可变长度的足式机器人腿部结构及四足机器人

1.本技术涉及机器人的技术领域，尤其涉及可变长度的足式机器人腿部结构及四足机器人。


背景技术：

2.四足机器人近几年逐渐成为了国内外学者的研究热点，是一种具有多支链、冗余驱动、时变拓扑运动机构的智能型机器人，一门涉及多个学科和领域的综合性高技术产品。它的行动可来源于人类对它的直接指挥、预先规划完成的程序、也可以依托人工智能技术制定。其在瓦砾、陡坡及室内室外复杂环境中都有着较好地通过能力，并且能够和使用者进行良好有效的交互。运用机器人技术来辅助或替代人类在生产生活中的工作，在巡检、安防及运输领域具有着独特的优势，在医疗、工业、军事领域均有重要的用途。
3.目前四足机器人腿部长度是固定不变的，该方法虽能完成简单的行走，但是无法应对较高高度差路面攀登，未能规避涉水路面核心组件的浸水风险等。因而，在四足机器人腿部结构设计中，要设计能够应对此类工作环境的足式机器人腿部结构是难点所在。因此，提供一种针对上述工作情况类别的足式机器人腿部结构及四足机器人是十分必要的。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术提供可变长度的足式机器人腿部结构及四足机器人，能够较好地调节大腿、小腿的长度。
5.第一方面，本技术提供一种可变长度的足式机器人腿部结构，包括具有第一大腿单元和第二大腿单元的大腿，具有第一小腿单元和第二小腿单元的小腿，髋关节驱动单元，第一驱动单元，第二驱动单元，驱动链轮，第一从动链轮，传动链条，驱动环，第一可变单元，第二可变单元，第一导向单元，和第二导向单元；
6.所述髋关节驱动单元用以可旋转地连接在足式机器人的躯干上；
7.所述第一驱动单元通过驱动环传动连接所述大腿，所述第二驱动单元传动连接所述驱动链轮，所述驱动链轮通过驱动链轮连接所述第一从动链轮，所述第一从动链轮同轴固接所述小腿；
8.所述第一导向单元用以支撑连接第一大腿单元和第二大腿单元，所述第一可变单元用以使第一大腿单元和第二大腿单元产生相对直线往复运动；
9.所述第二导向单元用以支撑连接第一小腿单元和第二小腿单元，所述第二可变单元用以使第一小腿单元和第二小腿单元产生相对直线往复运动。
10.可选地，还包括用以用于使所述传动链条与所述第一从动链轮贴合的张紧装置，所述张紧装置包括第一齿条、第二齿条、张紧齿轮、第二从动链轮和第三从动链轮，所述第一齿条安装且固定于第二大腿单元上，所述第二齿条上端安装且固定于第一大腿单元且下端滑动于第二大腿单元，张紧齿轮与第一齿条、第二齿条相啮合，所述第二从动链轮可转动地安装在所述第一齿条上，所述第三从动链轮可转动地安装在所述第一齿条上。
11.可选地，所述第一可变单元包括第一可变电机、第一丝杠、第一螺母座，三者同轴安装且转动连接，所述第一可变电机安装且固定于第一大腿单元，所述第一螺母座安装且固定于第二大腿单元，所述第一丝杠上端与所述第一可变电机转动连接，所述第一丝杠下端与所述第一螺母座转动连接。
12.可选地，所述第二可变单元还包括第二可变电机、第二丝杠、第二螺母座，三者同轴安装且转动连接，所述第二可变电机安装于第一小腿单元，所述第二螺母座安装于第二小腿单元，所述第二丝杠上端与所述第二可变电机连接，所述第二丝杠下端与所述第二螺母座连接。
13.可选地，所述第一导向单元包括第一导轨组、第一承导件组，所述第一导轨组还包括安装固定于第一大腿单元的四件导轨，所述第一承导件组包括安装固定于第二大腿单元的四件承导件，所述第一导轨组和所述第一承导件组同轴安装且滑动连接。
14.可选地，所述第二导向单元包括第二导轨组、第二承导件组，所述第二导轨组还包括安装固定于第一小腿单元的四件导轨，所述第二承导件组包括安装固定于第二小腿单元的四件承导件，所述第二导轨组和所述第二承导件组同轴安装且滑动连接。
