机器人行走足脚及其控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提出一种机器人行走足脚及其控制系统，足脚具有三个骨架支部和足部，且几者之间通过轴关节连接，相互之间可以相对转动，从而可以实现足脚灵活伸展和缩回，足脚通过第一骨架支部连接到机器人主身骨上，机器人通过足脚便可灵活跨越障碍路段，并在足部的支撑下落地行走更为稳定。
【专利说明】
机器人行走足脚及其控制系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及机器人领域，特别涉及的是一种机器人行走足脚及其控制系统。
【背景技术】
[0002]随着技术的发展，机器人被应用到生产生活的各个方面。具有移动功能的机器人被广泛的应用于自动化生产车间的物料搬运、星际探索、海洋开发、服务、医疗护理、建筑、农林业、特种行业(核、污染环境等)、军事等。
[0003]让机器人动起来最简单最直接的方法就是给他装上轮子，即轮式机构。这种车轮式〃脚〃能高速稳定地运动，结构简单，操作方便，但是对路面的要求比较高，仅适用于平坦地面移动。当遇到路面凹凸不平、甚至有高低错层的情况时，则机器人无法通过，现有的方式一般会采用机器人绕道而行，以避过障碍路段，但是很容易使得机器人偏离预设轨道行走、出现差错，且依然无法解决高低错层的路况中行走的问题。因此，目前的机器人需要能够在障碍路段进行行走的足脚。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种机器人行走足脚，动作灵活，行走稳定。
[0005]为解决上述问题，本实用新型提出一种机器人行走足脚，包括:第一骨架支部、第二骨架支部、第三骨架支部和足部;所述第一骨架支部的第一端用来连接机器人主身骨，第二端上设有第一关节轴孔部;所述第二骨架支部的第一端设有第一关节轴部，第二端设有第二关节轴部，所述第一关节轴孔部可转动连接在所述第一关节轴部上、从而所述第一骨架支部相对所述第二骨架支部可转动;所述第三骨架支部的第一端设有第二关节轴孔部，第二端设有第三关节轴部，所述第二关节轴孔部可转动连接在所述第二关节轴部上、从而所述第三骨架支部相对所述第二骨架支部可转动;所述足部的第一端设有第三关节轴孔部，第二端用来落地行走，所述第三关节轴孔部可转动连接在所述第三关节轴部上、从而所述足部相对所述第三骨架支部可转动。
[0006]根据本实用新型的一个实施例，所述第一骨架支部为第一U型块，第一U型块的开口端设有用于连接机器人主身骨的连接部，第一 U型块的封闭端设有所述第一关节轴孔部；所述的第二骨架支部由第二 U型块和第三U型块连接而成，所述第二 U型块的开口端设有所述第一关节轴部，所述第二 U型块的封闭端和所述第三U型块的封闭端固定连接，所述第三U型块的开口端设有所述第二关节轴部;所述第三骨架支块为第四U型块，所述第四U型块的封闭端设有所述第二关节轴孔部，所述第四U型块的开口端设有所述第三关节轴部。
[0007]根据本实用新型的一个实施例，各关节轴孔部为一带有轴孔的固定块，所述固定块内设有直流伺服电机，各关节轴部为固定连接在U型块的开口端两侧上的固定轴，各固定轴穿设在相应的固定块的轴孔中。
[0008]根据本实用新型的一个实施例，固定块的轴孔两端上分别具有沿孔设置的垫圈。
[0009]根据本实用新型的一个实施例，所述足部为L型块，其中，L型块的竖部的上半部朝其横部一侧弯折一定角度。
[0010]根据本实用新型的一个实施例，所述第一骨架支部和第一关节轴孔部一体成型，所述第三骨架支部和第二关节轴孔部一体成型，所述足部和第三关节轴孔部一体成型;所述第二关节轴部和所述第三关节轴部异面垂直。
[0011]根据本实用新型的一个实施例，第一关节轴部和第二关节轴部可拆卸连接在所述第二骨架支部上，所述第三关节轴部可拆卸连接在所述第三骨架支部上。
[0012]本实用新型还提供一种如前述所述的机器人行走足脚的控制系统，包括:
[0013]第一数字舵机，用以驱动所述第一关节轴孔部相对所述第一关节轴部转动；
[0014]第二数字舵机，用以驱动所述第二关节轴孔部相对所述第二关节轴部转动；
[0015]第三数字舵机，用以驱动所述第三关节轴孔部相对所述第三关节轴部转动；
[0016]控制器，用以传输控制信号给所述第一数字舵机、第二数字舵机和第三数字舵机，从而控制各数字舵机的驱动。
[0017]根据本实用新型的一个实施例，所述第一数字舵机、第二数字舵机和第三数字舵机通过通信总线串接在一起;所述控制器内预设有各数字舵机的舵机标识，并在控制信号中携带所述舵机标识，通过通信总线传输控制信号给各数字舵机，各数字舵机根据控制信号中的舵机标识接收各自的控制信号。
