專利名稱：可實(shí)現(xiàn)手腳功能轉(zhuǎn)換的模塊化多足步行機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)器人，具體是一種可實(shí)現(xiàn)手腳功能轉(zhuǎn)換的模塊化多足步行機(jī)器人。
背景技術(shù)：
隨著人類社會(huì)對(duì)各類需求，如能源的急劇膨脹，使人類不斷地將活動(dòng)領(lǐng)域向?qū)ξ?知或危險(xiǎn)環(huán)境擴(kuò)展。人類早期在危險(xiǎn)或未知環(huán)境中進(jìn)行探測(cè)活動(dòng)都曾付出過生命的代價(jià)。 如何實(shí)現(xiàn)在危險(xiǎn)或未知環(huán)境中安全、高效地工作已經(jīng)成為解決這一矛盾的關(guān)鍵，而具有仿 生特征的移動(dòng)機(jī)器人因?yàn)槟軌虼嫒嗽谝恍┓墙Y(jié)構(gòu)性環(huán)境中作業(yè)而成為了學(xué)者們研究和 關(guān)注的熱點(diǎn)。與輪式、履帶式移動(dòng)機(jī)器人相比，在崎嶇不平的路面，步行機(jī)器人具有較好的 地面適應(yīng)性、靈活性、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)能耗小的優(yōu)越性能，在這種背景下，多足步行機(jī)器人的研究 蓬勃發(fā)展起來。而仿生步行機(jī)器人的出現(xiàn)更加顯示出步行機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)。相對(duì)于輪式、履帶 式機(jī)器人而言，多足步行機(jī)器人在非結(jié)構(gòu)化、存在不確定性的環(huán)境內(nèi)移動(dòng)雖具有較大的優(yōu) 勢(shì)，但目前的多足步行機(jī)器人研究中，多足步行機(jī)器人通常很難實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的操作功能，現(xiàn)有 的移動(dòng)機(jī)器人通常是作為一種單純的移動(dòng)平臺(tái)。中國(guó)發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)?00610125216. 6、 申請(qǐng)日2006年12月1日、授權(quán)公告號(hào)CN100441468C、授權(quán)公告日2008年12月10日)說 明書公開了一種可分解重構(gòu)的多足步行機(jī)器人，該多足步行機(jī)器人的每個(gè)腳由相同的關(guān)節(jié) 單元串聯(lián)構(gòu)成，簡(jiǎn)化了機(jī)器人的設(shè)計(jì)，使機(jī)器人便于重構(gòu)。但是，在該機(jī)器人的關(guān)節(jié)中，電 機(jī)的運(yùn)動(dòng)通過減速器輸出到一個(gè)直齒輪，再通過兩個(gè)與該直齒輪嚙合的直齒輪輸出到兩個(gè) 轉(zhuǎn)向減速器，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)連接盤。該技術(shù)方案中，需要兩個(gè)轉(zhuǎn)向減速器，而且是通過兩個(gè)直齒 輪與同一個(gè)直齒輪相嚙合來傳遞運(yùn)動(dòng)，這種結(jié)構(gòu)在裝配時(shí)需要安裝的零部件多，而且兩個(gè) 直齒輪與一個(gè)直齒輪相嚙合，對(duì)零件的，否則會(huì)發(fā)生相互干涉，從而增加了加工和裝配的難 度。而且，該技術(shù)方案的足單元沒有設(shè)置夾持功能部件，只能作為機(jī)器人的腳使用，而對(duì)于 需要抓取物體功能的機(jī)器人則不能滿足要求。隨著對(duì)多足步行機(jī)器人和機(jī)械手研究的日益深入和發(fā)展，具有手腳轉(zhuǎn)換功能的多 足步行機(jī)器人相比于作為一種單純的移動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)機(jī)器人在穩(wěn)定性、機(jī)動(dòng)性和對(duì)地面的 適應(yīng)能力以及對(duì)物體的靈巧操作等方面的性能都將不斷提高，自主化和智能化也將逐步的 實(shí)現(xiàn)，從而使其能夠在更多特殊環(huán)境和場(chǎng)合中使用，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可實(shí)現(xiàn)手腳功能轉(zhuǎn)換的模塊化多足步行機(jī)器人，所述 的這種可實(shí)現(xiàn)手腳功能轉(zhuǎn)換的模塊化多足步行機(jī)器人要解決現(xiàn)有技術(shù)中可組合式機(jī)器人 關(guān)節(jié)的兩個(gè)連接盤各自與一個(gè)轉(zhuǎn)向減速器連接從而需要兩個(gè)齒輪與另一齒輪相嚙合，對(duì)零 件加工精度要求高、增加了加工和裝配的難度，以及現(xiàn)有機(jī)器人大多不具有手腳轉(zhuǎn)換功能 的技術(shù)問題。