机器人行走机构及具有其的机器人的制作方法

1.本实用新型涉及机器人技术领域，具体而言，涉及一种机器人行走机构及具有其的机器人。


背景技术：

2.随着科学技术的快速发展，越来越多的移动机器人被用于危险、复杂的环境工作中。现有技术中，机器人的小腿与大腿之间转动连接，小腿相对大腿具有收回状态或支撑状态，驱动件驱动小腿转动。由于机器人自身重量较大，当小腿从收回状态向支撑状态切换过程中，小腿需要克服机器人的自身重力，所以需要较大的驱动力才能完成小腿的状态切换，因此对驱动件的负载要求较高，从而造成驱动件的重量较大、成本较高。


技术实现要素：

3.本实用新型提供一种机器人行走机构及具有其的机器人，以解决现有技术中对于机器人小腿的驱动件负载要求较高的问题。
4.根据本实用新型的一个方面，提供了一种机器人行走机构，包括：大腿部，具有相对设置的第一端和第二端；小腿部，小腿部具有相对设置的第一端和第二端，小腿部的第一端与大腿部的第二端通过第一转轴转动连接，小腿部相对大腿部具有收回状态和支撑状态；驱动件，驱动件的输出端与小腿部的第一端驱动连接，驱动件驱动小腿部绕第一转轴转动以使小腿部在收回状态和支撑状态之间切换；弹簧，具有相对设置的第一端和第二端，弹簧的第一端与大腿部连接，弹簧的第二端与小腿部连接，弹簧用于向小腿部提供弹性力以使小腿部保持在支撑状态处。
5.进一步地，小腿部的第一端上设置有凸起部；驱动件为伸缩杆，伸缩杆具有相对设置的第一端和第二端，伸缩杆的第一端铰接在大腿部的侧壁上，伸缩杆的第二端与凸起部通过第二转轴转动连接，第一转轴与第二转轴平行设置，伸缩杆驱动小腿部绕第一转轴转动，当伸缩杆伸长时，小腿部处于收回状态；当伸缩杆收缩时，小腿部处于支撑状态。
6.进一步地，弹簧与伸缩杆并排设置在大腿部的外侧，弹簧的第二端与伸缩杆的第二端分别设置在凸起部的两侧。
7.进一步地，机器人行走机构还包括：第一驱动电机；行走轮，可转动地设置在大腿部的第二端，驱动电机与行走轮驱动连接，在小腿部处于收回状态的情况下，驱动电机能够驱动行走轮转动，以使机器人行走机构能够通过行走轮行走。
8.进一步地，机器人行走机构还包括传动组件，传动组件包括第一带轮、第二带轮、同步带，第一带轮转动连接在大腿部的第一端上，第二带轮转动连接在大腿部的第二端上，同步带套设在第一带轮和第二带轮上，第一带轮与第一驱动电机驱动连接，第二带轮与行走轮固定连接。
9.进一步地，第一转轴转动连接在大腿部的第二端，小腿部的第一端与第一转轴转动连接，第二带轮和行走轮间隔设置在第一转轴上，且第一转轴分别与第二带轮和行走轮
固定连接。
10.进一步地，机器人行走机构还包括胯部组件，胯部组件包括十字轴，十字轴具有相互垂直的第一连接轴和第二连接轴，第一连接轴上的两端连接有第一锥齿轮和第二锥齿轮，第二连接轴上的一端连接有第三锥齿轮，第三锥齿轮分别与第一锥齿轮与第二锥齿轮相啮合，第一锥齿轮和第二锥齿轮绕相同方向转动时第三锥齿轮绕第一连接轴转动，第一锥齿轮和第二锥齿轮绕相反方向转动时第三锥齿轮绕第二连接轴转动，大腿部的第一端与第三锥齿轮固定连接。
11.进一步地，胯部组件还包括两个第二驱动电机，两个第二驱动电机分别与第一锥齿轮和第三锥齿轮驱动连接。
12.根据本实用新型的另一方面，提供了一种机器人，包括机器人本体和上述提供的机器人行走机构。
13.应用本实用新型的技术方案，小腿部的第一端与大腿部的第二端通过第一转轴转动连接，小腿部相对大腿部具有收回状态和支撑状态，驱动件的输出端与小腿部的第一端驱动连接以驱使小腿部绕第一转轴转动，弹簧的第一端与大腿部连接，弹簧的第二端与小腿部连接，弹簧用于向小腿部提供弹性力以使小腿部保持在支撑状态处。在本技术方案中，当小腿部从支撑状态向收回状态切换时，机器人自身的重量向下压小腿部，所以较小的驱动力即可完成小腿部的状态切换；当小腿部从收回状态向支撑状态切换时，小腿部需要克服机器人自身重力，所以较大的驱动力才能完成小腿部的状态切换；在大腿部和小腿部之间设置弹簧，利用弹簧的弹力辅助驱动件驱动小腿部从收回状态向支撑状态切换，如此能够降低对驱动件的负载要求，从而降低了驱动件的重量和成本，进而降低了机器人整体的重量和制造成本。此外，通过上述结构还能够节约能源，提高机器人的续航能力。
附图说明
14.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
15.图1示出了本实用新型提供的机器人腿部组件的结构示意图；
16.图2示出了图1中a部分的结构示意图；
17.图3示出了本实用新型提供的机器人腿部组件的另一结构示意图；
