本發(fā)明涉及一種爬桿機(jī)器人腿部關(guān)節(jié)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

爬桿機(jī)器人是攀爬機(jī)器人的一種，它主要依附于桿體表面進(jìn)行自動(dòng)爬行，完成相關(guān)作業(yè)。按照不同攀爬方式，爬桿機(jī)器人可分為蠕動(dòng)式爬桿機(jī)器人、滾動(dòng)式爬桿機(jī)器人和翻轉(zhuǎn)式爬桿機(jī)器人等；按照不同攀爬機(jī)構(gòu)，又可分為腿式爬桿機(jī)器人、夾持式爬桿機(jī)器人和吸附式爬桿機(jī)器人等。目前已經(jīng)研制成功的腿式爬桿機(jī)器人傳動(dòng)方式大多采用繩索(腱)加滑輪、鋼絲軟軸加螺旋運(yùn)動(dòng)，但其傳動(dòng)的功率損耗大、效率低，或者使用連桿傳動(dòng)，但傳統(tǒng)連桿傳動(dòng)在傳動(dòng)過(guò)程中運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力存在較大波動(dòng)，在控制上有一定難度，而且傳動(dòng)機(jī)構(gòu)外置占用空間大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服背景技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明在傳統(tǒng)靈巧手連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上提出了一種“滑塊-彈簧-連桿”雙曲柄滑塊串聯(lián)形式的爬桿機(jī)器人腿部關(guān)節(jié)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，并成功應(yīng)用于爬桿機(jī)器人領(lǐng)域。該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)具有一定柔性，在具有傳統(tǒng)連桿機(jī)構(gòu)相似的運(yùn)動(dòng)軌跡的前提下將連桿優(yōu)化至關(guān)節(jié)內(nèi)部，同時(shí)在電機(jī)停轉(zhuǎn)的情況下具有一定程度的自鎖能力；本傳動(dòng)機(jī)構(gòu)自由度少，易于控制；將傳動(dòng)機(jī)構(gòu)集成在關(guān)節(jié)內(nèi)部，大大節(jié)約了空間，結(jié)構(gòu)緊湊。

本發(fā)明解決上述問(wèn)題的技術(shù)方案是：

一種爬桿機(jī)器人腿部關(guān)節(jié)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括若干級(jí)結(jié)構(gòu)相同的傳動(dòng)單元，相鄰兩級(jí)的傳動(dòng)單元相連接，且傳動(dòng)單元的輸入端與位于上一級(jí)的傳動(dòng)單元的輸出端相連，傳動(dòng)單元的輸出端與位于下一級(jí)的傳動(dòng)單元的輸入端相連，且位于最上一級(jí)的運(yùn)動(dòng)單元的輸入端與動(dòng)力裝置相連；

所述傳動(dòng)單元包括相對(duì)豎立的兩塊側(cè)板，兩側(cè)板相互平行并通過(guò)連接件相連，兩側(cè)板之間留有間隙，且側(cè)板上開(kāi)設(shè)有滑槽，所述滑槽自輸入端至輸出端延伸；

所述間隙的中間設(shè)有彈簧機(jī)構(gòu)，彈簧機(jī)構(gòu)包括平行設(shè)置的前連接軸和后連接軸，前連接軸靠近輸入端，后連接軸靠近輸出端，且前連接軸和后連接軸均與側(cè)板相垂直；前連接軸和后連接軸的兩端均固定有滑塊，所述滑塊可滑動(dòng)地設(shè)置在滑槽內(nèi)；前連接軸的中間和后連接軸的中間通過(guò)伸縮裝置相連，所述伸縮裝置的伸縮方向與滑塊的滑動(dòng)方向相同；

兩側(cè)板的輸入端之間固定設(shè)有輸入軸，兩側(cè)板的輸出端之間固定設(shè)有輸出軸和關(guān)節(jié)軸，輸出軸位于關(guān)節(jié)軸的下方，且輸入軸、輸出軸和關(guān)節(jié)軸均與側(cè)板相垂直；

彈簧機(jī)構(gòu)的上方設(shè)有上連桿，上連桿的下方設(shè)有下連桿；上連桿的輸入端與前連接軸固定相連，上連桿的輸出端與位于下一級(jí)的傳動(dòng)單元的輸入軸固定相連；下連桿的輸出端與后連接軸固定相連，下連桿的輸入端與位于上一級(jí)的傳動(dòng)單元的輸出軸固定相連；

所述輸入軸與位于上一級(jí)的傳動(dòng)單元的上連桿的輸出端固定相連；

側(cè)板的輸入端可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在位于上一級(jí)的傳動(dòng)單元的關(guān)節(jié)軸上，位于下一級(jí)的傳動(dòng)單元的側(cè)板可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在所述關(guān)節(jié)軸上。

