一种轴传动的三自由度轮足行走机构的制作方法

1.本发明属于轮足机器人领域，具体涉及一种轴传动的三自由度轮足行走机构。


背景技术：

2.近年来，轮足移动式机器人由于其快速灵活的机动形式，是当前机器人研究的一个热点。目前轮足式机器人主要是在现有足式机器人的构型基础上，直接在足端添加轮边电机，通过轮边电机实现轮足机器人的轮式行走。
3.这种布置方式的驱动电机靠近移动端，整个机械腿的转动惯量大，控制精度低，负载较低。目前针对轮足机构动力传递形式的研究较少。


技术实现要素：

4.本发明提供一种轴传动的三自由度轮足行走机构，要解决的技术问题是：现有轮足机构转动惯量大、控制精度低、负载低的问题。
5.为了解决以上技术问题，本发明提供了一种轴传动的三自由度轮足行走机构，其特征在于：包括关节电机总成1、大腿总成2、轮电机总成3、小腿总成4和足端轮；关节电机总成通过侧展关节电机1.1连接在机器人机身上，绕侧展关节电机轴线旋转，实现腿部的侧展自由度；大腿总成2的大腿壳2.2和连杆2.4分别连接在膝关节电机1.3的固定端和旋转端；轮电机总成3安装在大腿壳2.2上部，大腿总成下端连接小腿总成上端，小腿总成下端连接足端轮，轮电机通过大腿总成和小腿总成里的传动轴驱动足端轮。
6.所述的关节电机总成1包括侧展关节电机1.1、前摆关节电机1.2和膝关节电机1.3以及总成架1.4，三个电机均固定在总成架上，侧展关节电机1.1另一端连接机器人机身，总成架1.4能够相对于机器人机身绕侧展关节电机轴线旋转，前摆关节电机1.2和膝关节电机1.3相对同轴线固定连接，前摆关节电机1.2另一端连接总成架1.4，前摆关节电机1.3转动时带动膝关节电机1.3绕前摆关节电机轴线旋转，膝关节电机固定端连接大腿总成2的大腿壳2.2，膝关节电机旋转端连接大腿总成2的连杆，膝关节电机转动通过连杆带动小腿，改变小腿与大腿间的角度。
7.有益效果：本发明通过将轮边电机安装位置上移，利用轴传动机构将驱动电机集成在机械腿上端位置，将机械腿的三个关节电机集成在机体内部，减少机械腿总成运动时产生的转动惯量，提高轮足机构机动性能。
附图说明
8.图1轮足行走机构整体示意图；
9.图2关节电机总成示意图；
10.图3大腿总成示意图；
11.图4足端轮电机总成示意图；
12.图5小腿总成示意图；
13.其中：
14.1、关节电机总成，1.1、侧展关节电机，1.2、前摆关节电机，1.3、膝关节电机，1.4、总成架，1.4.1、侧展关节电机端盖，1.4.2、总成支架，1.4.3、总成轴，1.4.4、前摆电机端盖，1.4.5、电机连接板，1.4.6、膝关节固定板，1.4.7、膝关节旋转轴，2、大腿总成，2.1、大腿固定板，2.2、大腿壳，2.3、膝关节轴套，2.4、连杆，2.5、大腿传动轴，2.6、传动球，2.7、膝关节小连杆，2.8、膝关节小腿轴，3、轮电机总成，3.1、足端轮电机，3.2、电机座，3.3、左支撑柱，3.4、右支撑柱，3.5、托架，3.6、左支撑耳，3.7、右支撑耳，4、小腿总成，4.1、小腿壳，4.2、小腿传动轴，4.3、传动轴锥齿轮，4.4、足端轮轮轴，4.5、足端轮盖板，4.6.1、4.6.2、垫圈，5.1、5.2足端轮。
具体实施方式
15.为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
16.本发明提出的一种轴传动的三自由度轮足行走机构，包括关节电机总成1、大腿总成2、轮电机总成3、小腿总成4和足端轮；三个自由度指腿部的侧展自由度、前摆自由度和髋自由度。关节电机总成1通过侧展关节电机1.1连接在机器人机身上，可以绕侧展关节电机轴线旋转，实现腿部的侧展自由度。大腿总成通过大腿壳2.2和连杆2.4分别连接在膝关节电机1.3的固定端和旋转端，可以通过连杆机构实现膝关节自由度。前摆自由度通过关节电机总成1本身实现。轮电机总成3安装在大腿壳2.2上部，大腿总成2下端连接小腿总成4上端，小腿总成4下端连接足端轮5.1、5.2。足端轮电机3.1通过大腿总成2和小腿总成4里的传动轴以及万向节驱动足端轮。用于减少机械腿运动时产生的足端转动惯量。
