本發(fā)明涉及機器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種含有直線關(guān)節(jié)的四足機器人行走機構(gòu)。

背景技術(shù)：

自然界中的很多動物，尤其是四足哺乳動物，不僅可以在這些復(fù)雜地形環(huán)境下快速行走，而且具有較大的負(fù)重能力。因此，人類一直在努力研制各式各樣的四足仿生機器人。

目前比較出名的四足機器人有美國波士頓動力公司的“BigDog”、“LS3”、“WildCat”等，意大利利技術(shù)研究院的“HyQ”，美國麻省理工學(xué)院的“Cheetah”等。中國專利文獻(xiàn)CN 103465991A公開了一種簡易型四足機器人，其特點在于機器人的每條腿上設(shè)置一個驅(qū)動電機，通過結(jié)構(gòu)的簡化來降低制造成本。中國專利文獻(xiàn)CN103407514A公布了一種四足仿生機器人腿，該腿含有兩個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。中國專利文獻(xiàn)CN103448828A公布了一種四足仿生機器人腿機構(gòu)，該機構(gòu)包含有肩關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)等旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。

上述產(chǎn)品與發(fā)明所設(shè)計的四足機器人基本都模擬了四足哺乳的腿部結(jié)構(gòu)，現(xiàn)今四足機器人的腿部往往采用“肘”、“膝”式結(jié)構(gòu)，該種方式在結(jié)構(gòu)上具有一定的仿生性，該種結(jié)構(gòu)方式導(dǎo)致的結(jié)果為四足機器人在行走時支撐腿都有一定的屈膝動作，仿佛四足動物以匍匐前進(jìn)的方式行走，這種行走方式會導(dǎo)致機器人在行走或站立式時關(guān)節(jié)作動器都需要持續(xù)輸出較大扭力來維持機體姿態(tài)，因而較動物行走時支撐腿主要靠腿部骨骼提供支撐力的直腿行走方式要耗費更大的能量?，F(xiàn)有的四足機器人的腿部均會進(jìn)行屈膝動作，在行走時不僅需要控制四條腿的交替邁腿動作，還需要配合控制每條腿的膝關(guān)節(jié)處屈膝動作，單條腿的屈膝動作時間與邁腿需要很好的配合，四條腿之間的屈膝動作時間也要滿足一定的配合關(guān)系，才能實現(xiàn)四足機器人的正常行走，因而這樣的四足機器人在行走時對控制的精度要求以及各部件的配合要求更高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種含有直線關(guān)節(jié)的四足機器人行走機構(gòu)，將行走機構(gòu)的腿部設(shè)置直線關(guān)節(jié)，直接控制直線關(guān)節(jié)運轉(zhuǎn)即可實現(xiàn)邁步行走，腿部之間無需控制屈膝，只需對邁腿動作配合控制即可實現(xiàn)四足步態(tài)行走。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種含有直線關(guān)節(jié)的四足機器人行走機構(gòu)，包括機器人軀干部分，所述機器人軀干部分兩側(cè)設(shè)置兩對腿部機構(gòu)，每一對腿部機構(gòu)沿機器人軀干部分對稱設(shè)置，腿部機構(gòu)通過髖關(guān)節(jié)與機器人軀干部分連接，腿部機構(gòu)底部與足部機構(gòu)連接；所述腿部機構(gòu)包括腿部本體，所述腿部本體內(nèi)配合設(shè)置直線關(guān)節(jié)，所述直線關(guān)節(jié)包括主動部和從動部，所述從動部通過連接件與橫向旋轉(zhuǎn)動力裝置連接，所述主動部運作帶動從動部上下直線運動進(jìn)而使腿部本體上下移動抬腿，橫向旋轉(zhuǎn)動力裝置運轉(zhuǎn)帶動腿部本體前后向擺動，每一對腿部機構(gòu)的橫向旋轉(zhuǎn)動力裝置交替運轉(zhuǎn)且同側(cè)的兩個腿部機構(gòu)的橫向旋轉(zhuǎn)動力裝置交替運轉(zhuǎn)帶動腿部本體實現(xiàn)四足步態(tài)行走。