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的包括機(jī)架、分布在機(jī)架左右兩側(cè)的第 一足單元、第二足單元、第三足單元、第四足單元，以及控制器構(gòu)成，該第一足單元、第二足單元、第三足單元和第四足單元均由髖單元、大腿單元和小腿單元構(gòu)成，髖單元與機(jī)架相連 接，髖單元、大腿單元和小腿單元依次串聯(lián)組合，每個(gè)足單元的髖單元和大腿單元的關(guān)節(jié)結(jié) 構(gòu)相同，該關(guān)節(jié)包括殼體和設(shè)于殼體內(nèi)的電機(jī)、傳動(dòng)裝置、檢測(cè)裝置，以及設(shè)于殼體后端的 兩個(gè)連接支架和設(shè)于殼體前端兩側(cè)的連接盤，其中，機(jī)架由縱梁和橫梁相連接構(gòu)成，第一足 單元、第二足單元、第三足單元和第四足單元的髖單元與機(jī)架相連接處均設(shè)有足單元驅(qū)動(dòng) 電機(jī)，該足單元驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定于機(jī)架上，足單元驅(qū)動(dòng)電機(jī)與足單元減速器連接，足單元減速 器與髖單元相連接，所述傳動(dòng)裝置包括中間傳動(dòng)裝置和末端傳動(dòng)裝置，中間傳動(dòng)裝置與電 機(jī)輸出軸相連接，中間傳動(dòng)裝置與末端傳動(dòng)裝置相連接，該末端傳動(dòng)裝置具有兩頭輸出軸， 該兩頭輸出軸分別與一個(gè)連接盤相連接，連接盤和連接支架上均設(shè)有連接孔，大腿單元的 連接支架和髖單元的連接接盤相連接，髖單元通過其殼體上的連接支架與足單元減速器的 輸出軸相連接。所述的中間傳動(dòng)裝置包括行星齒輪減速器和兩個(gè)相嚙合的直齒輪，末端傳動(dòng)裝置 是蝸輪蝸桿減速器，行星齒輪減速器的輸入軸與電機(jī)的輸出軸相連接，行星齒輪減速器的 輸出軸與第一直齒輪相連接，第二直齒輪與蝸桿軸相連接，蝸桿軸從蝸輪兩側(cè)延伸構(gòu)成兩 頭輸出軸，該兩頭輸出軸上分別設(shè)有第一連接盤和第二連接盤。所述第一連接盤和第二連接盤中部設(shè)置有孔，第一連接盤和第二連接盤通過螺母 設(shè)于輸出軸端部，第一連接盤和第二連接盤上沿圓周方向設(shè)有至少兩個(gè)連接孔，連接支架 末端呈圓環(huán)形盤體，該圓環(huán)形盤體中央孔的直徑大于連接盤連接螺母外接圓的直徑，該圓 環(huán)上沿其圓周方向設(shè)有至少兩個(gè)連接孔，該至少兩個(gè)連接孔的位置與連接盤上連接孔的位
置對(duì)應(yīng)一致。所述檢測(cè)裝置包括設(shè)于電機(jī)后端的光電編碼器和設(shè)于一個(gè)連接盤上的電位器，該 光電編碼器與電機(jī)同軸相連。小腿單元包括回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、中間桿體和夾鉗結(jié)構(gòu)，中間桿體將回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)和夾鉗結(jié)構(gòu) 相連接，回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)由連接體、回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器、第一聯(lián)軸器和相嚙合的小錐齒輪、大錐 齒輪構(gòu)成，連接體一端設(shè)有兩個(gè)連接板與大腿單元的連接盤相連接，回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)與減速 器相連接，減速器的輸出軸通過第一聯(lián)軸器與小錐齒輪的軸相連接，大錐齒輪軸與小錐齒 輪的軸相垂直，中間桿體與大錐齒輪軸另一端固定連接，夾鉗結(jié)構(gòu)包括夾鉗驅(qū)動(dòng)電機(jī)、第二 減速器、第二聯(lián)軸器、蝸桿、與蝸桿嚙合的兩個(gè)蝸輪塊、與蝸輪塊相連接的夾板，夾鉗驅(qū)動(dòng)電 機(jī)、第二減速器和第二聯(lián)軸器都設(shè)于中間桿體內(nèi)、并依次相連，第二聯(lián)軸器的輸出軸與蝸桿 相連接，兩個(gè)蝸輪塊對(duì)稱設(shè)于蝸桿兩側(cè)，兩個(gè)蝸輪塊通過轉(zhuǎn)軸設(shè)于端部殼體上，該端部殼體 與中間桿體固定連接。