18.图4示出了本实用新型提供的胯部组件的结构示意图；
19.图5示出了本实用新型提供的机器人的结构示意图；
20.图6示出了本实用新型提供的机器人的另一形态的结构示意图。
21.其中，上述附图包括以下附图标记：
22.10、大腿部；11、大腿部的第一端；12、大腿部的第二端；20、小腿部；21、小腿部的第一端；22、小腿部的第二端；23、凸起部；30、第一转轴；40、伸缩杆；41、伸缩杆的第一端；42、伸缩杆的第二端；50、弹簧；51、弹簧的第一端；52、弹簧的第二端；60、第二转轴；70、第一驱动电机；80、行走轮；91、第二带轮；92、同步带；100、胯部组件；101、十字轴；1011、第一连接轴；1012、第二连接轴；1013、第一锥齿轮；1014、第二锥齿轮；1015、第三锥齿轮；1016、第二驱动电机；200、机器人本体。
具体实施方式
23.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
24.如图1至图3所示，本实用新型实施例提供一种机器人行走机构，包括大腿部10、小腿部20、驱动件和弹簧50。大腿部10具有相对设置的第一端和第二端；小腿部20具有相对设置的第一端和第二端，小腿部的第一端21与大腿部的第二端12通过第一转轴30转动连接，小腿部20相对大腿部10具有收回状态和支撑状态，小腿部的第二端22能够支撑装置整体。驱动件的输出端与小腿部的第一端21驱动连接，驱动件驱动小腿部20绕第一转轴30转动以使小腿部20在收回状态和支撑状态之间切换。可选地，驱动件可为直线驱动件或电机等旋转驱动件。弹簧50具有相对设置的第一端和第二端，弹簧的第一端51与大腿部10连接，弹簧的第二端52与小腿部20连接，弹簧50用于向小腿部20提供弹性力以使小腿部20保持在支撑状态处。通过设置弹簧50，弹簧50的弹力能够辅助驱动件驱动小腿部20处于支撑状态，利用弹簧50可以减少机器人自身重量对小腿部20的压力，从而减少了驱动件的负载。可选地，当小腿部20处于支撑状态时，弹簧50仍具有弹力，以较好地抵消机器人自身重量对小腿部20的压力，从而较大程度地减少驱动件的负载。可选地，弹簧50可为螺旋弹簧或扭力弹簧等。
25.应用本实用新型的技术方案，小腿部的第一端21与大腿部的第二端12通过第一转轴30 转动连接，小腿部20相对大腿部10具有收回状态和支撑状态，驱动件的输出端与小腿部的第一端21驱动连接以驱使小腿部20绕第一转轴30转动，弹簧的第一端51与大腿部10连接，弹簧的第二端52与小腿部20连接，弹簧50用于向小腿部20提供弹性力以使小腿部20保持在支撑状态处。在本技术方案中，当小腿部20从支撑状态向收回状态切换时，机器人自身的重量向下压小腿部20，所以较小的驱动力即可完成小腿部20的状态切换；当小腿部20从收回状态向支撑状态切换时，小腿部20需要克服机器人自身重力，所以较大的驱动力才能完成小腿部20的状态切换；在大腿部10和小腿部20之间设置弹簧50，利用弹簧50的弹力辅助驱动件驱动小腿部20从收回状态向支撑状态切换，如此能够降低对驱动件的负载要求，从而降低了驱动件的重量和成本，进而降低了机器人整体的重量和制造成本。此外，通过上述结构还能够节约能源，提高机器人的续航能力。
26.在本实施例中，小腿部的第一端21上设置有凸起部23；驱动件为伸缩杆40，伸缩杆40 具有相对设置的第一端和第二端，伸缩杆的第一端41铰接在大腿部10的侧壁上，伸缩杆的第二端42与凸起部23通过第二转轴60转动连接，第一转轴30与第二转轴60平行设置，伸缩杆40驱动小腿部20绕第一转轴30转动，当伸缩杆40伸长时，小腿部20处于收回状态；当伸缩杆40收缩时，小腿部20处于支撑状态。伸缩杆的第二端42能够沿伸缩杆40的轴线做直线运动，伸缩杆的第二端42运动过程中带动凸起部23绕第一转轴30转动，从而使小腿部20绕第一转轴30转动。可选地，伸缩杆40可为气缸、液压缸或电动伸缩杆等直线驱动件。
27.具体地，在本实施例中，弹簧50与伸缩杆40并排设置在大腿部10的外侧，弹簧的第二端52与伸缩杆的第二端42分别设置在凸起部23的两侧。这样以使弹簧50的弹力与伸缩杆 40的驱动力平行，进而使弹簧50的驱动力较大程度地辅助伸缩杆40驱动小腿部20处于支撑
状态。在其他实施例中，弹簧50也可设置在大腿部10的内侧，伸缩杆40也可设置在大腿部 10和小腿部20的内侧，伸缩杆40收缩时小腿部20处于收回状态，伸缩杆40伸长时小腿部 20处于支撑状态。
