專利名稱:一種十二自由度四足機(jī)器人機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型專利一種十二自由度四足機(jī)器人機(jī)構(gòu)屬于四足機(jī)器人結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，提出一種具有十二個(gè)自由度的四足機(jī)器人，設(shè)計(jì)采用伺服電動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)，自由度分布為每條腿髖部一個(gè)側(cè)擺，大腿一個(gè)俯仰，小腿一個(gè)俯仰，四條腿共計(jì)十二個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新穎，驅(qū)動(dòng)方式先進(jìn)。通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，將電動(dòng)缸的線性推力轉(zhuǎn)化成機(jī)器人關(guān)節(jié)上的扭矩驅(qū)動(dòng)力。本實(shí)用新型髖部結(jié)構(gòu)交叉放置電動(dòng)缸，可防止電動(dòng)缸空間位置干涉，保證了機(jī)器人整體機(jī)構(gòu)的對(duì)稱性。髖結(jié)構(gòu)部件及大腿結(jié)構(gòu)部件均為中空結(jié)構(gòu)，將電動(dòng)缸包裹在構(gòu)件內(nèi)部，保證了四足機(jī)器人的美觀性及協(xié)調(diào)性。四足機(jī)器人機(jī)身結(jié)構(gòu)全部采用7000系列鋁合金，使得機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量輕、強(qiáng)度高，保證了四足機(jī)器人的安全與可靠。
【專利說(shuō)明】
一種十二自由度四足機(jī)器人機(jī)構(gòu)
所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實(shí)用新型專利屬于機(jī)器人結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，多足步行機(jī)器人的研究開(kāi)發(fā)日益受到國(guó)內(nèi)外眾多機(jī)器人研究者的重視，已成為機(jī)器人研究的一個(gè)重要分支。目前，常見(jiàn)的步行機(jī)器人以二足式、四足式、六足式應(yīng)用較多。其中，四足步行機(jī)器人機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單且靈活，承載能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好，既能以靜態(tài)步行方式實(shí)現(xiàn)慢速行走，又能以動(dòng)態(tài)步行方式實(shí)現(xiàn)高速行走，因此，在搶險(xiǎn)救災(zāi)、探險(xiǎn)、娛樂(lè)及軍事等許多方面有很好的應(yīng)用前景，其研制工作一直受到國(guó)內(nèi)外的重視。當(dāng)前四足機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式主要為液壓驅(qū)動(dòng)，其研究和應(yīng)用存在成本高、污染環(huán)境、維護(hù)困難等缺點(diǎn)。針對(duì)研發(fā)過(guò)程清潔高效的要求，為此開(kāi)發(fā)一種電動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)四足機(jī)器人機(jī)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的四足機(jī)器人共有12個(gè)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，即具有12個(gè)自由度，設(shè)計(jì)采用伺服電動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)，自由度分布情況為每條腿髖部一個(gè)側(cè)擺旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，大腿一個(gè)俯仰旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，小腿一個(gè)俯仰旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，四條腿共計(jì)12個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。與四足哺乳動(dòng)物四肢自由度相仿。
[0004]本實(shí)用新型的四足機(jī)器人所提供的技術(shù)方案是:四足機(jī)器人軀干作為機(jī)器人的主要結(jié)構(gòu)框架，機(jī)器人四條腿髖關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)部件與軀干結(jié)構(gòu)框架相連，并能夠完成髖關(guān)節(jié)的側(cè)擺運(yùn)動(dòng)；
[0005]所述髖關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)部件同時(shí)與四足機(jī)器人大腿結(jié)構(gòu)部件連接，并能夠完成大腿關(guān)節(jié)的俯仰運(yùn)動(dòng)；