具有這樣的小腿單元的足單元為手腳復(fù)用的足單元，既可以實(shí)現(xiàn)腳 的支撐功能，又可以實(shí)現(xiàn)手的抓取功能。中間桿體呈圓筒狀，在該圓筒狀中間桿體上開設(shè)有沿其軸向的槽。所述兩個(gè)夾板中部的掌部?jī)?nèi)側(cè)設(shè)有壓力傳感器。所述兩個(gè)夾板前端設(shè)有由橡膠塊構(gòu)成的足尖。所述小腿單元的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)與髖單元、大腿單元的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)相同，小腿單元的連接 支架與大腿單元的連接盤相連接，與小腿單元相連還設(shè)有剛性桿件構(gòu)成的足末端，該足末 端包括桿體和足尖，桿體與小腿單元的連接盤相連接，足尖位于桿體前端，足尖外側(cè)設(shè)有橡膠層。
在機(jī)架兩側(cè)還分別設(shè)有第五足單元和第六足單元，在機(jī)架上還設(shè)有足單元驅(qū)動(dòng)電 機(jī)和足單元減速器與第五足單元和第六足單元相連接。本發(fā)明和已有技術(shù)相比，其效果是積極和明顯的。在可實(shí)現(xiàn)手腳功能轉(zhuǎn)換的模塊 化多足步行機(jī)器人中采用模塊化結(jié)構(gòu)組合而成，機(jī)器人足單元中的髖單元和大腿單元采用 可組合的關(guān)節(jié)構(gòu)成，髖單元與機(jī)架連接處設(shè)置足單元驅(qū)動(dòng)電機(jī)和足單元減速器，實(shí)現(xiàn)髖單 元與機(jī)架的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，采用這種構(gòu)造的機(jī)器人，有很強(qiáng)的擴(kuò)展能力，可以極大的降低設(shè)計(jì)、 加工的難度；該機(jī)器人的可組合式關(guān)節(jié)中采用具有兩頭輸出軸的末端傳動(dòng)裝置，該末端傳 動(dòng)裝置只需要和一個(gè)齒輪連接就可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)連接盤的驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的功能，從而可以 減少連接零件，在中間傳動(dòng)裝置可以采用一對(duì)一嚙合的齒輪副，降低齒輪的安裝位置精度， 從而降低加工和裝配的難度。中間傳動(dòng)裝置由行星齒輪減速器和一對(duì)直齒輪組成，行星齒 輪減速器的減速比大，可以將電機(jī)的高轉(zhuǎn)速變?yōu)檩^低的轉(zhuǎn)速輸出，而采用一對(duì)直齒輪與蝸 輪蝸桿減速器連接，末端傳動(dòng)裝置采用蝸輪蝸桿減速器，可以將輸入軸的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換到垂直 方向的輸出轉(zhuǎn)動(dòng)，將電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)輸出到與電機(jī)主軸方向垂直的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)。在 連接支架上設(shè)環(huán)形圓盤，便于和另一個(gè)關(guān)節(jié)的連接盤相連接，可以靈活組成多關(guān)節(jié)的機(jī)器 人。小腿單元可以采用與髖單元和大腿單元不一樣的結(jié)構(gòu)，此時(shí)該小腿單元前端設(shè)有夾板， 以?shī)A持物體，這樣的小腿單元、大腿單元和髖單元構(gòu)成的機(jī)器人肢體既可以作為腳，又可以 作為手，極大的拓展現(xiàn)有機(jī)器人的功能，能很好的適應(yīng)工作環(huán)境和任務(wù)需要的變化。在該手 腳共用的小腿單元的夾板內(nèi)側(cè)設(shè)有傳感器，可以對(duì)夾持物體的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，以便于控制 器控制夾鉗對(duì)物體的抓取動(dòng)作。