行走结构及机器人转让专利
申请号 : CN201911392265.X
文献号 : CN111098950B
文献日 : 2021-09-17
发明人 : 黄祖富 , 钱阳明 , 熊友军
申请人 : 深圳市优必选科技股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种行走结构,其特征在于,包括:髋部;
躯干部,摆动安装于所述髋部;
髋舵机,用于驱动所述躯干部相对于所述髋部摆动;
两个脚连接件,分别枢接于所述髋部,所述脚连接件能够相对所述髋部左右摆动;
两个连杆,所述连杆与所述脚连接件一一对应设置,每一所述连杆的两端分别枢接于所述躯干部与对应的所述脚连接件;以及两个脚舵机,其输出轴一一对应地固定于两个所述脚连接件,所述脚舵机能够支撑于支撑面上以使所述行走结构站在所述支撑面上;
所述髋部、所述躯干部、一组的所述脚连接件与所述连杆构成四杆机构。
2.如权利要求1所述的行走结构,其特征在于,所述髋舵机固定于所述躯干部上,所述髋舵机的输出轴固定于所述髋部上。
3.如权利要求1所述的行走结构,其特征在于,所述髋部上固定有保护壳,所述保护壳具有容纳腔,所述保护壳的两侧分别设有与所述容纳腔连通的端口,所述躯干部插设于其中一侧的所述端口,所述髋部与所述连杆的至少一部分位于所述保护壳内,所述脚连接件与所述脚舵机靠近另外一侧的所述端口处设置。
4.如权利要求1所述的行走结构,其特征在于,所述髋部与所述躯干部之间连接有两个间隔设置的第一弹性件,两个所述连杆位于两个所述第一弹性件之间。
5.如权利要求4所述的行走结构,其特征在于,两个所述第一弹性件与所述髋部之间的连接处的间距大于两个所述第一弹性件与所述躯干部之间的连接处的间距。
6.如权利要求1所述的行走结构,其特征在于,每一所述脚连接件上设有第二弹性件,所述第二弹性件的两端分别抵设于所述脚连接件与所述髋部,两个所述连杆位于两个所述第二弹性件之间。
7.如权利要求6所述的行走结构,其特征在于,所述脚连接件具有定位柱,所述第二弹性件的一端套设于所述定位柱外。
8.如权利要求1至7任一项所述的行走结构,其特征在于,所述髋部的两端部分别固定有一个安装座,所述脚连接件一一对应地枢接于所述安装座。
9.如权利要求8所述的行走结构,其特征在于,所述安装座具有容纳槽及与所述容纳槽连通的连接孔,所述脚连接件至少一部分容纳于所述容纳槽内;所述脚连接件包括管状体及连接于所述管状体上的连接柱,所述连接柱插设于所述连接孔;所述脚舵机的输出轴插设于所述管状体内。
10.如权利要求8所述的行走结构,其特征在于,每一所述脚连接件外均设有腿部壳,所述腿部壳具有上下贯通的贯通槽,所述安装座至少一部分与所述脚连接件至少一部分位于所述腿部壳内。
11.如权利要求1至7任一项所述的行走结构,其特征在于,每一所述脚舵机均固定有脚部壳,所述脚舵机位于所述脚部壳内。
12.如权利要求1至7任一项所述的行走结构,其特征在于,所述躯干部具有两个间隔设置的第一安装轴,每一所述脚连接件均具有第二安装轴,所述连杆的两端分别设有安装孔,所述第一安装轴穿过所述连杆的其中一个所述安装孔,所述第二安装轴穿过所述连杆的另外一个所述安装孔。
13.如权利要求12所述的行走结构,其特征在于,所述第一安装轴外套设有第一套筒,所述第一套筒穿过其中一个所述安装孔;所述第二安装轴外套设有第二套筒,所述第二套筒穿过另外一个所述安装孔。
14.如权利要求1至7任一项所述的行走结构,其特征在于,所述躯干部相对于所述髋部的摆动轴线位于所述连杆与所述躯干部之间的枢接处及所述连杆与所述脚连接件的枢接处之间,两个所述连杆与所述躯干部之间的枢接处的间距小于两个所述连杆与所述脚连接件的枢接处的间距。
15.一种机器人,其特征在于,包括如权利要求1至14任一项所述的行走结构。
说明书 :
行走结构及机器人
技术领域
背景技术
现髋部关节与腿部关节的独立运动,也就是如果用舵机直接驱动,至少需要三个舵机,再根
据算法约束与控制来实现髋部与腿部的协调运动;这种实现运动的结构好处是结构组合简
单,只需要根据需要增加驱动单元就可以实现,同时软件控制较灵活,缺点是驱动单元价格
较高,增加驱动单元就是增加成本,同时对软件依赖较高,在断电情况下,软件无法运行,驱
动单元自锁能力差,机器人无法维持正常的姿态,对每个驱动单元性能要求较高,且需要对
驱动单元从结构与软件上要进行相应的保护措施才能确保驱动单元有足够长的使用寿命,
每个驱动单元体积都不小,堆叠的驱动单元的数量越多,机器人的关节体积越大,造成机器
