足式机器人的腿部结构

本发明涉及足式机器人，具体为足式机器人的腿部结构。

背景技术：

1、足式机器人凭借其在行走过程中与地面的非连续接触特性表现出了很强的适应性，因此是智能机器人中比较热门的一个种类，其能够适用于科研教育、娱乐酷玩、石油化工、安防巡检及勘探救援等多种应用场景；

2、足式机器人的腿部结构是足式机器人重要的组成部分之一，现有的足式机器人的腿部结构一般包括大腿组件、小腿组件和脚部组件，大腿组件、小腿组件和脚部组件均需要各自的驱动机构，驱动结构庞杂，会影响自身运行的稳定性，行进时脚部、小腿和膝部容易受损。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供足式机器人的腿部结构，仅需要一个行走驱动电机就可以带动大腿、小腿和脚部同步协调活动，减少驱动电机数量，提高自身运行的稳定性，可以对膝部和小腿前侧进行防护，脚部可以根据需要进行免工具的快速更换，可以有效解决背景技术中的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：足式机器人的腿部结构，包括：

3、支板，后侧安装有机体安装机构；

4、腿部行走机构，包含有活动轴一、活动大腿、活动轴二、推拉杆、活动轴三、活动轴四、旋杆、行走驱动电机、辅助腿、小腿三角活动架、活动轴五、活动轴六、小腿支杆，所述支板的左端安装有行走驱动电机，行走驱动电机前侧的输出轴固定连接旋杆的一端，旋杆的另一端安装有步幅调整机构，所述支板的右端通过活动轴一活动连接活动大腿的顶部，所述活动大腿的底端通过活动轴五活动连接小腿三角活动架的顶部右端，所述活动大腿前侧位于活动轴一下方的位置设置有凹槽，活动大腿的凹槽内通过活动轴二活动连接推拉杆的右端，所述推拉杆的左端通过活动轴四活动连接步幅调整机构，推拉杆前侧位于活动轴四右侧方的位置通过活动轴三活动连接辅助腿的顶端，辅助腿的底端通过活动轴六活动连接小腿三角活动架的顶部左侧，辅助腿平行于活动大腿，且推拉杆平行于小腿三角活动架的顶部，小腿三角活动架的底端一体成型连接小腿支杆的顶端，所述小腿支杆的底端向左倾斜设置，活动轴三、活动轴二、活动轴六和活动轴五四点顺序连线构成一个平行四边形。

5、支板通过机体安装机构安装在机器人的机体底部两侧，从而对腿部行走机构顶部安装固定，行走时，行走驱动电机工作带动自身的输出轴顺时针转动，从而带动旋杆以行走驱动电机的输出轴为中心旋动，旋杆通过活动轴四带动推拉杆左右活动，推拉杆通过活动轴二推拉着活动大腿以活动轴一为中心左右摆动，借助辅助腿的辅助可以实现小腿三角活动架和小腿支杆的左右活动，旋杆旋动的过程中，当旋杆朝左侧时，活动大腿向左摆动，当旋杆从朝左向朝上的方向活动时，借助辅助腿让小腿三角活动架和小腿支杆以活动轴五为中心顺时针活动，小腿支杆与活动大腿夹角变小，相当于抬起小腿，让脚部离开地面，在旋杆从朝上向朝右的方向活动时，活动大腿向右摆动，同时辅助腿的辅助让小腿三角活动架和小腿支杆以活动轴五为中心逆时针活动，小腿支杆与活动大腿夹角变大，相当于伸直小腿，让脚部逐步接触地面，以上动作循环往复，让小腿支杆的底部有一个近似画圆的活动轨迹，模拟人行走的大小腿动作，仅需要一个行走驱动电机就可以控制活动大腿和小腿支杆同步协调运动，减少驱动电机的使用，减少故障的发生，活动轴四与行走驱动电机输出轴之间的距离为旋杆的有效旋动半径，使用步幅调整机构可以调整活动轴四与行走驱动电机输出轴之间的距离，从而改变推拉杆左右位移的距离，从而可以改变腿部迈出步幅的大小。