[0006]所述大腿關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)部件同時(shí)與四足機(jī)器人小腿結(jié)構(gòu)部件連接，并能夠完成小腿關(guān)節(jié)的俯仰運(yùn)動(dòng)；
[0007]為了四足機(jī)器人運(yùn)行的穩(wěn)定性，減少足端對(duì)地面的沖擊，本實(shí)用新型四足機(jī)器人小腿結(jié)構(gòu)端部設(shè)計(jì)了橡膠保護(hù)套，包裹并保護(hù)足端的力傳感器，同時(shí)也對(duì)機(jī)器人運(yùn)行時(shí)的沖擊與振動(dòng)起到緩沖作用。
[0008]本實(shí)用新型四足機(jī)器人涉及兩種不同規(guī)格的電動(dòng)缸及電機(jī):做側(cè)擺運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)缸及電機(jī);做俯仰運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)缸及電機(jī)。四足機(jī)器人大小腿做俯仰運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)缸及電機(jī)的推力及功率較髖關(guān)節(jié)做側(cè)擺運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)缸及電機(jī)的推力及功率大。
[0009]本實(shí)用新型四足機(jī)器人優(yōu)勢(shì)是結(jié)構(gòu)緊湊，驅(qū)動(dòng)方式先進(jìn)。通過(guò)電動(dòng)缸與四足機(jī)器人軀干及四肢結(jié)構(gòu)部件間恰當(dāng)?shù)你q接，實(shí)現(xiàn)了將電機(jī)的扭矩輸出經(jīng)由電動(dòng)缸先轉(zhuǎn)化為電動(dòng)缸推桿的推力輸出，再經(jīng)由電動(dòng)缸與機(jī)器人軀干及四肢結(jié)構(gòu)部件間鉸接及機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副，最終轉(zhuǎn)化成四足機(jī)器人各個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)力矩，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自主運(yùn)動(dòng)。四足機(jī)器人機(jī)身結(jié)構(gòu)全部采用7000系列鋁合金，質(zhì)量輕、強(qiáng)度高，廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、機(jī)械制造、船舶及化工領(lǐng)域，保證了四足機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的可靠性與安全性。
[0010]本實(shí)用新型四足機(jī)器人采用電動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)方式，機(jī)器人髖結(jié)構(gòu)及大腿結(jié)構(gòu)創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)為中空型結(jié)構(gòu)，將電動(dòng)缸及電機(jī)包裹在結(jié)構(gòu)件內(nèi)部，保證了機(jī)器人的美觀度。結(jié)構(gòu)件厚度僅為6mm，既能保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，又節(jié)省了機(jī)體的重量。
【附圖說(shuō)明】

[0011]圖1十二自由度四足機(jī)器人機(jī)構(gòu)裝配示意圖
[0012]圖2髖關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)圖
[0013]圖3大腿關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)圖
[0014]圖4小腿關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)圖
[0015]圖中:1.軀干支架;2.髖結(jié)構(gòu)；3.大腿結(jié)構(gòu);4.小腿結(jié)構(gòu);5.橡膠墊;6.伺服電動(dòng)缸型號(hào)I;7.伺服電動(dòng)缸型號(hào)2
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下通過(guò)附圖對(duì)具體實(shí)施進(jìn)一步說(shuō)明。
[0017]如圖1所示，四足機(jī)器人的四肢與軀干支架連接，各個(gè)部件間均采用旋轉(zhuǎn)副進(jìn)行連接，采用軸及軸承起到定位和支撐作用。整個(gè)四足機(jī)器人機(jī)構(gòu)的前、后、左、右完全對(duì)稱，有利于其運(yùn)行的穩(wěn)定性。
[0018]如圖2所示，所述軀干支架與髖結(jié)構(gòu)部件采用旋轉(zhuǎn)副連接，通過(guò)軸及軸承定位及支撐。髖關(guān)節(jié)伺服電動(dòng)缸尾端與機(jī)器人軀干支架通過(guò)旋轉(zhuǎn)副連接，推桿端通過(guò)關(guān)節(jié)式軸承與髖結(jié)構(gòu)部件連接，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠使得伺服電動(dòng)缸的線性推力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)化為髖關(guān)節(jié)上的扭力驅(qū)動(dòng)。