人体态过大,重量过重,增加了机器人对每一个关节的力度要求,容易让机器人的设计进入
不断增加关节的输出与增加机器人重量与成本死循环误区,从而让机器人的制造成本不可
控。
发明内容
术问题。
述连杆的至少一部分位于所述保护壳内,所述脚连接件与所述脚舵机靠近另外一侧的所述
端口处设置。
柱,所述连接柱插设于所述连接孔;所述脚舵机的输出轴插设于所述管状体内。
所述安装孔,所述第二安装轴穿过所述连杆的另外一个所述安装孔。
接处的间距小于两个所述连杆与所述脚连接件的枢接处的间距。
与连杆构成四杆机构,髋部相对固定不动,髋舵机能够驱动躯干部相对于髋部摆动,进而使
连杆与脚连接件联动。两个脚连接件分别固定至两个脚舵机的输出轴,每组四杆机构与对
应的脚舵机作为一个腿部。
时,支撑于支撑面上的脚舵机驱动跟该脚舵机的输出轴连接的所有部件转动预定角度。接
着,髋舵机使躯干部复位,同时刚才悬空的腿部下降并再次支撑于支撑面上,此时该腿部已
向前移动一步。另外一个腿部前后移动的原理相同,实现两个腿部交替弯曲和抬高,并且交
替行走,躯干部前后移动。在其中一个腿部悬空时,支撑于支撑面上的脚舵机驱动就能实现
左右方向的调整。从而通过舵机的数字精确控制,机器人能够实现前后左右各个方向的灵
活运动和步态控制。
陷。同时让结构更加的紧凑与可靠,让整个机器人的动作协调可控,且表现更加的拟人动
感。
附图说明
实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些
附图获得其他的附图。
具体实施方式
用以解释本申请,并不用于限定本申请。
图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述,而不是指示或暗
示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对
本申请实施例的限制。
隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,
除非另有明确具体的限定。
是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两
个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根
据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。
部101与髋部10,还可以安装电池102、驱动板103等。躯干部20摆动安装于髋部10,比如躯干
部20绕一水平线枢接于髋部10上。髋舵机30用于驱动躯干部20相对于髋部10摆动。
地固定于两个脚连接件40。也就是说,髋部10与躯干部20之间配置有两组脚连接件40与连
杆50,髋部10、躯干部20、一组的脚连接件40与连杆50构成四杆机构,髋部10相对固定不动,
髋舵机30能够驱动躯干部20相对于髋部10摆动,进而使连杆50与脚连接件40联动。两个脚
连接件40分别固定至两个脚舵机60的输出轴61,每组四杆机构与对应的脚舵机60作为一个
腿部。
高度差,此时,支撑于支撑面上的脚舵机60驱动跟该脚舵机60的输出轴61连接的所有部件
转动预定角度。接着,髋舵机30使躯干部20复位,同时刚才悬空的腿部下降并再次支撑于支
撑面上,此时该腿部已向前移动一步。另外一个腿部前后移动的原理相同,实现两个腿部交
替弯曲和抬高,并且交替行走,躯干部20前后移动。在其中一个腿部悬空时,支撑于支撑面
上的脚舵机60驱动就能实现左右方向的调整。从而通过舵机的数字精确控制,机器人能够
实现前后左右各个方向的灵活运动和步态控制。
缺陷。同时让结构更加的紧凑与可靠,让整个机器人的动作协调可控,且表现更加的拟人动
感。
10,这样使结构紧凑,便于髋舵机30的装配。具体地,髋部10大致沿横向延伸,髋舵机30凸出
设于躯干部20的下部,这样髋部10的两端与躯干部20下部的两端之间会有一定空间,便于
躯干部20相对于髋部10左右摆动而不会与髋部10干涉。
平延伸并固定于其中一个髋壳11。采用这个方案,便于躯干部20、髋部10的制作与装配。两
个躯干壳21之间、两个髋壳11之间可以采用紧固件或其它方式连接。
一侧的端口122,髋部10与连杆50的至少一部分位于保护壳12内,脚连接件40与脚舵机60靠
近另外一侧的端口122处设置。设置保护壳12,能对髋部10、连杆50等零件进行保护,避免外
界影响四杆机构工作。保护壳12的底部设有两个端口122,分别供一个腿部伸出。具体地,保
护壳12包括前后对接的两个子壳体123,两个子壳体123扣合连接,并固定于髋部10上。
