一种机器人行走装置，具有腰部主架、两髋部扭转支架、两髋部偏摆支架、大腿支架、小腿支架；两髋部扭转支架分别固定在腰部主架底面，且各能作绕上下向轴线的转动，两髋部偏摆支架分别铰接在两髋部扭转支架的下部且各能作绕前后向轴线的转动；两大腿支架的上端各与两髋部偏摆支架的前侧铰接，两大腿支架的下端各与一所述小腿支架的上端后侧铰接，每髋部偏摆支架的后侧与大腿支架的下部之间铰接有髋关节俯仰电动推杆，每髋部偏摆支架的前侧与小腿支架的上端前侧之间铰接有膝关节俯仰电动推杆；所述脚部总成具有主动轮组件和步行组件。本发明结构简单、动作灵活且具有三种移动模式，可以通过选用不同的行走模式来最大限度提高机器人的环境适应能力、移动能力和工作能力。
1.一种机器人行走装置，包括腰部总成、两个大腿部、两个小腿部和两个脚部总成，其特征在于：腰部总成具有腰部主架（1）、两髋部扭转支架（4）和两髋部偏摆支架（5），大腿部具有大腿支架（7），小腿部具有小腿支架（10）；两髋部扭转支架（4）分别固定在腰部主架（1）底面的左、右侧，两髋部扭转支架（4）各在扭转电机传动机构（2）驱动下作绕上下向轴线的转动，两髋部偏摆支架（5）分别铰接在两髋部扭转支架（4）的下部，两髋部偏摆支架（5）各在偏摆电机传动机构（3）驱动下作绕前后向轴线的转动；两大腿支架（7）的上端各与两髋部偏摆支架（5）的前侧铰接，两大腿支架（7）的下端各与一所述小腿支架（10）的上端后侧铰接，每髋部偏摆支架（5）的后侧与对应大腿支架（7）的中偏下部位之间铰接有髋关节俯仰电动推杆（6），每髋部偏摆支架（5）的前侧与小腿支架（10）的上端前侧之间铰接有膝关节俯仰电动推杆（8）；所述脚部总成具有主动轮组件（12）和步行组件（13），主动轮组件（12）连接在小腿支架（10）的底部，步行组件（13）连接在主动轮组件（12）上。
2.根据权利要求1所述的机器人行走装置，其特征在于：所述小腿支架（10）底部的四个角上各设有导向杆（10-1）。
3.根据权利要求2所述的机器人行走装置，其特征在于：所述主动轮组件（12）包括左右向的主动轮轴（12-1）、固定在主动轮轴（12-1）上的主动轮（12-3）、支撑主动轮轴（12-1）的滑动轮架（12-4）和驱动主动轮轴（12-1）旋转的主动轮电机（12-2），所述滑动轮架（12-4）处于小腿支架（10）的四根导向杆（10-1）之间，滑动轮架（12-4）的顶部与小腿支架（10）的底部之间连接有减震器（11）。
4.根据权利要求3所述的机器人行走装置，其特征在于：所述步行组件（13）具有框形底架（13-1），底架（13-1）上且在前端铰接有一对前后向的连杆（13-2），每一连杆（13-2）的后端与底架（13-1）的后端之间铰接有气弹簧（13-3），连杆（13-2）通过后端的铰接孔（13-2-a）、气弹簧（13-3）通过前端的铰接孔（13-3-a）均动配合套在主动轮轴（12-1）上。
5.根据权利要求1所述的机器人行走装置，其特征在于：每膝关节俯仰电动推杆（8）的下端与小腿支架（10）的上端前侧之间由第二销轴（15）铰接，每第二销轴（15）的左右两端各铰接有被动轮（9），两被动轮（9）组成一对。
6.根据权利要求1所述的机器人行走装置，其特征在于： 所述髋部扭转支架（4）与髋部偏摆支架（5）之间由第一销轴（14）连接，第一销轴（14）的中部置于髋部偏摆支架（5）的销轴孔中且为紧配合，第一销轴（14）的前、后端分别置于髋部扭转支架（4）的前、后销轴孔中且为动配合，第一销轴（14）前端的头部（14-1）伸出髋部扭转支架（4）。
7.根据权利要求1所述的机器人行走装置，其特征在于：所述扭转电机传动机构（2）由扭转电机（2-1）和第一同步带传动机构组成，扭转电机（2-1）固定在腰部主架（1）的底面上，扭转电机（2-1）的输出轴和髋部扭转支架（4）顶部的固定轴（4-1）均向上插入腰部主架（1）的内腔中，第一同步带传动机构的主、被动同步带轮（2-2、2-3）分别固定在扭转电机（2-1）的输出轴和固定轴（4-1）上。