15.可选地，所述驱动链轮的左侧与所述第二从动链轮的左侧相切于同一竖直直线上，所述驱动链轮的右侧与所述第三从动链轮的右侧相切于同一竖直直线。
16.第二方面，本技术提供一种四足机器人，包括前肢、后肢，所述前肢和所述后肢安装于所述四足机器人的前后方向，所述前肢和所述后肢各包括如上述足式机器人腿部结构，所述两个前肢和所述两个后肢均对称布置于所述四足机器人的躯干两侧。
17.与现有技术方案相比，本技术具有以下有益效果：
18.第一可变单元、第二可变单元保证了大腿与小腿的可变长度功能。
19.第一导向单元、第二导向单元保证了大腿和小腿在可变长度功能时的平稳精确传动。
20.张紧装置保证了张紧力的要求，有利于传动链条与驱动链轮、第一从动链轮之间的精确传动。
21.三角形张紧装置结构简单的同时，能很好的完成了功能要求。
附图说明
22.下面结合附图，通过对本技术的具体实施方式详细描述，将使本技术的技术方案及其它有益效果显而易见。
23.图1为根据本技术的实施例提供的可变长度的足式机器人腿部结构的一视角的结构图；
24.图2为根据本技术的实施例提供的可变长度的足式机器人腿部结构的另一视角的结构图；
25.图3为根据本技术的实施例提供的可变长度的足式机器人腿部结构的第一大腿单元；
26.图4为根据本技术的实施例提供的可变长度的足式机器人腿部结构的第二大腿单元；
27.图5为根据本技术的实施例提供的可变长度的足式机器人腿部结构的第一小腿单
元；
28.图6为根据本技术的实施例提供的可变长度的足式机器人腿部结构的第二小腿单元。
29.其中，图中元件标识如下：
30.1-髋关节驱动单元；2-第一驱动单元；3-第二驱动单元；4-驱动链轮；5-第一从动链轮；6-第二从动链轮；7-第三从动链轮；8-传动链条；9-第一可变单元电机；10-第一丝杠；11-第一导轨单元；12-第一螺母座；13-第一齿条；14-第二齿条；15-张紧齿轮；16-第二可变单元电机；17-第二丝杠；18-第二导轨单元；19-第二螺母座；20-髋关节连接板；21-驱动环；22-第一大腿单元；23-第二大腿单元；24-第一大腿单元；25-第二大腿单元。
具体实施方式
31.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域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，都属于本技术保护的范围。
32.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
33.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
34.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本技术的不同结构。为了简化本技术的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本技术。此外，本技术可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本技术提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
35.本发明提供一种四足机器人的详细实施例，此四足机器人包括：前肢、后肢和整体躯干，机器人的运动方向定义为四足机器人的前后反向，机器人的躯干沿着前后方向延伸，前肢和后肢沿足式机器人的前后方向安装于足式机器人的躯干上，前肢和后肢分别为两个可变长度的足式机器人腿部，前肢和后肢的两个腿部分别安装于躯干的左右对称安装于躯干两侧。躯干与腿部的安装在于腿部的髋关节。