進(jìn)一步，所述滑塊分別與連接軸和后連接軸螺接。

進(jìn)一步，所述連接件為間隔柱，兩側(cè)板通過(guò)若干個(gè)間隔設(shè)置的間隔柱相連。

進(jìn)一步，所述伸縮裝置包括同軸設(shè)置的套筒和滑桿，套筒的遠(yuǎn)端垂直固定在前連接軸的中間，滑桿的遠(yuǎn)端垂直固定在后連接軸的中間，滑桿的近端可軸向滑動(dòng)地設(shè)置在套筒內(nèi)，且套筒和滑桿通過(guò)套設(shè)在套筒和滑桿上的彈簧相連，彈簧的一端固定在套筒上，所述彈簧的另一端固定在滑桿上。

進(jìn)一步，套筒和滑桿上均固定有用于固定彈簧的套圈。

本發(fā)明所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是由若干級(jí)結(jié)構(gòu)相同的傳動(dòng)單元相連構(gòu)成的，本發(fā)明所述的位于上一級(jí)的傳動(dòng)單元和所述的位于下一級(jí)的傳動(dòng)單元與所述的傳動(dòng)單元結(jié)構(gòu)相同，三者僅是設(shè)置位置的區(qū)別。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：

本發(fā)明通過(guò)上連桿、下連桿、彈簧機(jī)構(gòu)以及側(cè)板的協(xié)調(diào)配合，有效地實(shí)現(xiàn)了腿部機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)傳遞；彈簧機(jī)構(gòu)不但起到了運(yùn)動(dòng)傳遞的作用，還利用其蓄能、減震等功能，當(dāng)電機(jī)等驅(qū)動(dòng)源關(guān)閉時(shí)，彈簧仍然可以對(duì)桿件持續(xù)施力，具有一定安全性；同時(shí)，所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)節(jié)奏緊湊，裝配至機(jī)器人腿內(nèi)部，有效提高了結(jié)構(gòu)空間的利用率，避免傳動(dòng)機(jī)構(gòu)置于本體外側(cè)，增加了安全系數(shù)；此外，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的上下連桿采用成對(duì)設(shè)計(jì)，提高了運(yùn)動(dòng)傳遞的穩(wěn)定性以及受力的均勻性，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工與維護(hù)方便。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的三維圖。

圖2是本發(fā)明的主視圖。

圖3是彈簧機(jī)構(gòu)的三維圖。

具體實(shí)施方式

參照附圖1-3，一種爬桿機(jī)器人腿部關(guān)節(jié)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括若干級(jí)結(jié)構(gòu)相同的傳動(dòng)單元1、2、3，相鄰兩級(jí)的傳動(dòng)單元1、2、3相連接，且傳動(dòng)單元2的輸入端與位于上一級(jí)的傳動(dòng)單元1的輸出端相連，傳動(dòng)單元2的輸出端與位于下一級(jí)的傳動(dòng)單元3的輸入端相連，且位于最上一級(jí)的運(yùn)動(dòng)單元1的輸入端與動(dòng)力裝置相連；

所述傳動(dòng)單元2包括相對(duì)豎立的兩塊側(cè)板21、22，兩側(cè)板21、22相互平行并通過(guò)連接件相連，兩側(cè)板21、22之間留有間隙，且側(cè)板21、22上開(kāi)設(shè)有滑槽24，所述滑槽24自輸入端至輸出端延伸；

所述間隙的中間設(shè)有彈簧機(jī)構(gòu)6，彈簧機(jī)構(gòu)6包括平行設(shè)置的前連接軸61和后連接軸64，前連接軸61靠近輸入端，后連接軸64靠近輸出端，且前連接軸61和后連接軸64均與側(cè)板21、22相垂直；前連接軸61和后連接軸64的兩端均固定有滑塊65，所述滑塊65可滑動(dòng)地設(shè)置在滑槽24內(nèi)；前連接軸61的中間和后連接軸64的中間通過(guò)伸縮裝置相連，所述伸縮裝置的伸縮方向與滑塊65的滑動(dòng)方向相同(即與滑槽24的走向相同)；

兩側(cè)板21、22的輸入端之間固定設(shè)有輸入軸25，兩側(cè)板21、22的輸出端之間固定設(shè)有輸出軸和關(guān)節(jié)軸26，輸出軸位于關(guān)節(jié)軸26的下方，且輸入軸25、輸出軸和關(guān)節(jié)軸26均與側(cè)板21、22相垂直；