机30驱动躯干部20向左右其中一侧摆动时,另外一侧的腿部将会被抬起,同时另外一侧的
第一弹性件71将会拉伸蓄能,该第一弹性件71对躯干部20提供一定拉力以避免躯干部20摆
动幅度过大,同时限定了连杆50的摆动幅度,也就限定了腿部被抬起的高度,确保机器人的
重心落在支撑在支撑面的腿部底面上,使机器人保持站稳;在髋舵机30驱动躯干部20向另
外一侧摆动时,刚才被拉伸的第一弹性件71将会释放能量,拉动躯干部20快速复位,使得躯
干部20能快速复位至机器人站稳的位置,即竖直位置。第一弹性件71可以为拉伸弹簧,第一
弹性件71的两端分别勾设于躯干部20的固定柱23、髋部10的固定柱111。
件71呈八字分布。这样设置,可以使第一弹性件71制作得比较长,在髋舵机30驱动躯干部20
向左右其中一侧摆动时,另外一侧的第一弹性件71将会拉伸更能多并蓄能更多;在髋舵机
30驱动躯干部20向另外一侧摆动时,刚才被拉伸的第一弹性件71将会释放更多的能量,拉
动躯干部20更加快速复位。同时,这样设置会使得结构紧凑,机器人在高度方向的尺寸可以
制作得比较小,并且确保第一弹性件71能提供足够的拉力以使躯干部20快速复位。并且,倾
斜布置的第一弹性件71可以避免躯干部20摆动幅度过大,确保机器人的重心落在支撑在支
撑面的腿部底面上,进一步使机器人保持站稳。
性件72的两端分别抵设于脚连接件40与髋部10,两个连杆50位于两个第二弹性件72之间。
设置第二弹性件72,在其中一个腿部被抬起时,被抬起的腿部的脚连接件40将会向外侧摆
动,第二弹性件72将会压缩蓄能;在该腿部下降准备着地时,被压缩的第二弹性件72将会伸
长,使脚连接件40复位至站稳的状态,就是竖直位置。第二弹性件72可以使髋部10、躯干部
20、脚连接件40与连杆50构成的四杆机构实现自锁,即使在一个腿部悬空而另一个作为支
撑腿的时候,只要机器人的重心落在腿部的支撑面上就可以保持站稳,腿部的支撑面可以
是脚舵机60的底面或者是下述脚部壳90的底面。第二弹性件72可以为压缩弹簧。
之间,避免工作时第二弹性件72分离脚连接件40,提高可靠性。
地,安装座13包括两个前后对接的安装壳131,两个安装壳131与髋部10开采用同一紧固件
连接。其中一个安装壳131具有抵接壁132,用于与第二弹性件72的一端抵接配合。
孔135,脚连接件40至少一部分容纳于容纳槽134内;脚连接件40包括管状体42及连接于管
状体42上的连接柱43,连接柱43的两端分别插设于两个连接孔135;脚舵机60的输出轴61插
设于管状体42内,管状体42与脚舵机60的输出轴61同步摆动。采用这个方案,便于将脚连接
件40枢接到安装座13上,将脚舵机60装配到脚连接件40上。进一步的,连接孔135内设有套
筒136,连接柱43插设于套筒136内,这样能实现连接柱43平稳顺畅地在连接孔135内转动。
于腿部壳80内。腿部壳80用于保护脚连接件40、连杆50、安装座13与第二弹性件72,避免外
界影响四杆机构工作。腿部壳80包括前后两个对接的腿部子壳82,脚连接件40固定于其中
一个腿部子壳82。
一个脚部壳90悬空时另外一个脚部壳90能支撑起机器人,并且躯干部20在摆动时机器人的
重心要落在支撑于支撑面的脚部壳90上。脚部壳90可以对脚舵机60保护,并且在脚部壳90
内设置其它部件。可以理解的,还可以不设置脚部壳90,要将脚舵机60的壳体制作得比较
大,实现支撑和行走功能。
22穿过连杆50的其中一个安装孔51,第二安装轴44穿过连杆50的另外一个安装孔51。采用
这个方案,实现连杆50与躯干部20之间的枢接,以及连杆50与髋部10之间的枢接。将第一安
装轴22与第二安装轴44分别穿过连杆50对应安装孔51后,可以采用紧固件52连接在安装轴
上,以限定连杆50的位置,防止连杆50松脱。
外一个安装孔51。设置套筒,能提高安装轴与连杆50安装孔51内壁之间耐摩擦能力,提高可
靠性。
接处之间,两个连杆50与躯干部20之间的枢接处的间距小于两个连杆50与脚连接件40的枢
接处的间距。采用这个方案,在躯干部20相对于髋部10摆动时,连杆50可以向外侧摆动更大
的角度,同时确保机器人可以在高度方向制作得较小。进一步的,两个连杆50呈八字分布,
也就是两个连杆50的上端相靠近,两个连杆50的下端相远离,在躯干部20相对于髋部10摆
动时连杆50可以向外侧摆动更大的角度,同时使两个脚舵机60分开足够的距离,进而使两
个脚部壳90制作得足够大并且不会干涉。
术方案所带来的所有有益效果,在此不再一一赘述。