在夾板前端設(shè)有橡膠塊構(gòu)成的足尖，可以對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng) 起到緩沖作用，同時(shí)在行走時(shí)也可以增大摩擦力，不打滑。當(dāng)然，小腿單元的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)也可 采用剛性支撐結(jié)構(gòu)，此時(shí)的足單元單純作為機(jī)器人的腳，但這種結(jié)構(gòu)不能實(shí)現(xiàn)對(duì)體的抓取。 四足步行機(jī)器人是最簡(jiǎn)單的步行機(jī)器人，在此基礎(chǔ)上可以增加腳的數(shù)量，比如增加兩個(gè)腳 組成六足機(jī)器人，在該六足機(jī)器人中可以靈活設(shè)置具有手腳兩種功能的足單元的位置和數(shù) 量，提升機(jī)器人的功能，能夠處理復(fù)雜的任務(wù)。


圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的主視圖。
圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例的俯視圖。
圖3是本發(fā)明第一實(shí)施例中足元驅(qū)動(dòng)電機(jī)與足單元的連接示意圖
圖4是本發(fā)明中手腳復(fù)用足單元的主視圖。
圖5是圖4的俯視圖。
圖6是圖4中小腿單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是足單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8是本實(shí)施例中髖單元和大腿單元關(guān)節(jié)的主視圖。
圖9是圖8的俯視圖。
圖10是本發(fā)明第二實(shí)施例的主視圖。
圖11是本發(fā)明第二實(shí)施例的俯視圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 下面結(jié)合附圖通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8和圖9所示，在本實(shí)施例中，可實(shí)現(xiàn)手 腳功能轉(zhuǎn)換的模塊化多足步行機(jī)器人包括機(jī)架、分布在機(jī)架左右兩側(cè)的第一足單元101、第 二足單元102、第三足單元103、第四足單元104，以及控制器(圖中未畫出)構(gòu)成，該四個(gè) 足單元至少有一個(gè)是圖4所示的手腳復(fù)用型足單元，本實(shí)施例中第四足單元104為手腳復(fù) 用型足單元，以便于機(jī)器人抓取物體。該第一足單元101、第二足單元102、第三足單元103 和第四足單元104均由髖單元2、大腿單元3和小腿單元4構(gòu)成，髖單元2上的連接支架轉(zhuǎn) 動(dòng)90度角構(gòu)成與機(jī)架相連的連接支架1，髖單元2、大腿單元3和小腿單元4依次串聯(lián)組 合，每個(gè)足單元的髖單元和大腿單元的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)相同，該關(guān)節(jié)包括殼體5和設(shè)于殼體5內(nèi)的 電機(jī)12、傳動(dòng)裝置、檢測(cè)裝置，以及設(shè)于殼體5后端的兩個(gè)連接支架14和設(shè)于殼體前端兩 側(cè)的連接盤19、22，機(jī)架由兩根縱梁107和兩根橫梁108相連接構(gòu)成一個(gè)四方形框結(jié)構(gòu)，第 一足單元101、第二足單元102、第三足單元103和第四足單元104的髖單元與機(jī)架相連接 處均設(shè)有足單元驅(qū)動(dòng)電機(jī)109，該足單元驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定于機(jī)架上，足單元驅(qū)動(dòng)電機(jī)109與足 單元減速器110連接，足單元減速器110通過蝸輪蝸桿減速器111與髖單元2的連接支架 1相連接，蝸輪蝸桿減速器111用于改變足單元驅(qū)動(dòng)電機(jī)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的方向，該蝸輪蝸桿減速 