[0019]由于四足機(jī)器人有四個(gè)髖關(guān)節(jié)，且位置上為對(duì)稱形式，因此，本實(shí)用新型四足機(jī)器人采用左、右腿髖關(guān)節(jié)前后交叉放置伺服電動(dòng)缸，前、后腿間的髖關(guān)節(jié)以軀干中心對(duì)稱放置。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)既能防止四足機(jī)器人左右腿間電動(dòng)缸在空間位置中的干涉，又保證了機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性。
[0020]如圖3所示，所述髖結(jié)構(gòu)部件與大腿結(jié)構(gòu)部件采用旋轉(zhuǎn)副連接，通過(guò)軸及軸承定位及支撐。大腿關(guān)節(jié)伺服電動(dòng)缸尾端與髖結(jié)構(gòu)部件端部通過(guò)旋轉(zhuǎn)副連接，推桿端通過(guò)關(guān)節(jié)式軸承與大腿結(jié)構(gòu)部件連接，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得伺服電動(dòng)缸的線性推力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)化為大腿關(guān)節(jié)上的扭力驅(qū)動(dòng)。
[0021]為保證四足機(jī)器人外部的美觀性及協(xié)調(diào)性，髖結(jié)構(gòu)部件及大腿結(jié)構(gòu)部件均設(shè)計(jì)為中空結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⑺欧妱?dòng)缸包裹在構(gòu)件內(nèi)部。
[0022]如圖4所示，所述大腿結(jié)構(gòu)部件與小腿結(jié)構(gòu)部件采用旋轉(zhuǎn)副連接，通過(guò)軸及軸承定位及支撐。小腿關(guān)節(jié)伺服電動(dòng)缸尾端與大腿結(jié)構(gòu)部件通過(guò)旋轉(zhuǎn)副連接，推桿端通過(guò)關(guān)節(jié)式軸承與小腿結(jié)構(gòu)部件連接，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得伺服電動(dòng)缸的線性推力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)化為小腿關(guān)節(jié)上的扭力驅(qū)動(dòng)。
[0023]本實(shí)用新型四足機(jī)器人涉及兩種不同型號(hào)的伺服電動(dòng)缸:做側(cè)擺運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)缸，如軀干支架與髖結(jié)構(gòu)部件間采用交叉形式放置的四個(gè)伺服電動(dòng)缸;做俯仰運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)缸，如髖關(guān)節(jié)與大腿關(guān)節(jié)間、大腿關(guān)節(jié)與小腿關(guān)節(jié)間的伺服電動(dòng)缸共八個(gè)。
[0024]以上各構(gòu)件間，為清晰表達(dá)圖紙，僅給出相關(guān)的孔，軸、軸承、端蓋及螺釘此處予以省略。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種十二自由度四足機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于:具有12個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，即具有12個(gè)自由度，設(shè)計(jì)采用直流伺服電動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)，自由度分布為每條腿髖關(guān)節(jié)一個(gè)側(cè)擺，大腿關(guān)節(jié)一個(gè)俯仰，小腿關(guān)節(jié)一個(gè)俯仰，四條腿共計(jì)十二個(gè)自由度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的十二自由度四足機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于:軀干支架與髖結(jié)構(gòu)部件采用旋轉(zhuǎn)副連接，通過(guò)軸及軸承實(shí)現(xiàn)定位和支撐，髖關(guān)節(jié)伺服電動(dòng)缸尾端與機(jī)器人軀干支架通過(guò)旋轉(zhuǎn)副連接，推桿端通過(guò)關(guān)節(jié)式軸承與髖結(jié)構(gòu)部件連接，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠使得伺服電動(dòng)缸的線性推力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)化為髖關(guān)節(jié)上的扭力驅(qū)動(dòng)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的十二自由度四足機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于:四足機(jī)器人有四個(gè)髖關(guān)節(jié)，且位置上為對(duì)稱形式，因此，本專利一種十二自由度四足機(jī)器人機(jī)構(gòu)采用左、右腿髖關(guān)節(jié)前后交叉放置伺服電動(dòng)缸，前、后腿間的髖關(guān)節(jié)以軀干中心對(duì)稱放置，