17.如图2所示，所述的关节电机总成1包括侧展关节电机1.1、前摆关节电机1.2和膝关节电机1.3三个电机以及总成架1.4，三个电机均固定在总成架上，侧展关节电机1.1另一端连接机器人机身，总成架1.4可以相对于机器人机身绕侧展关节电机轴线旋转，实现腿部的侧展自由度。前摆关节电机1.2和膝关节电机1.3相对同轴线固定连接，前摆关节电机1.2另一端连接总成架1.4，前摆关节电机1.2转动时可以带动膝关节电机1.3绕前摆关节电机轴线旋转，膝关节电机固定端连接大腿，实现腿部的前摆自由度。膝关节电机旋转端连接连杆机构，膝关节电机转动可以通过连杆机构带动小腿，改变小腿与大腿间的角度，实现腿部的膝关节自由度。
18.如图2所示，所述的总成架1.4包括侧展关节电机端盖1.4.1、总成支架1.4.2、总成轴1.4.3、前摆电机端盖1.4.4、电机连接板1.4.5、膝关节固定板1.4.6、膝关节旋转轴1.4.7，侧展关节电机端盖1.4.1一端连接侧展关节电机1.1，另一端通过总成轴1.4.3连接总成支架1.4.2，侧展关节电机1.1旋转时可以带动总成支架1.4.2绕总成轴1.4.3旋转，前摆关节电机1.2通过前摆电机端盖1.4.4固定连接在总成支架1.4.2上，前摆关节电机1.2另一端通过电机连接板1.4.5固定同轴连接膝关节电机1.3。膝关节电机1.3固定端通过膝关节固定板1.4.6连接大腿外壳2.2，膝关节电机旋转端通过膝关节旋转轴1.4.7连接连杆2.4。
19.如图3所示，所述的大腿总成2包括大腿固定板2.1、大腿壳2.2、膝关节轴套2.3、连杆2.4、大腿传动轴2.5、传动球2.6、膝关节小连杆2.7、膝关节小腿轴2.8，大腿壳2.2通过大
腿固定板2.1固定连接在膝关节固定板1.4.6上，膝关节轴套2.3连接在膝关节旋转轴1.4.7，膝关节轴套2.3另一端通过连杆2.4连接小腿，膝关节电机1.3转动可以通过连杆机构改变大腿和小腿间的角度，实现膝关节自由度，大腿壳2.2内有可旋转的大腿传动轴2.5，大腿传动轴2.5通过传动球2.6连接小腿传动轴4.2，构成一个万向节传动机构，膝关节小连杆2.7一端连接大腿壳2.2，一端通过膝关节小腿轴2.8连接连杆2.4和小腿，起到加强支撑的作用。
20.如图4所示，所述的足端轮电机总成3包括足端轮电机3.1，电机座3.2，左支撑柱3.3，右支撑柱3.4，托架3.5，左支撑耳3.6，右支撑耳3.7。足端轮电机3.1固定连接在电机座3.2上，电机座3.2通过左右支撑柱3.3、3.4与左右支撑耳3.6、3.7相连，左右支撑耳3.6、3.7固定连接在大腿总成的大腿壳2.2上，左右支撑耳3.6、3.7通过托架3.5相连。足端轮电机转动端连接大腿总成的传动轴上，可以绕电机座旋转。
21.如图5所示，所述的小腿总成4包括小腿壳4.1、小腿传动轴4.2、传动轴锥齿轮4.3、足端轮轮轴4.4、足端轮盖板4.5以及两个垫圈4.6.1、4.6.2，小腿壳4.1通过膝关节小腿轴2.8连接连杆2.4，受膝关节电机控制可以绕膝关节轴线旋转，小腿传动轴4.2上端连接传动球2.6，下端连接同轴的传动轴锥齿轮4.3，通过锥齿轮连接足端轮轮轴4.4，改变传动方向，带动足端轮5.1、5.2旋转。足端轮盖板4.5固定连接在小腿壳4.1上，起加固作用。
22.如图5所示，所述的足端轮包括左右两个足端轮5.1、5.2，通过足端轮轮轴4.4连接在轮足机械腿的末端。
23.现有技术中最为常用的就是在足式机器人的构型基础上，直接在足端添加轮边电机，通过轮边电机实现轮足机器人的轮式行走。这种布置方式的驱动电机靠近移动端，整个机械腿的转动惯量大，控制精度低，负载较低。本发明通过将轮边电机上移并利用轴传动进行动力传递，相比轮边驱动的方式，具有足端质量轻、转动惯量小、控制难度低等优点，提高轮足机构机动性能，为进一步提高控制精度奠定了基础。
24.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。