8.根据权利要求6所述的机器人行走装置，其特征在于：所述偏摆电机传动机构（3）由偏摆电机（3-1）和第二同步带传动机构组成，偏摆电机（3-1）固定在髋部扭转支架（4）上，偏摆电机（3-1）的输出轴向前伸出髋部偏摆支架（5），第二同步带传动机构的主、被动同步带轮（3-2、3-3）分别固定在偏摆电机（3-1）的输出轴和第一销轴（14）的头部（14-1）上。
9.根据权利要求1所述的机器人行走装置，其特征在于：所述髋关节俯仰电动推杆（6）的推杆（6-1）的一端铰接在大腿支架（7）上。
10.根据权利要求1所述的机器人行走装置，其特征在于：所述膝关节俯仰电动推杆（8）的推杆（8-1）的一端铰接在偏摆支架（5）上。
机器人行走装置
技术领域
[0001] 本发明涉及机器人行走装置。
背景技术
[0002] 家庭服务型仿人机器人开始进入人们的日常生活。仿人机器人都具有行走机构，机器人行走装置以轮式、履带式和双足步行式为常见，不同的行走模式适应不同的使用环境。中国申请号是201510352997.1的发明专利申请公开的一种仿人机器人行走装置，包括腰部总成，大腿总成，小腿总成，脚掌总成四个部分，腰部总成与大腿总成连接部位作为髋关节，大腿总成与小腿总成连接部位作为膝关节，小腿总成与脚掌总成连接部位作为踝关节，每个关节具有一个自由度，各部位同时运动，完成机器人前后行走动作。上述机器人具备双足行走这一种模式，越障性能良好，但在平地行走时不具备轮式行走的能效高、运动平稳、速度快等优点，而且上述仿人机器人的每个关节只有一个自由度，行动欠灵活。
[0003] 中国申请号是201510187777.8的发明专利申请公开的轮足转换式移动机器人系统, 将四个轮足转换机构安装在车体框架上从而形成轮足转换式移动机器人。轮足转换式移动机器人可以四轮滚动，可以像四足动物一样在不平整地面上平稳爬行，其轮足转换较复杂，而且不适合在家庭服务型机器人上使用。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提出一种结构简单、动作灵活且具有三种移动模式的机器人行走装置。
[0005] 为达到上述目的，本发明采取如下技术方案：一种机器人行走装置，包括腰部总成、两个大腿部、两个小腿部和两个脚部总成，所述腰部总成具有腰部主架、两髋部扭转支架和两髋部偏摆支架，大腿部具有大腿支架，小腿部具有小腿支架；两髋部扭转支架分别固定在腰部主架底面的左、右侧，两髋部扭转支架各在扭转电机传动机构驱动下作绕上下向轴线的转动，两髋部偏摆支架分别铰接在两髋部扭转支架的下部，两髋部偏摆支架各在偏摆电机传动机构驱动下作绕前后向轴线的转动；两大腿支架的上端各与两髋部偏摆支架的前侧铰接，两大腿支架的下端各与一所述小腿支架的上端后侧铰接，每髋部偏摆支架的后侧与对应大腿支架的中偏下部位之间铰接有髋关节俯仰电动推杆，每髋部偏摆支架的前侧与小腿支架的上端前侧之间铰接有膝关节俯仰电动推杆；所述脚部总成具有主动轮组件和步行组件，主动轮组件连接在小腿支架的底部，步行组件连接在主动轮组件上。
[0006] 所述小腿支架底部的四个角上各设有导向杆。
[0007] 所述主动轮组件包括左右向的主动轮轴、固定在主动轮轴上的主动轮、支撑主动轮轴的滑动轮架和驱动主动轮轴旋转的主动轮电机，所述滑动轮架处于小腿支架的四根导向杆之间，滑动轮架的顶部与小腿支架的底部之间连接有减震器。
[0008] 所述步行组件具有框形底架，底架上且在前端铰接有一对前后向的连杆，每一连杆的后端与底架的后端之间铰接有气弹簧，连杆通过后端的铰接孔、气弹簧通过前端的铰接孔均动配合套在主动轮轴上。
