[实用新型]一种四足机器人腿部关节

说明书

技术领域

本发明涉及到救生领域和机械领域，具体是一种刚柔结合的四足机器人腿部关节结构。

背景技术

从20世纪80年代起，美国、德国、日本、加拿大、瑞士等国家的科研机构开始研究仿哺乳类动物的步行四足机器人。

在公告号为CN201343082的实用新型专利中公开了“一种四足步行机器人的行走机构”，该机器人在机架的前、后、左、右分别对称设置一套两足驱动组件和行走腿，每条腿具有一个在水平面内摆动的自由度和一个在竖直面摆动的自由度。该机器人移动机构只能实现静态步行，运动速度慢；每条腿只有两个自由度，运动空间小，越障能力差。

在公开号为CN1483554A公开了“一种可调整的四足仿生机器人运动结构”。顶部基准平板上对称开有四个分别可供四条腿前后移动的调整槽，四条腿与顶部基准板之间采用吊装式结构；大腿和小腿分别由各自的驱动装置带动沿各自关节轴摆动。该机器人可实现自由行走、对角行走、侧步、奔跑等典型步态，具有爬坡、越障能力。但是该机器人每条腿有两个关节，腿长变化范围小；采用电机驱动齿轮传动，行走结束时无法静止站立，负载能力差。

在公开号为CN101602382A公开了“一种单驱动四足步行机器人”，该机器人前、后安装有两根平行配置的转轴，由一个电机通过传动元件驱动，每根转轴的左右两端分别固定连接曲柄。机器人安装有四条单腿，每条腿由一个曲柄摆杆机构与交叉平行四边行串联铰接而成，由每根轴段的连接曲柄驱动。该机器人由一个电机驱动即可实现行走，但四条腿之间全部由连杆机械连接，腿之间的运动规律固定，只能在平地面上步行，不具有越障能力，并且只能直行，不能转向。

在公告号为CN201633803U的实用新型专利中公开了“具有质心调整装置的液压驱动四足机器人移动机构”，该机器人包括躯干、移动架、质心调整装置和四条机器人腿，躯干下部设有四条机器人腿，躯干上部通过质心调整装置与移动架连接。该机器人具有较大的负重能力，具有复杂的环境适应能力和越障能力；但采用液压伺服油缸 驱动，工作平稳性和响应方面就差好多。

目前，我国对于仿生四足机器人的需求越来越迫切，现存的四足机器人因各种问题难以满足需要，严重影响了实际作业的效果。因此，需要一种减震能力强、越障能力好、负载能力大且在静止时能保持原有姿态的四足机器人移动结构。

发明内容

为克服现有技术中存在的或者只能实现静态步行，运动速度慢；或者每条腿只有两个自由度，运动空间小，越障能力差；或者行走结束时无法静止站立，负载能力差的不足，本发明提出了一种四足机器人腿部关节。

本发明包括躯干、四个机器人腿、四个髋关节、第一转动副、第二转动副、第三转动副和支架。四个机器人腿均包括大腿和小腿；其中：

第三转动副分为两组安装在躯干内的四个角处，并与髋关节的安装孔对应。各第三转动副蜗轮轴的轴线与躯干长度方向的中心线平行。第三转动副电机与第三蜗杆均通过螺钉固定在躯干内。第三蜗轮固装在蜗轮轴上。第三转动副电机的输出轴通过第三联轴器与第三蜗杆联接，第三蜗轮套装在蜗轮轴上，并与第三蜗杆啮合。四个第一转动副分别安装在四个髋关节内，通过各第一转动副将四个髋关节与四个大腿连接，并且各第一转动副蜗轮轴的轴线与躯干长度方向的中心线垂直。

大腿与小腿之间通过第二转动副连接，第二转动副蜗轮轴的轴线与躯干长度方向的中心线垂直。分布在躯干长度方向中心线同一侧的两个的第二转动副为一组。同一组中的两个第二转动副的蜗轮轴平行。两组第一转动副中相互对应的两个蜗轮轴初始状态同轴。

第一转动副、第二转动副和第三转动副均通过独立电动机驱动。

所述的第一转动副包括第一转动副电动机、第一联轴器和一对相互啮合的第一蜗轮与第一蜗杆。第一蜗轮和第一蜗杆齿的旋向均为右旋。第一转动副电动机固定在髋关节内。在蜗轮轴的一侧套装有套环。

所述的第二转动副包括第二转动副电动机、第二联轴器和一对相互啮合的第二蜗轮与第二蜗杆。第二蜗轮和第二蜗杆齿的旋向均为右旋。第二转动副电机固定在大腿内。一对支架分别位于第二蜗轮的端面的两侧，并固定在小腿的一端。

所述的第三转动副包括第三转动副电动机、第三联轴器和一对相互啮合的第三蜗轮与第三蜗杆。第三蜗轮与第三蜗杆齿的旋向均为右旋。第三转动副电动机的第三蜗 轮为大半圆。第三蜗轮的齿分布在大半圆的圆周上。形成第三蜗轮大半圆的平面上分布有四个盲孔，用于将第三蜗轮与髋关节的底板上分布的连接板连接。连接板与髋关节的顶板固连，从而实现蜗轮与髋关节的固连。