所述主動部為絲杠，所述從動部為帶絲孔的滑塊。

優(yōu)選的，所述滑塊還通過直線軸承與直線導(dǎo)軌相配合，直線導(dǎo)軌與絲杠相互平行。

所述絲杠和直線導(dǎo)軌均固定于支撐架上，所述支撐架與腿部本體的外殼固定連接。

優(yōu)選的，所述直線導(dǎo)軌設(shè)置兩條，兩條直線導(dǎo)軌與絲杠相互配合呈等腰三角形。

或者，所述主動部為齒輪，所述從動部為齒條。

或者，所述主動部為液壓元件，所述從動部為滑座。

所述髖關(guān)節(jié)包括與機器人軀干部分固定連接的縱向旋轉(zhuǎn)動力裝置，所述縱向旋轉(zhuǎn)動力裝置通過連桿與橫向旋轉(zhuǎn)動力裝置連接，縱向旋轉(zhuǎn)動力裝置運轉(zhuǎn)帶動腿部本體側(cè)向擺動。

所述機器人軀干部分包括通過第一連接桿連接的第一連接塊和第二連接塊，所述第一連接塊兩側(cè)與第一對腿部機構(gòu)的髖關(guān)節(jié)相固定，所述第二連接塊兩側(cè)與第二對腿部機構(gòu)的髖關(guān)節(jié)相固定。

所述第一連接塊上部設(shè)置第一連接板，所述第二連接塊上部設(shè)置第二連接板，所述第一連接板和第二連接板之間通過第二連接桿相連接。

所述第一連接桿和第二連接桿中部連接有加強板。

所述足部機構(gòu)固定于腿部本體底部，所述足部機構(gòu)底部包覆耐磨材料件。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明的四足機器人行走機構(gòu)，在機器人軀干部分兩側(cè)分別設(shè)置一對腿部機構(gòu)，每一腿部機構(gòu)內(nèi)設(shè)置直線關(guān)節(jié)，直線關(guān)節(jié)運作帶動腿部機構(gòu)上下移動實現(xiàn)抬腿，通過控制每一對腿部機構(gòu)的橫向旋轉(zhuǎn)動力裝置交替運轉(zhuǎn)且同側(cè)的兩個腿部機構(gòu)的橫向旋轉(zhuǎn)動力裝置交替運轉(zhuǎn)，與直線關(guān)節(jié)運轉(zhuǎn)配合，實現(xiàn)四足步態(tài)行走。行走過程只有抬腿邁腿動作，無需屈膝，消耗能量更少，故障率降低，同時對于行走過程的控制和配合要求降低，提升了行走速度。

本發(fā)明中在機器人軀干部分上連接縱向旋轉(zhuǎn)動力裝置，縱向旋轉(zhuǎn)動力裝置帶動腿部本體側(cè)向擺動，進(jìn)而實現(xiàn)左右移動。

本發(fā)明的機器人軀干部分設(shè)置各連接桿和連接塊，使整個機構(gòu)的穩(wěn)固性和整體性增強，可以更可靠的實現(xiàn)機器人行走，同時在機器人軀干部分上部可以負(fù)重，實現(xiàn)運輸功能。

本發(fā)明的足部機構(gòu)設(shè)置包覆耐磨材料件，可提升足部機構(gòu)的耐磨性，延長足部機構(gòu)的使用時間。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的四足機器人行走機構(gòu)整體示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的四足機器人腿部機構(gòu)拆分示意圖；

圖中，1機器人軀干部分，2腿部機構(gòu)，3足部機構(gòu)，4側(cè)向旋轉(zhuǎn)電機，5連桿，6前后向旋轉(zhuǎn)電機，7連接件，8滑塊，9直線軸承，10減速電機，11外殼，12支撐架，13直線導(dǎo)軌，14絲杠，15第一連接桿，16第一連接塊，17第二連接塊，18第一連接板，19第二連接板，20第二連接桿，21加強板，22髖關(guān)節(jié)。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