[0009] 每膝关节俯仰电动推杆的下端与小腿支架的上端前侧之间由第二销轴铰接，每第二销轴的左右两端各铰接有被动轮，两被动轮组成一对。
[0010] 所述髋部扭转支架与髋部偏摆支架之间由第一销轴连接，第一销轴的中部置于髋部偏摆支架的销轴孔中且为紧配合，第一销轴的前、后端分别置于髋部扭转支架的前、后销轴孔中且为动配合，第一销轴前端的头部伸出髋部扭转支架。
[0011] 所述扭转电机传动机构由扭转电机和第一同步带传动机构组成，扭转电机固定在腰部主架的底面上，扭转电机的输出轴和髋部扭转支架顶部的固定轴均向上插入腰部主架的内腔中，第一同步带传动机构的主、被动同步带轮分别固定在扭转电机的输出轴和固定轴上。
[0012] 所述偏摆电机传动机构由偏摆电机和第二同步带传动机构组成，偏摆电机固定在髋部扭转支架上，偏摆电机的输出轴向前伸出髋部偏摆支架，第二同步带传动机构的主、被动同步带轮分别固定在偏摆电机的输出轴和第一销轴的头部上。
[0013] 所述髋关节俯仰电动推杆的推杆的一端铰接在大腿支架上。
[0014] 所述膝关节俯仰电动推杆的推杆的一端铰接在偏摆支架上。
[0015] 本发明具有如下积极效果：1.本发明结构简单，所采用的零件少，为装配、维修都提供方便。2.本发明的髋关节具有三个自由度，能前后扭转、左右偏摆和前后俯仰；膝关节具有一个自由度，能前后俯仰；踝关节具有二个自由度，所以动作灵活。2.本发明具有三种移动模式，即双轮行走模式、双足行走模式和四轮行走模式，本发明在不同的应用场景中，可以通过选用不同的行走模式来最大限度提高机器人的环境适应能力、移动能力和工作能力。
附图说明
[0016] 图1是本发明的整体视图。
[0017] 图2相当髋关节的连接图。
[0018] 图3是图2的俯视图。
[0019] 图4是图3的A-A的剖视图。
[0020] 图5是髋部扭转支架的视图。
[0021] 图6是髋部偏摆支架的视图。
[0022] 图7是大腿支架的视图。
[0023] 图8是大腿支架和髋关节俯仰电动推杆的连接视图。
[0024] 图9是小腿支架的视图。
[0025] 图10是主动轮组件的视图。
[0026] 图11是步行组件的视图。
[0027] 图12是双足行走模式的视图。
[0028] 图13是双轮行走模式的视图。
[0029] 图14是四轮行走模式的视图。
具体实施方式
[0030] 实施例1
[0031] 见图1至图11，本实施例包括腰部总成、两个大腿部、两个小腿部和两个脚部总成。腰部总成具有腰部主架1、两髋部扭转支架4（见图5）和两髋部偏摆支架5（见图6）。大腿部具有大腿支架7，小腿部具有小腿支架10。两髋部扭转支架4分别固定在腰部主架1底面上且处于左、右侧，髋部扭转支架4具有顶板和前、后壁，顶板上具有为一体的固定轴4-1，前壁上设有前销轴孔4-a和电机轴孔4-b，后壁上设有后销轴孔4-c。髋部偏摆支架5的上部为圆弧形，且上部具有贯通前后的销轴孔5-a，下部的前后侧各设有左右对中的铰接槽5-d。所述髋部扭转支架4与髋部偏摆支架5之间由第一销轴14连接，第一销轴14的中部置于髋部偏摆支架
5的销轴孔5-a中且为紧配合，第一销轴14的前、后端分别置于髋部扭转支架4的前销轴孔4-a和后销轴孔4-b 中且为动配合，第一销轴14的前端头部14-1伸出髋部扭转支架4的前壁。
[0032] 两髋部扭转支架4各由扭转电机传动机构2驱动，扭转电机传动机构2具有扭转电机2-1和第一同步带传动机构，扭转电机2-1固定在腰部主架1的底面上，扭转电机2-1的输出轴和髋部扭转支架4顶部的固定轴4-1均向上插入腰部主架1内腔中，第一同步带传动机构的主、被动同步带轮2-2、2-3分别固定在扭转电机2-1的输出轴和固定轴4-1上。扭转电机2-1旋转，带动髋部扭转支架4作绕上下向轴线的转动。