器111中的蝸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與足單元驅(qū)動(dòng)電機(jī)109的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，其蝸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與 蝸桿的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相垂直，這樣可以使足單元整體在垂直于機(jī)架平面的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，所述傳動(dòng) 裝置包括中間傳動(dòng)裝置和末端傳動(dòng)裝置，所述的中間傳動(dòng)裝置包括行星齒輪減速器11和 兩個(gè)相嚙合的直齒輪9、8，行星齒輪減速器11設(shè)置于減速器支架10上，末端傳動(dòng)裝置是蝸 輪蝸桿減速器，該蝸輪蝸桿減速器包括外殼6、蝸桿7、蝸輪17和蝸輪軸16，行星齒輪減速器 11的輸入軸與電機(jī)12的輸出軸相連接，行星齒輪減速器11的輸出軸與第一直齒輪9相連 接，第二直齒輪8與蝸桿7軸相連接，蝸輪軸16從蝸輪17兩側(cè)延伸構(gòu)成兩頭輸出軸，蝸輪 軸16兩端通過軸承18設(shè)于殼體5上，該兩頭輸出軸上分別設(shè)有第一連接盤19和第二連接 盤22。所述檢測(cè)裝置包括設(shè)于電機(jī)12后端的光電編碼器13和設(shè)于第二連接盤22上的電 位器20，該光電編碼器13與電機(jī)12同軸相連，用于檢測(cè)電機(jī)的速度和加速度信號(hào)，電位器 20用于檢測(cè)連接盤的絕對(duì)轉(zhuǎn)角位置信號(hào)。所述第一連接盤19和第二連接盤22中部設(shè)置有 孔，第一連接盤19和第二連接盤22通過螺母21設(shè)于輸出軸(也就是蝸輪軸16)端部，第 一連接盤19和第二連接盤22上沿圓周方向均勻設(shè)有六個(gè)連接孔，連接支架14末端呈圓環(huán) 形盤體，該圓環(huán)形盤體中央孔的直徑大于連接盤連接螺母21外接圓的直徑，該圓環(huán)上沿其 圓周方向均勻分布設(shè)有六個(gè)連接孔15，該六個(gè)連接孔15的位置(連接孔15所處的半徑和 同水平方向的夾角)與連接盤19、22上連接孔的位置對(duì)應(yīng)一致，通過連接孔15，可以將連接 支架14與另一個(gè)關(guān)節(jié)的連接盤相連接。本實(shí)施例中大腿單元關(guān)節(jié)的連接支架與髖單元關(guān) 節(jié)的連接盤相連接，髖單元關(guān)節(jié)的連接支架與機(jī)器人與足單元減速器的輸出軸相連接。如圖6所示，手腳復(fù)用足單元中的小腿單元4包括回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、中間桿體28和夾鉗 結(jié)構(gòu)，中間桿體將回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)和夾鉗結(jié)構(gòu)相連接，回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)由連接體32、回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)42、減 速器41、第一聯(lián)軸器40和相嚙合的小錐齒輪38、大錐齒輪44構(gòu)成，減速器41通過減速器 支架43設(shè)于連接體32內(nèi)，大錐齒輪38通過螺釘39固定于軸31的端部，小錐齒輪的軸36通過軸承33設(shè)于軸承座37內(nèi)，軸承座37與連接體32固定連接，軸36的端部設(shè)有軸封35 和端蓋34，大錐齒輪的軸31與小錐齒輪的軸36相垂直，軸31通過軸承46和軸承座45設(shè) 于連接體32內(nèi)，連接體32 —端設(shè)有兩個(gè)連接板51與大腿單元的連接盤相連接，回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng) 電機(jī)42與減速器41相連接，減速器41的輸出軸通過第一聯(lián)軸器40與小錐齒輪38的軸相 連接，中間桿體28與大錐齒輪軸另一端固定連接，夾鉗結(jié)構(gòu)包括夾鉗驅(qū)動(dòng)電機(jī)30、第二減 速器29、第二聯(lián)軸器47、蝸桿26、與蝸桿嚙合的兩個(gè)蝸輪塊25、與蝸輪塊相連接的夾板24， 蝸桿26通過軸承50和軸承座48支撐于中間桿體28端部，夾鉗驅(qū)動(dòng)電機(jī)30、第二減速器 29和第二聯(lián)軸器47都設(shè)于中間桿體28內(nèi)、并依次相連，第二聯(lián)軸器47的輸出軸與蝸桿26 相連接，兩個(gè)蝸輪塊25對(duì)稱設(shè)于蝸桿26兩側(cè)，兩個(gè)蝸輪塊25通過轉(zhuǎn)軸49設(shè)于端部殼體52 上，該端部殼體與中間桿體28固定連接。