36.可变长度的足式机器人腿部结构包括：髋关节驱动单元1、第一驱动单元2、第二驱动单元3、驱动链轮4、第一从动链轮5、第二从动链轮6、第三从动链轮7、传动链条8、第一可变单元电机9、第一丝杠10、第一螺母座12、第一导轨单元11、第二导轨单元18、第一齿条13、第二齿条14、张紧齿轮15、第二可变单元电机16、第二丝杠17、第二螺母座19、髋关节连接板
20、驱动环21。
37.髋关节驱动单元1包括第一驱动电机和第一减速器，第一驱动单元2包括第二驱动电机和第二减速器，第二驱动单元3包括第三驱动电机和第三减速器，髋关节驱动单元1安装于躯干上。髋关节驱动单元1的运动保证四足机器人左右移动，第一驱动单元2与驱动环连接，二者中间为中空安装，驱动环与大腿连接保证四肢可以前后摆动，第二驱动单元3的转轴穿过第一驱动单元2安装于大腿，驱动链轮4安装于转轴上通过传动链条8控制小腿的前后摆动。同时髋关节驱动单元、第一驱动单元和第二驱动单元采用同尺寸，更利于四足机器人的腿部运动。
38.第一驱动电机、第二驱动电机和第三驱动电机的型号相同，第一减速器、第二减速器和第三减速器型号相同，便于四足机器人腿部的动作控制。第一驱动单元2、第二驱动单元3和髋关节连接板20同轴安装横向布置，依次为第二驱动单元3、髋关节连接板20、第一驱动单元2、驱动环21和大腿。
39.腿部由四部分组成，大腿和小腿各由上下两部分组成，即大腿由第一大腿单元22和第二大腿单元23的构成，小腿由第一小腿单元24和第二小腿单元25所构成。第二大腿单元23和第一小腿单元24由膝关节传动轴连接。膝关节传动轴与第一从动链轮5固接。
40.第一大腿单元22和第二大腿单元23由第一导轨单元11连接，四件导轨固定对称安装于大腿上半部内表面，四件承导件安装于大腿下半部内表面，第一导轨单元保证了大腿的稳定伸缩，大腿的可变长度功能由第一可变单元电机9、第一丝杠10和第一螺母座12完成。
41.第一小腿单元24和第二小腿单元25由第二导轨单元18连接，四件导轨固定对称安装于小腿上半部内表面，四件承导件安装于小腿下半部内表面，第二导轨单元保证了小腿的稳定伸缩，小腿的可变长度功能由第二可变单元电机16、第二丝杠17和第二螺母19座完成。
42.传动链条8依次连接驱动链轮4、第一从动链轮5、第二从动链轮6、第三从动链轮7。
43.在链轮和传动链条8的安装上，驱动链轮4的左侧与第一从动链轮5相切于同一竖直线，第一从动链轮5的右侧与第二从动链轮6的左侧相切于同一竖直直线，第二从动链轮6的右侧与第三从动链轮7的左侧相切于同一直线，第三从动链轮7的右侧与驱动链轮4的右侧相切于同一直线。保证传动链条8的四个竖直部分相互平行。
44.张紧装置包括第一齿条13、张紧齿轮15、第二齿条14、第二从动链轮6、第三从动链轮7组成。第一齿条13固定安装于大腿下半部分内表面，第二齿条14固定安装于大腿上半部分内表面，二者平行。张紧齿轮15安装于第一齿条13和第二齿条14的中间，与二者啮合。
45.具体的，当大腿伸长时，第二齿条14向上移动，张紧齿轮15逆时针转动，使得第一齿条13向下运动第二从动链轮6向下运动，与第一从动链轮5和第三从动链轮7距离减少，与驱动链轮4的两端传动链条8的增加相抵消。进一步，有公式表示为：
46.h
减(从1-从2)
h
减(从2-从3)
＝h
增(驱-从1)
h
增(驱-从3)
47.当大腿缩短时，第二齿条14向下移动，张紧齿轮15顺时针转动，使得第一齿条13向上运动第二从动链轮6向上运动，与第一从动链轮5和第三从动链轮7距离增加，与驱动链轮两端传动链条的减少相抵消。进一步，有公式表示为：
48.h
增(从1-从2)
h
增(从2-从3)
＝h
减(驱-从1)
h
减(驱-从3)
49.小腿底部安装有耐磨橡胶材料，在与地面接触时防滑减震，有良好的接地反应。
50.以上所述，仅为本技术较佳的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。