彈簧機(jī)構(gòu)6的上方設(shè)有上連桿4，上連桿4的下方設(shè)有下連桿5；上連桿4的輸入端與前連接軸61固定相連，上連桿4的輸出端與位于下一級(jí)的傳動(dòng)單元3的輸入軸33固定相連；下連桿5的輸出端與后連接軸64固定相連，下連桿5的輸入端與位于上一級(jí)的傳動(dòng)單元1的輸出軸13固定相連；

所述輸入軸25與位于上一級(jí)的傳動(dòng)單元1的上連桿的輸出端固定相連；

側(cè)板21、22的輸入端可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在位于上一級(jí)的傳動(dòng)單元1的關(guān)節(jié)軸14上(位于上一級(jí)的傳動(dòng)單元1的關(guān)節(jié)軸14固定在位于上一級(jí)的傳動(dòng)單元1的兩側(cè)板11、12之間)；位于下一級(jí)的傳動(dòng)單元3的側(cè)板31、32可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在所述關(guān)節(jié)軸26上。

所述滑塊65分別與連接軸61和后連接軸64通過(guò)大頭螺釘7螺接。

所述連接件為間隔柱23，兩側(cè)板21、22通過(guò)若干個(gè)間隔設(shè)置的間隔柱23相連，間隔柱23的安裝位置不得干擾其他部件的運(yùn)作。

所述伸縮裝置包括同軸設(shè)置的套筒67和滑桿66，套筒67的遠(yuǎn)端垂直固定在前連接軸61的中間，滑桿66的遠(yuǎn)端垂直固定在后連接軸64的中間，滑桿66的近端可軸向滑動(dòng)地設(shè)置在套筒67內(nèi)，且套筒67和滑桿67通過(guò)套設(shè)在套筒67和滑桿66上的彈簧63，彈簧63的一端固定在套筒67上，所述彈簧63的另一端固定在滑桿66上。

套筒67和滑桿66上均固定有用于固定彈簧63的套圈62。

本發(fā)明的工作原理為：

位于上一級(jí)的傳動(dòng)單元1被驅(qū)動(dòng)且固定后，位于上一級(jí)的傳動(dòng)單元1的上連桿推動(dòng)輸入軸25，帶動(dòng)傳動(dòng)單元2繞位于上一級(jí)的傳動(dòng)單元1的關(guān)節(jié)軸14逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，下連桿5推動(dòng)后連接軸64上的滑塊65向輸出端運(yùn)動(dòng)，彈簧63拉長(zhǎng)，積蓄彈力勢(shì)能，當(dāng)彈力勢(shì)能達(dá)到足以拖動(dòng)上連桿4時(shí)，彈簧63拖動(dòng)前連接軸61沿與后連接軸64相同的方向滑動(dòng)，則上連桿4被帶動(dòng)，上連桿4推動(dòng)位于下一級(jí)的運(yùn)動(dòng)單元3圍繞關(guān)節(jié)軸26轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)位于下一級(jí)的運(yùn)動(dòng)單元3。最終帶動(dòng)整個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，以完成整個(gè)腿部關(guān)節(jié)前伸運(yùn)動(dòng)的傳遞。

同理，當(dāng)位于上一級(jí)的傳動(dòng)單元1的上連桿拉動(dòng)輸入軸25時(shí)，帶動(dòng)傳動(dòng)單元2繞位于上一級(jí)的傳動(dòng)單元1的關(guān)節(jié)軸14順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，下連桿5拉動(dòng)后連接軸64上的滑塊65向輸入端運(yùn)動(dòng)，彈簧63被壓縮，積蓄彈力勢(shì)能，當(dāng)彈力勢(shì)能達(dá)到足以拖動(dòng)上連桿4時(shí)，彈簧63推動(dòng)前連接軸61沿與后連接軸64相同的方向滑動(dòng)，則上連桿4被帶動(dòng)，上連桿4拉動(dòng)位于下一級(jí)的運(yùn)動(dòng)單元3圍繞關(guān)節(jié)軸26轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)位于下一級(jí)的運(yùn)動(dòng)單元3。最終帶動(dòng)整個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，以完成整個(gè)腿部關(guān)節(jié)后拉運(yùn)動(dòng)作的傳遞。

當(dāng)腿部動(dòng)作受到外力阻礙后，動(dòng)力源機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)下，傳遞出的能量將儲(chǔ)存在彈簧中；在撤掉動(dòng)力源后，彈簧將持續(xù)施力，并最終將力傳遞至外力作用點(diǎn)處，以實(shí)現(xiàn)腿部在無(wú)動(dòng)力源狀態(tài)下的持續(xù)施力功能，具有一定安全性。

本說(shuō)明書(shū)實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對(duì)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也包括本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。