中間桿體28呈圓筒狀，在該圓筒狀中間桿體上開 設(shè)有沿其軸向的槽，以便于夾鉗驅(qū)動(dòng)電機(jī)30和第二減速器29散熱。兩個(gè)夾板24中部的掌 部?jī)?nèi)側(cè)設(shè)有壓力傳感器27，當(dāng)兩個(gè)夾板24用作手對(duì)物體抓取時(shí)，壓力傳感器27對(duì)夾持物體 的加緊程度進(jìn)行反饋，將此信號(hào)反饋給機(jī)器人控制器。兩個(gè)夾板24前端設(shè)有由橡膠塊構(gòu)成 的足尖23。由于該小腿單元通過連接板與大腿單元的連接盤相連接，因此大腿單元的驅(qū)動(dòng) 電機(jī)可以使小腿單元關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)；而小腿單元的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)可以使中間桿體和夾鉗結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn) 動(dòng)，實(shí)現(xiàn)類似于人的小臂轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，再通過夾鉗驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)蝸桿和兩個(gè)蝸輪塊， 實(shí)現(xiàn)夾板的開合運(yùn)動(dòng)，對(duì)物體實(shí)現(xiàn)抓取。當(dāng)然，也可以僅僅讓兩個(gè)夾板閉合，此時(shí)該小腿單 元便作為腳來使用。因此具有該小腿單元的足單元可作為手腳復(fù)用型足單元。該手腳復(fù)用型足單元，既可以支撐在地面實(shí)現(xiàn)行走，又可以通過抬起，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體 的抓取，極大的拓展現(xiàn)有機(jī)器人的功能，能很好的適應(yīng)工作環(huán)境和任務(wù)需要的變化。同時(shí)各 個(gè)關(guān)節(jié)采用可組合式關(guān)節(jié)，這種關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于標(biāo)準(zhǔn)化，可以極大的降低設(shè)計(jì)、加工的 難度，這種組合式的結(jié)構(gòu)有很強(qiáng)的擴(kuò)展能力。而本實(shí)施中第一足單元101、第二足單元102和第三足單元103為單純的腳用途足 單元，如圖7所示，其小腿單元為剛性支撐結(jié)構(gòu)，該小腿單元包括連接架400、桿體401和足 尖402，小腿單元的連接架400與大腿單元的連接盤相連接，連接架前端設(shè)有剛性桿體401， 該桿體前端設(shè)有足尖402，足尖外側(cè)設(shè)有橡膠層。實(shí)施例2 如圖10和圖11所示，該實(shí)施例為六足機(jī)器人，是在前述實(shí)施例基礎(chǔ)上將縱梁107 加長(zhǎng)，增加一根橫梁108、第五足單元105和第六足單元106構(gòu)成的，當(dāng)然第五足單元105和 第六足單元106與機(jī)架相連處也需要設(shè)置足單元驅(qū)動(dòng)電機(jī)、足單元減速器和相應(yīng)的渦輪蝸 桿傳動(dòng)裝置。在該六足機(jī)器人中，至少有兩個(gè)足單元是手腳復(fù)用型足單元，本實(shí)施中將第五 足單元和第六足單元設(shè)為手腳復(fù)用型足單元，它們的小腿單元便采用如圖6所示的結(jié)構(gòu)。 此時(shí)，另外四個(gè)足單元可以采用圖7所示的足單元。當(dāng)然，除了上述技術(shù)方案，檢測(cè)裝置中與電機(jī)相連接的也可以是旋轉(zhuǎn)變壓器，電位 器也可以采用絕對(duì)編碼器。連接盤和連接支架上連接孔的數(shù)量也可以是三個(gè)、四個(gè)，或者別 的數(shù)量，只要連接支架上連接孔的位置與連接盤上連接孔的位置對(duì)應(yīng)，可以組裝即可。行星 齒輪減速器也可以采用其它輸入輸出同向的減速器，比如直齒輪減速器；一對(duì)相嚙合的直 齒輪也可采用一對(duì)斜齒輪代替；末端傳動(dòng)裝置也可以采用別的輸入輸出軸垂直的減速器， 比如錐齒輪副構(gòu)成的減速器，或螺旋齒輪副構(gòu)成的減速器。在四足機(jī)器人中也可以采用2個(gè)、3個(gè)或4個(gè)如圖5所示的手腳復(fù)用型足單元，相應(yīng)地六足機(jī)器人中也可以采用2個(gè)以上 的手腳復(fù)用型足單元。構(gòu)成機(jī)架的橫梁的數(shù)量可以根據(jù)機(jī)器人足單元的數(shù)量來調(diào)整，以便 于安裝足單元，并提高機(jī)架的整體強(qiáng)度。