6、进一步的，所述步幅调整机构包含有滑槽、调整滑块、调整螺柱、调整电机、电机安装组件，所述旋杆远离行走驱动电机的一端侧面开设有滑槽，滑槽内转动连接有调整螺柱，调整螺柱和滑槽均平行于旋杆，所述滑槽内滑动连接有调整滑块，所述调整滑块的前侧通过活动轴四活动连接推拉杆的左端，调整滑块中部的螺孔与调整螺柱螺纹连接，调整螺柱远离行走驱动电机的一端延伸至旋杆的外侧并且固定连接调整电机的输出轴，调整电机通过电机安装组件安装在旋杆上。调整电机工作带动调整螺柱转动，通过调整螺柱与调整滑块的螺纹作用可以带动调整滑块在滑槽内活动，从而改变活动轴四与行走驱动电机输出轴之间的距离，调整电机带动调整螺柱顺时针转动，则活动轴四与行走驱动电机输出轴之间的距离增大，增大腿部结构的运动步幅，调整电机带动调整螺柱逆时针转动，则活动轴四与行走驱动电机输出轴之间的距离减小，减小腿部结构的运动步幅。

7、进一步的，还包括脚部控制机构和触地脚部机构，所述脚部控制机构连接在小腿支杆和活动大腿的底部，所述脚部控制机构的底端安装有触地脚部机构。触地脚部机构作为接触地面的脚部，脚部控制机构可以带动触地脚部机构相对于小腿支杆的底部活动，随着小腿支杆的左右摆动调整触地脚部机构的角度，触地脚部机构触地后小腿支杆向上抬起的过程中，触地脚部机构右端的脚尖逐步朝下，有一个蹬地的过程，近似于人行走时脚抬起过程中脚尖蹬地，小腿支杆向上抬起后，触地脚部机构右端的脚尖逐步向上抬起，避免触地脚部机构的脚尖刮到地面上的东西而绊倒机器人。

8、进一步的，所述脚部控制机构包含有脚踝轴、转筒、控制杆、控制杆摆动传动组件、脚部连杆和角度锁定组件，小腿支杆的底部前侧固定连接有脚踝轴，脚踝轴上转动连接有转筒，转筒的顶部固定连接控制杆的底端，所述控制杆的顶端通过控制杆摆动传动组件连接活动大腿的底部，所述转筒的端部转动连接脚部连杆的顶端，且脚部连杆的顶部左侧通过角度锁定组件连接控制杆的底部。当活动大腿与小腿支杆夹角变大，活动大腿通过控制杆摆动传动组件拉动控制杆的顶端，使控制杆和脚部连杆通过转筒相对于脚踝轴顺时针活动，当活动大腿与小腿支杆夹角变小，则使控制杆和脚部连杆通过转筒相对于脚踝轴逆时针活动，从而控制触地脚部机构随着行走而相对于脚踝轴活动，以达到脚部和腿部活动的协调性，角度锁定组件可以改变脚部连杆相对于控制杆的角度，利于在行走时触地脚部机构与地面有更好的接触角度，扩大与地面的接触面积，提高行走的稳定性。

9、进一步的，所述控制杆摆动传动组件包含有活动轴七、传动杆和活动轴八，所述控制杆的顶端通过活动轴七活动连接传动杆的一端，传动杆的另一端通过活动轴八活动连接活动大腿的底部，所述活动轴八位于活动轴五的上侧方。传动杆通过活动大腿相对于小腿支杆角度的变化而推拉控制杆的顶端，让控制杆相对于脚踝轴活动，从而改变触地脚部机构与地面之间的夹角，让脚部和行走的大腿小腿协调活动，更近似于人的自然行走的腿部和脚部动作，

10、进一步的，所述角度锁定组件包含有圆弧锁定杆和锁止螺栓，所述控制杆的底部开设有锁定通槽，所述脚部连杆的顶部左侧固定连接圆弧锁定杆的一端，圆弧锁定杆以脚踝轴为中心，圆弧锁定杆的另一端穿过锁定通槽，所述圆弧锁定杆上等角度的开设有锁定孔，所述控制杆对应锁定通槽中部的位置穿插设置有锁止螺栓，所述锁止螺栓穿过圆弧锁定杆上对应的锁定孔。取出锁止螺栓，可以让脚部连杆以脚踝轴为中心转动，从而改变脚部连杆和控制杆的夹角，从而在行走过程中改变触地脚部机构与地面之间的夹角，让其行走过程更稳定，然后在圆弧锁定杆上对应的锁定孔内安装好锁止螺栓，借助圆弧锁定杆和锁止螺栓完成脚部连杆和控制杆相对位置的锁定，可以实现触地脚部机构行走姿态的微调。