28.在本实施例中，机器人行走机构还包括第一驱动电机70和行走轮80。行走轮80可转动地设置在大腿部的第二端12，第一驱动电机70与行走轮80驱动连接，在小腿部20处于收回状态的情况下，第一驱动电机70能够驱动行走轮80转动，以使机器人行走机构能够通过行走轮80行走。机器人行走机构在平坦路面上行走时使用行走轮80行走，这样能够使机器人行走机构的行走速度快且能源利用率高。当路面较坎坷时，小腿部20与大腿部10相配合行走，这样使机器人行走机构具有较强的越障能力强。行走轮80设置在大腿部的第二端12，当行走轮80行走时小腿部20不用受力，从而减少了小腿部20的磨损，能够提高机器人行走机构的使用寿命。
29.在本实施例中，机器人行走机构还包括传动组件，传动组件包括第一带轮、第二带轮91、同步带92，第一带轮转动连接在大腿部的第一端11上，第二带轮91转动连接在大腿部的第二端12上，同步带92套设在第一带轮和第二带轮91上，第一带轮与第一驱动电机70驱动连接，第二带轮91与行走轮80固定连接。第一带轮与第一驱动电机70驱动连接，第一带轮转动连接在大腿部的第一端11上，即第一驱动电机70设置在大腿部的第一端11，如此设置，使大部分重物集中在大腿部的第一端11，从而降低了机器人行走机构的下部的运动惯量，提高了机器人行走机构的行动灵敏性。
30.具体地，第一转轴30转动连接在大腿部的第二端12，小腿部的第一端21与第一转轴30 转动连接，第二带轮91和行走轮80间隔设置在第一转轴30上，且第一转轴30分别与第二带轮91和行走轮80固定连接。如此设置，使大腿部的第二端12处的结构紧凑，缩小机器人行走机构的体积。
31.在本实施例中，机器人行走机构还包括胯部组件100，胯部组件100包括十字轴101，十字轴101具有相互垂直的第一连接轴1011和第二连接轴1012，第一连接轴1011上的两端连接有第一锥齿轮1013和第二锥齿轮1014，第二连接轴1012上的一端连接有第三锥齿轮1015，第三锥齿轮1015分别与第一锥齿轮1013与第二锥齿轮1014相啮合，第一锥齿轮1013和第二锥齿轮1014绕相同方向转动时第三锥齿轮1015绕第一连接轴1011转动，第一锥齿轮1013 和第二锥齿轮1014绕相反方向转动时第三锥齿轮1015绕第二连接轴1012转动。如图4所示，第一锥齿轮1013和第二锥齿轮1014可以绕方向b或方向c转动，方向b与方向c相反。可选地，胯部组件100还包括胯部壳体，十字轴101、第一锥齿轮1013、第二锥齿轮1014和第三锥齿轮1015均设置在胯部壳体内，设置胯部壳体便于将胯部组件100连接在机器人本体上，且避免外界与第一锥齿轮1013、第二锥齿轮1014和第三锥齿轮1015相互干扰。在其他实施例中，十字轴101还可替换为固定架，第一锥齿轮1013、第二锥齿轮1014和第三锥齿轮1015 均转动连接在固定架上。大腿部的第一端11与第三锥齿轮1015固定连接。可选地，大腿部 10与第三锥齿轮1015通过法兰或连接杆固定连接。
32.在本实施例中，胯部组件100还包括两个第二驱动电机1016，其中一个第二驱动电机1016 与第一锥齿轮1013驱动连接，另一个第二驱动电机1016与第三锥齿轮1015驱动连接。两个第二驱动电机1016分别驱动第一锥齿轮1013和第三锥齿轮1015，进而驱动第三锥齿轮1015 绕第一连接轴1011或绕第二连接轴1012转动。
33.如图5和图6所示，本实用新型还提供一种机器人，包括机器人本体200和上述技术方案描述的机器人行走机构。采用上述提供的机器人行走机构，在大腿部10和小腿部20之间设置弹簧50，弹簧50能够辅助驱动件驱动小腿部20保持在支撑状态，从而减小了驱动件的驱动力，减少了驱动件的重量和使用成本，进而减少了机器人的整体重量和制造成本。
34.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
35.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
36.在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
37.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
38.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
39.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。