權(quán)利要求
一種可實(shí)現(xiàn)手腳功能轉(zhuǎn)換的模塊化多足步行機(jī)器人，包括機(jī)架、分布在機(jī)架左右兩側(cè)的第一足單元、第二足單元、第三足單元、第四足單元，以及控制器構(gòu)成，該第一足單元、第二足單元、第三足單元和第四足單元均由髖單元、大腿單元和小腿單元構(gòu)成，髖單元與機(jī)架相連接，髖單元、大腿單元和小腿單元依次串聯(lián)組合，每個(gè)足單元的髖單元和大腿單元的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)相同，該關(guān)節(jié)包括殼體和設(shè)于殼體內(nèi)的電機(jī)、傳動(dòng)裝置、檢測(cè)裝置，以及設(shè)于殼體后端的兩個(gè)連接支架和設(shè)于殼體前端兩側(cè)的連接盤，其特征在于機(jī)架由縱梁和橫梁相連接構(gòu)成，第一足單元、第二足單元、第三足單元和第四足單元的髖單元與機(jī)架相連接處均設(shè)有足單元驅(qū)動(dòng)電機(jī)，該足單元驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定于機(jī)架上，足單元驅(qū)動(dòng)電機(jī)與足單元減速器連接，足單元減速器與髖單元相連接，所述傳動(dòng)裝置包括中間傳動(dòng)裝置和末端傳動(dòng)裝置，中間傳動(dòng)裝置與電機(jī)輸出軸相連接，中間傳動(dòng)裝置與末端傳動(dòng)裝置相連接，該末端傳動(dòng)裝置具有兩頭輸出軸，該兩頭輸出軸分別與一個(gè)連接盤相連接，連接盤和連接支架上均設(shè)有連接孔，大腿單元的連接支架和髖單元的連接接盤相連接，髖單元通過其殼體上的連接支架與足單元減速器的輸出軸相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)手腳功能轉(zhuǎn)換的模塊化多足步行機(jī)器人，其特征在于 所述的中間傳動(dòng)裝置包括行星齒輪減速器和兩個(gè)相嚙合的直齒輪，末端傳動(dòng)裝置是蝸輪蝸 桿減速器，行星齒輪減速器的輸入軸與電機(jī)的輸出軸相連接，行星齒輪減速器的輸出軸與 第一直齒輪相連接，第二直齒輪與蝸桿軸相連接，蝸桿軸從蝸輪兩側(cè)延伸構(gòu)成兩個(gè)輸出軸， 該兩個(gè)輸出軸上分別設(shè)有第一連接盤和第二連接盤。
3.如權(quán)利要求2所述的可實(shí)現(xiàn)手腳功能轉(zhuǎn)換的模塊化多足步行機(jī)器人，其特征在于 所述第一連接盤和第二連接盤中部設(shè)置有孔，第一連接盤和第二連接盤通過螺母設(shè)于輸出 軸端部，第一連接盤和第二連接盤上沿圓周方向設(shè)有至少兩個(gè)連接孔，連接支架末端呈圓 環(huán)形盤體，該圓環(huán)形盤體中央孔的直徑大于連接盤連接螺母外接圓的直徑，該圓環(huán)上沿其 圓周方向設(shè)有至少兩個(gè)連接孔，該至少兩個(gè)連接孔的位置與連接盤上連接孔的位置對(duì)應(yīng)一 致。
4.如權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)手腳功能轉(zhuǎn)換的模塊化多足步行機(jī)器人，其特征在于 所述檢測(cè)裝置包括設(shè)于電機(jī)后端的光電編碼器和設(shè)于一個(gè)連接盤上的電位器，該光電編碼 器與電機(jī)同軸相連。
