：

伸縮驅動電機1驅動左右旋絲槓26，使固定在左旋絲母27和右旋絲母31上的左套筒28和右套筒30相對或者相向運動，帶動剪差機構29伸縮運動，剪差機構29帶動行走輪8上下直線運動，雙足機器人足底部離開地面，由兩個行走輪8支撐，實現雙足機器人行走運動和雙輪平衡運動切換，其中行走輪和地面接觸點在雙足機器人重心鉛錘面上。梯形絲槓有一定的自鎖能力，起到安全保護作用，即當雙足機器人雙輪著地時，行走輪8傳遞給左、右旋絲母的反向作用力不會驅動左右旋形絲槓26轉動，此時伸縮驅動電機1不需要輸出轉矩，節約能量。

本實用新型相對於現有產品的優點及有益效果是：

現市面上的產品主要集中在雙足機器人和輪式機器人各自結構上，沒有設計相應的結構實現雙足機器人在行走運動和雙輪平衡運動切換。

本實用新型實施例六採用左右旋梯形絲槓機構實現伸縮裝置上下直線伸縮運動，此機構將伸縮裝置設計在雙足機器人足的位置，使雙足機器人可以實現行走運動和雙輪平衡運動切換，該設計可以充分利用雙足機器人步行運動爬樓梯、跨越障礙物和平衡機器人移動迅速、可以在狹窄空間移動的優越性。該設計利用了梯形絲槓的自鎖特性，起到安全保護作用。當雙足機器人在行走運動或者雙輪平衡運動時，伸縮驅動電機1不需要輸出力矩，節約能量。

以上所述僅為本實用新型的實施方式，並非用於限定本實用新型的保護範圍。凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進、擴展等，均包含在本實用新型的保護範圍內。