如圖1-圖2所示，一種四足步行機器人行走機構(gòu)，包括機器人軀干部分1、腿部機構(gòu)2和足部機構(gòu)3。

機器人軀干部分1用于連接機器人的四條腿部機構(gòu)2，同時還安裝有機器人的控制系統(tǒng)及動力系統(tǒng)。在需要負(fù)重時也可將重物置于機器人軀干部分1得平臺上，實現(xiàn)四足機器人的運輸功能。

機器人軀干部分1包括通過第一連接桿15連接的第一連接塊16和第二連接塊17，第一連接塊16兩側(cè)與第一對腿部機構(gòu)2的髖關(guān)節(jié)22相固定，第二連接塊17兩側(cè)與第二對腿部機構(gòu)2的髖關(guān)節(jié)22相固定。第一連接塊16上部設(shè)置第一連接板18，第二連接塊16上部設(shè)置第二連接板19，第一連接板18和第二連接板19之間通過第二連接桿20相連接。第一連接桿15和第二連接桿20中部連接有加強板21。機器人軀干部分設(shè)置各連接桿和連接塊，使整個機構(gòu)的穩(wěn)固性和整體性增強，可以更可靠的實現(xiàn)機器人行走。

機器人軀干部分1左右兩側(cè)設(shè)置兩對腿部機構(gòu)2(即機器人軀干部分1兩側(cè)均設(shè)置前腿機構(gòu)和后腿機構(gòu)，兩個前腿機構(gòu)為一對腿部機構(gòu)，兩個后腿機構(gòu)為一對腿部機構(gòu))，每一對腿部機構(gòu)2沿機器人軀干部分1左右對稱設(shè)置，腿部機構(gòu)2通過髖關(guān)節(jié)22與機器人軀干部分1連接，腿部機構(gòu)2底部與足部機構(gòu)3連接，髖關(guān)節(jié)22通過兩套減速電機帶動腿部2做相對于身體前后方向及側(cè)方向的擺動運動。髖關(guān)節(jié)22包括與機器人軀干部分1固定連接的縱向旋轉(zhuǎn)動力裝置(即側(cè)向旋轉(zhuǎn)電機4)，前后向旋轉(zhuǎn)電機6與通過連桿5與側(cè)向旋轉(zhuǎn)電機4連接，側(cè)向旋轉(zhuǎn)電機4運轉(zhuǎn)帶動腿部本體側(cè)向擺動。其中側(cè)向旋轉(zhuǎn)電機4機體與機器人軀干部分1固連，其旋轉(zhuǎn)軸通過連桿5與前后向旋轉(zhuǎn)電機6機體相連。前后向旋轉(zhuǎn)電機6的輸出軸則通過連接件7與腿部直線關(guān)節(jié)滑塊8相連。

腿部機構(gòu)2包括腿部本體，腿部本體內(nèi)配合設(shè)置直線關(guān)節(jié)，直線關(guān)節(jié)包括主動部和從動部，從動部通過連接件7與橫向旋轉(zhuǎn)動力裝置(即前后向旋轉(zhuǎn)電機6)連接，主動部運作帶動從動部上下直線運動進(jìn)而使腿部本體上下移動抬腿，前后向旋轉(zhuǎn)電機6運轉(zhuǎn)帶動腿部本體前后向擺動，每一對腿部機構(gòu)的前后向旋轉(zhuǎn)電機6交替運轉(zhuǎn)且同側(cè)(即同左側(cè)或同右側(cè))的兩個腿部機構(gòu)的前后向旋轉(zhuǎn)電機6交替運轉(zhuǎn)帶動腿部本體實現(xiàn)四足步態(tài)行走。