11、进一步的，所述触地脚部机构包含有脚芯体、卡槽、缺槽、外脚体组件和脚端封挡组件，脚部连杆的底端一体成型连接脚芯体的右端，所述脚芯体的顶部前后侧分别开设有卡槽，所述脚芯体的底部开设有两个缺槽，所述脚芯体的外侧包裹设置有外脚体组件，所述外脚体组件的左右两端分别安装有脚端封挡组件。脚芯体上的卡槽和缺槽方便安装外脚体组件，外脚体组件作为接触地面的直接部件，受损后方便更换，脚端封挡组件对外脚体组件的前后端进行防护，避免磕碰到脚端封挡组件导致脚端封挡组件端部过快损坏。

12、进一步的，所述外脚体组件包含有半脚体、配合槽、卡块、摩擦齿、伸缩杆和拉伸弹簧，所述脚芯体的前后侧分别设置有两个半脚体，两个半脚体靠近脚芯体的一侧顶部分别开设有与脚芯体前后侧配合卡接的配合槽，两个半脚体的顶部分别固定连接有与卡槽配合卡接的卡块，两个半脚体的底部通过两个伸缩杆连接，两个伸缩杆分别位于两个缺槽内，伸缩杆上套接有拉伸弹簧，拉伸弹簧的两端分别固定连接两个半脚体，两个半脚体的底部分别设置有摩擦齿，两个半脚体相互靠近形成包裹在脚芯体外侧的脚体。拉伸弹簧具有缩短趋势，拉着伸缩杆缩短，让两个半脚体相互靠近合并成脚体，两个半脚体贴近脚芯体，使卡块与对应的卡槽卡接，使两个半脚体与脚芯体牢靠安装，向两侧用力拉动两个半脚体，可以让拉伸弹簧和伸缩杆伸长，卡块与卡槽脱离，可以快速拆卸两个半脚体，对于两个半脚体的拆装方便快捷，摩擦齿可以增大半脚体底部与地面的摩擦力，提高行走的稳定性。

13、进一步的，所述脚端封挡组件包含有端封板和封闭螺丝，所述脚体的左右端分别设置有端封板，两个端封板分别通过封闭螺丝固定在对应的半脚体的端部，端封板的四角各设有一个封闭螺丝，端封板前后两侧中的每一侧分别通过两个封闭螺丝与同一个半脚体的端部上下侧固定，端封板将脚体的端部遮挡，保护脚体的端部，避免其过快磨损而频繁的更换外脚体组件。

14、进一步的，还包括腿部防磕机构，所述腿部防磕机构包含有膝部防护组件和小腿防护组件，所述活动大腿的底部右侧安装有膝部防护组件，所述小腿三角活动架和小腿支杆的右侧安装有小腿防护组件。由于机器人的腿部结构在行进过程中膝部和小腿部前端像脚部一样容易磕碰磨损，膝部防护组件对活动大腿的底部和小腿三角活动架的右端顶部保护，小腿防护组件对小腿支杆和小腿三角活动架右侧保护，减少易损处的磨损。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本足式机器人的腿部结构，具有以下好处：

16、1、行走驱动电机工作带动自身的输出轴顺时针转动，从而带动旋杆以行走驱动电机的输出轴为中心旋动，旋杆通过活动轴四带动推拉杆左右活动，推拉杆通过活动轴二推拉着活动大腿以活动轴一为中心左右摆动，借助辅助腿的辅助可以实现小腿三角活动架和小腿支杆的左右活动，脚部控制机构控制触地脚部机构随着行走而相对于小腿支杆的底部活动，以达到脚部和腿部活动的协调性，仅需要一个行走驱动电机就可以带动大腿、小腿和脚部同步协调活动，减少驱动电机数量，提高自身运行的稳定性；

17、2、取出锁止螺栓，可以让脚部连杆以脚踝轴为中心转动，从而改变脚部连杆和控制杆的夹角，从而在行走过程中改变触地脚部机构与地面之间的夹角，让其行走过程更稳定。

18、3、膝部防护组件对活动大腿的底部和小腿三角活动架的右端顶部保护，小腿防护组件对小腿支杆和小腿三角活动架右侧保护，可以对膝部和小腿前侧进行防护，脚部可以根据需要进行免工具的快速更换。