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)既能防止四足機(jī)器人左右腿間電動(dòng)缸在安裝位置中的干涉，又保證了機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的十二自由度四足機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于:髖結(jié)構(gòu)部件與大腿結(jié)構(gòu)部件采用旋轉(zhuǎn)副連接，通過(guò)軸及軸承實(shí)現(xiàn)定位和支撐，大腿關(guān)節(jié)伺服電動(dòng)缸尾端與髖結(jié)構(gòu)部件端部通過(guò)旋轉(zhuǎn)副連接，推桿端通過(guò)關(guān)節(jié)式軸承與大腿結(jié)構(gòu)部件連接，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得伺服電動(dòng)缸的線性推力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)化為大腿關(guān)節(jié)上的扭力驅(qū)動(dòng)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的十二自由度四足機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于:為保證四足機(jī)器人外部的美觀性及協(xié)調(diào)性，髖結(jié)構(gòu)部件及大腿結(jié)構(gòu)部件均設(shè)計(jì)為中空結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⑺欧妱?dòng)缸分別包裹在髖結(jié)構(gòu)部件和大腿結(jié)構(gòu)部件內(nèi)部，使得四足機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)更加緊湊、美觀。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的十二自由度四足機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于:大腿結(jié)構(gòu)部件與小腿結(jié)構(gòu)部件采用旋轉(zhuǎn)副連接，通過(guò)軸及軸承實(shí)現(xiàn)定位和支撐，小腿關(guān)節(jié)伺服電動(dòng)缸尾端與大腿結(jié)構(gòu)部件通過(guò)旋轉(zhuǎn)副連接，推桿端通過(guò)關(guān)節(jié)式軸承與小腿結(jié)構(gòu)部件連接，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得伺服電動(dòng)缸的線性推力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)化為小腿關(guān)節(jié)上的扭力驅(qū)動(dòng)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的十二自由度四足機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于:四足機(jī)器人的四肢與軀干支架連接，各個(gè)部件間均采用旋轉(zhuǎn)副進(jìn)行連接，軸及軸承起到定位和支撐作用，整個(gè)四足機(jī)器人機(jī)構(gòu)的如、后、左、右完全對(duì)稱，有利于其運(yùn)彳丁的穩(wěn)定性。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的十二自由度四足機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于:本專利一種十二自由度四足機(jī)器人機(jī)構(gòu)涉及兩種不同型號(hào)的伺服電動(dòng)缸:實(shí)現(xiàn)側(cè)擺運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)缸，如軀干支架前后兩端與髖結(jié)構(gòu)部件間采用交叉形式放置的四個(gè)伺服電動(dòng)缸;實(shí)現(xiàn)俯仰運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)缸，如髖關(guān)節(jié)與大腿關(guān)節(jié)間、大腿關(guān)節(jié)與小腿關(guān)節(jié)間的伺服電動(dòng)缸，每條腿有2個(gè)實(shí)現(xiàn)俯仰運(yùn)動(dòng)的伺服電動(dòng)缸，四條腿共有8個(gè)實(shí)現(xiàn)俯仰運(yùn)動(dòng)的伺服電動(dòng)缸。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的十二自由度四足機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于:四足機(jī)器人機(jī)身結(jié)構(gòu)全部采用7000系列鋁合金，質(zhì)量輕、強(qiáng)度高，能夠保證四足機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的可靠性與安全性。
【文檔編號(hào)】B62D57/032GK205706943SQ201620124408
【公開(kāi)日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年2月17日
【發(fā)明人】袁立鵬, 宮赤坤, 田恩銘
【申請(qǐng)人】常州恐龍園股份有限公司