[0033] 两髋部偏摆支架5各由偏摆电机传动机构3驱动，偏摆电机传动机构3具有偏摆电机3-1和第二同步带传动机构组成，偏摆电机3-1固定在髋部扭转支架4上，偏摆电机3-1的输出轴向前伸出髋部偏摆支架5的前壁，第二同步带传动机构的主、被动同步带轮3-2、3-3分别固定在偏摆电机3-1的输出轴和第一销轴14的头部14-1上。偏摆电机3-1旋转，带动髋部偏摆支架5作绕前后向轴线的转动。
[0034] 大腿支架7为一对夹板7-1。小腿支架10底部的四个角上各设有导向杆10-1。
[0035] 两髋部偏摆支架5的前侧各插入对应大腿支架7的一对夹板7-1的上端之间，通过销轴将大腿支架7的上端与髋部偏摆支架5的前侧铰接。
[0036] 两小腿支架10的上端后侧各插入对应大腿支架7一对夹板7-1的下端之间，通过销轴将大腿支架7的下端和小腿支架10的上端后侧铰接。
[0037] 每髋部偏摆支架5的后侧与大腿支架7的中偏下部位之间设有髋关节俯仰电动推杆6。髋关节俯仰电动推杆6的推杆6-1的一端向下，髋关节俯仰电动推杆6的上端插入髋部偏摆支架5后侧的铰接槽5-d中，并通过销轴将髋关节俯仰电动推杆6的上端铰接在髋部偏摆支架5的后侧。髋关节俯仰电动推杆6的下端即推杆6-1端通过第三销轴16铰接在大腿支架7的一对夹板7-1的中部下部位之间（见图8）。
[0038] 每髋部偏摆支架5的前侧与小腿支架10的上端前侧之间设有膝关节俯仰电动推杆8。膝关节俯仰电动推杆8的推杆8-1的一端向上，膝关节俯仰电动推杆8的上端即推杆8-1的一端插入髋部偏摆支架5前侧的铰接槽5-d中，并通过销轴铰接在髋部偏摆支架5的前侧，膝关节俯仰电动推杆8的下端插入小腿支架10的上端前侧的左右对中槽10-d中，并通过第二销轴15铰接在小腿支架10的上端前侧。
[0039] 每第二销轴15的左右两端各铰接有被动轮9，两被动轮9组成一对。
[0040] 所述脚部总成具有主动轮组件12和步行组件13。
[0041] 所述主动轮组件12包括左右向的主动轮轴12-1、固定在主动轮轴12-1上的主动轮12-3、支撑主动轮轴12-1的滑动轮架12-4和驱动主动轮轴12-1旋转的主动轮电机12-2，所述滑动轮架12-4处于小腿支架10的四根导向杆10-1之间，滑动轮架12-4的顶部与小腿支架
10的底部之间连接有减震器11，主动轮组件12通过减震器11与小腿支架10连接，使滑动轮架12-4能沿导向杆上下滑动。本实施例的减震器11采用弹簧，滑动轮架12-4的顶部上固定有定位杆12-5，弹簧套在定位杆12-5上，弹簧的上端固定在小腿支架10的底部，弹簧的下端固定在滑动轮架12-4的顶部。
[0042] 所述步行组件13具有框形底架13-1，底架13-1上且在前端铰接有一对前后向的连杆13-2，每一连杆13-2的后端与底架13-1的后端之间铰接有气弹簧13-3，连杆13-2通过后端的铰接孔13-2-a、气弹簧13-3通过前端的铰接孔13-3-a均动配合套在主动轮轴12-1上，使步行组件13连接在主动轮组件12上。主动轮组件12和步行组件13的调换很方便，只要扳动步行组件13的底架13-1，连杆13-2转动，气弹簧13-3伸缩，就能实现步行组件13的打开和收拢，打开即为使用状态。
[0043] 图12至图14分别是双足行走、双轮行走和模式四轮行走模式的视图。双轮行走模式和四轮行走模式都适用于平坦的结构化环境，四轮行走模式更稳定，且负载能力强，双足行走模式适应于不平整的、有障碍物的地面，环境适应性较好。在不同的应用场景中，可以选用不同的行走模式。
[0044] 当启用双轮或四轮滚动行走模式，两脚部总成上的主动轮电机12-2同时正或反转且转速一样时，机器人实现前进或后退，当脚部的两个驱动电机转向相反时，机器人实现转弯。双足行走模式的控制较复杂，通过控制扭转电机传动机构2、偏摆电机传动机构3、髋关节俯仰电动推杆6、膝关节俯仰电动推杆8的协同运行，实现模仿人类的行走运动。