主動部可以為絲杠，從動部為帶絲孔的滑塊。

或者，主動部可以為齒輪，從動部為齒條。

或者，主動部可以為液壓元件，從動部為滑座。

本實施例中以絲杠和滑塊為例進(jìn)行描述，如圖2所示，腿部機構(gòu)2由調(diào)節(jié)機器人腿運動的直線關(guān)節(jié)組成。

直線關(guān)節(jié)包含減速電機10、兩根直線導(dǎo)軌13、直線軸承9、絲杠14、滑塊8、支撐架12與外殼11，其中減速電機10、直線導(dǎo)軌13與絲杠14固定在支撐架12上?；瑝K8與直線軸承9固連，直線軸承9穿過直線導(dǎo)軌13，滑塊8絲孔則與絲杠14配合。直線關(guān)節(jié)減速電機10輸出軸與絲杠14相連，帶動絲杠14做旋轉(zhuǎn)運動。兩根直線導(dǎo)軌13與絲杠14平行安裝，其安裝端面呈等腰三角形。支撐架12通過螺絲與外殼11相連。在減速電機10運轉(zhuǎn)時，絲杠14帶動滑塊8上下移動，由滑塊8通過前后向旋轉(zhuǎn)電機6、連桿5、側(cè)向旋轉(zhuǎn)電機4與機器人軀干部分1固定，由于機器人腿部重量更輕，該機器人腿與機器人軀干部分連接后，機器人軀干部分重量更大，機器人軀干部分不動，從而使得腿部本體上下移動實現(xiàn)抬腿動作。

足部機構(gòu)3安裝在腿部本體底部外殼11上，足部機構(gòu)3底部包覆耐磨材料件，可以通過在足部機構(gòu)外表面注塑一層耐磨的聚氨酯材料來達(dá)到耐磨效果。

本發(fā)明機器人腿的運作過程為：

每一腿部機構(gòu)的側(cè)向旋轉(zhuǎn)電機4運轉(zhuǎn)，通過連桿5、前后向旋轉(zhuǎn)電機6、連接件7傳遞到腿部機構(gòu)2，帶動腿部機構(gòu)2相對于身體側(cè)向擺動，完成左右移動；每一腿部機構(gòu)的前后向旋轉(zhuǎn)電機6運轉(zhuǎn)，通過連接件7傳遞到腿部機構(gòu)2，帶動腿部機構(gòu)2相對于身體前后向擺動，完成邁腿動作；每一腿部機構(gòu)的減速電機10運轉(zhuǎn)，通過絲杠14傳遞給腿部直線關(guān)節(jié)滑塊8，帶動腿部直線關(guān)節(jié)滑塊8上下運動，由機器人軀干部分不動，從而使得腿部本體實現(xiàn)上下移動完成抬腿動作?？刂葡到y(tǒng)控制前后向旋轉(zhuǎn)電機6、減速電機10運轉(zhuǎn)，使機器人完成單腿邁腿行走，每一對腿部機構(gòu)2的前后向旋轉(zhuǎn)電機6交替運轉(zhuǎn)且同側(cè)的兩個腿部機構(gòu)2的前后向旋轉(zhuǎn)電機6交替運轉(zhuǎn)帶動腿部本體實現(xiàn)四足步態(tài)行走。

本發(fā)明的行走機構(gòu)行走時，控制系統(tǒng)控制位于機器人軀干部分同一側(cè)(同左側(cè)或同右側(cè))的腿部機構(gòu)的前后向旋轉(zhuǎn)電機6、減速電機10交替運轉(zhuǎn)，每一對腿部機構(gòu)的前后向旋轉(zhuǎn)電機6、減速電機10交替運轉(zhuǎn)，即實現(xiàn)左側(cè)前腿機構(gòu)與右側(cè)后腿機構(gòu)同時邁腿，左側(cè)后腿機構(gòu)和右側(cè)前腿機構(gòu)同時邁腿，且這兩組邁腿交替進(jìn)行，實現(xiàn)了整個機器人向前行走?？刂葡到y(tǒng)控制位于機器人軀干部分兩側(cè)的腿部機構(gòu)的側(cè)向旋轉(zhuǎn)電機4交替運轉(zhuǎn)(同側(cè)的側(cè)向旋轉(zhuǎn)電機4同時運轉(zhuǎn))，即先控制位于一側(cè)的側(cè)向旋轉(zhuǎn)電機4運轉(zhuǎn)，再控制另一側(cè)的側(cè)向旋轉(zhuǎn)電機4運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)機器人左右移動行走。

本發(fā)明具有機構(gòu)簡單，易于維護(hù)，能量消耗低及負(fù)重能力強的特點.

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。