5.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的可實(shí)現(xiàn)手腳功能轉(zhuǎn)換的模塊化多足步行機(jī)器人， 其特征在于小腿單元包括回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、中間桿體和夾鉗結(jié)構(gòu)，中間桿體將回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)和夾鉗結(jié) 構(gòu)相連接，回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)由連接體、回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器、第一聯(lián)軸器和相嚙合的小錐齒輪、大 錐齒輪構(gòu)成，連接體一端設(shè)有兩個(gè)連接板與大腿單元的連接盤相連接，回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)與減 速器相連接，減速器的輸出軸通過第一聯(lián)軸器與小錐齒輪的軸相連接，大錐齒輪軸與小錐 齒輪的軸相垂直，中間桿體與大錐齒輪軸另一端固定連接，夾鉗結(jié)構(gòu)包括夾鉗驅(qū)動(dòng)電機(jī)、第 二減速器、第二聯(lián)軸器、蝸桿、與蝸桿嚙合的兩個(gè)蝸輪塊、與蝸輪塊相連接的夾板，夾鉗驅(qū)動(dòng) 電機(jī)、第二減速器和第二聯(lián)軸器都設(shè)于中間桿體內(nèi)、并依次相連，第二聯(lián)軸器的輸出軸與蝸 桿相連接，兩個(gè)蝸輪塊對(duì)稱設(shè)于蝸桿兩側(cè)，兩個(gè)蝸輪塊通過轉(zhuǎn)軸設(shè)于端部殼體上，該端部殼 體與中間桿體固定連接。
6.如權(quán)利要求5所述的可實(shí)現(xiàn)手腳功能轉(zhuǎn)換的模塊化多足步行機(jī)器人，其特征在于 中間桿體呈圓筒狀，在該圓筒狀中間桿體上開設(shè)有沿其軸向的槽。
7.如權(quán)利要求5所述的可實(shí)現(xiàn)手腳功能轉(zhuǎn)換的模塊化多足步行機(jī)器人，其特征在于 所述兩個(gè)夾板中部的掌部?jī)?nèi)側(cè)設(shè)有壓力傳感器。
8.如權(quán)利要求5所述的可實(shí)現(xiàn)手腳功能轉(zhuǎn)換的模塊化多足步行機(jī)器人，其特征在于 所述兩個(gè)夾板前端設(shè)有由橡膠塊構(gòu)成的足尖。
9.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的可實(shí)現(xiàn)手腳功能轉(zhuǎn)換的模塊化多足步行機(jī)器 人，其特征在于所述小腿單元為剛性支撐結(jié)構(gòu)，該小腿單元包括連接架、桿體和足尖，小腿 單元的連接架與大腿單元的連接盤相連接，連接架前端設(shè)有剛性桿體，該桿體前端設(shè)有足 尖，足尖外側(cè)設(shè)有橡膠層。
10.如權(quán)利要求5所述的可實(shí)現(xiàn)手腳功能轉(zhuǎn)換的模塊化多足步行機(jī)器人，其特征在于 在機(jī)架兩側(cè)還分別設(shè)有第五足單元和第六足單元，在機(jī)架上還設(shè)有足單元驅(qū)動(dòng)電機(jī)和足單 元減速器與第五足單元和第六足單元相連接。
全文摘要
一種可實(shí)現(xiàn)手腳功能轉(zhuǎn)換的模塊化多足步行機(jī)器人，包括機(jī)架、分布在機(jī)架左右兩側(cè)的第一足單元、第二足單元、第三足單元、第四足單元，以及控制器構(gòu)成，該第一足單元、第二足單元、第三足單元和第四足單元均由髖單元、大腿單元和小腿單元構(gòu)成。在可實(shí)現(xiàn)手腳功能轉(zhuǎn)換的模塊化多足步行機(jī)器人中采用模塊化結(jié)構(gòu)組合而成，有很強(qiáng)的擴(kuò)展能力，可以極大的降低設(shè)計(jì)、加工的難度；該機(jī)器人的可組合式關(guān)節(jié)中采用具有兩頭輸出軸的末端傳動(dòng)裝置，該末端傳動(dòng)裝置只需要和一個(gè)齒輪連接就可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)連接盤的驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的功能，從而可以減少連接零件，在中間傳動(dòng)裝置可以采用一對(duì)一嚙合的齒輪副，降低齒輪的安裝位置精度，從而降低加工和裝配的難度。
文檔編號(hào)B62D57/032GK101850797SQ20101003011
公開日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2010年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月7日
發(fā)明者張小輝, 張欲曉, 方育萍, 潘春梅, 王新杰, 王良文, 陳學(xué)東, 高飛 申請(qǐng)人:鄭州輕工業(yè)學(xué)院