[0018]根据本实用新型的一个实施例，所述第一数字舵机设置在所述第一关节轴孔部内，所述第二数字舵机设置在所述第二关节轴孔部内，所述第三数字舵机设置在所述第三关节轴孔部内。
[0019]采用上述技术方案后，本实用新型相比现有技术具有以下有益效果:足脚具有三个骨架支部和足部，且几者之间通过轴关节连接，相互之间可以相对转动，从而可以实现足脚灵活伸展和缩回，足脚通过第一骨架支部连接到机器人主身骨上，机器人通过足脚便可灵活跨越障碍路段，并在足部的支撑下落地行走更为稳定。
【附图说明】
[0020]图1为本实用新型一实施例的机器人行走足脚的结构示意图；
[0021]图2为本实用新型一实施例的足部和第三骨架支部连接的结构示意图；
[0022]图3为本实用新型一实施例的机器人行走足脚的控制系统的结构框图。
[0023]图中标记说明:
[0024]1-第一骨架支部，11-连接部，12-第一关节轴孔部，2-第二骨架支部，21-第一关节轴部，22-第二关节轴部，3-第三骨架支部，31-第二关节轴孔部，32-第三关节轴部，4-足部，41-第三关节轴孔部，42-弯折部，5-垫圈，61-第一数字舵机，62-第二数字舵机，63-第三数字舵机，7-控制器。
【具体实施方式】
[0025]为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】做详细的说明。
[0026]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。
[0027]参看图1，本实施例的机器人行走足脚，包括依次相连的第一骨架支部1、第二骨架支部2、第三骨架支部3和足部4。足脚的运动范围和灵活度较大，移动自如，步态控制更加方便，足脚的长度适中，各活动连接部件的受力情况合适，对电机的负荷较小。
[0028]第一骨架支部I的第一端设置连接部11，用来连接机器人主身骨，第一骨架支部I的第二端上设有第一关节轴孔12。第二骨架支部2的第一端设有第一关节轴部21，第二骨架支部2的第二端设有第二关节轴部22，第一关节轴孔部12可转动连接在第一关节轴部21上、从而第一骨架支部I相对第二骨架支部2可转动。第三骨架支部3的第一端设有第二关节轴孔部31，第三骨架支部3的第二端设有第三关节轴部32，第二关节轴孔部31可转动连接在第二关节轴部22上、从而第三骨架支部3相对第二骨架支部2可转动。足部4的第一端设有第三关节轴孔部41，足部4的第二端用来落地行走，第三关节轴孔部41可转动连接在第三关节轴部32上、从而足部4相对第三骨架支部3可转动。
[0029]第二骨架支部2的两端均设置为关节轴部，可以集中足脚的承受力，增强足脚的强度。
[0030]在一个实施例中，第一骨架支部I为第一U型块，第一U型块的开口端设有用于连接机器人主身骨的连接部11，第一 U型块的封闭端(相对开口端的一端)设有第一关节轴孔部12。第二骨架支部2由第二 U型块和第三U型块连接而成，第二 U型块的开口端设有第一关节轴部21，第二 U型块的封闭端和第三U型块的封闭端固定连接，第三U型块的开口端设有第二关节轴部22。第三骨架支块3为第四U型块，第四U型块的封闭端设有第二关节轴孔部31，第四U型块的开口端设有第三关节轴部32。骨架支部全部设置为U型块可以使得足脚更为轻便，可以骨架支部、足部之间的可承受力更大，从而能够用于更大规模的机器人的足脚行走。
[0031]各关节轴孔部可以为一带有轴孔的固定块，如图1所示，该固定块呈长方体状，在靠近关节轴部的位置开设有两侧贯通的轴孔。固定块内设有直流伺服电机，直流伺服电机用来驱动关节轴孔部和关节轴部的相对转动，各关节轴部为固定连接在U型块的开口端两侧上的固定轴，各固定轴穿设在相应的固定块的轴孔中，固定块可在直流伺服电机的驱动下绕固定轴转动。
[0032]固定块与固定轴之间的运动最好仅限于相对转动，固定块无法在固定轴上滑动。为了减轻固定块与U型块的开口端两侧撞击与摩擦，参看图2，各固定块的轴孔两端上分别具有沿孔设置的垫圈5，起到减振、阻隔的作用。
[0033]优选的，足部4为L型块，其中，L型块的竖部的上半部朝其横部一侧弯折一定角度，横部上设置第三关节轴孔部，竖部用来落地支撑、行走，在行走过程中足脚的骨架会弯曲，足部的竖部弯曲可以使得重心与落地支撑点尽可能地在同一条竖直线上，从而可以保持机器人行走过程的稳定性。在足脚安装时，足部的弯折部42朝向机器人主身骨，从而可以使得各足脚呈靠拢趋势，进一步保持机器人的稳定性。
[0034]较佳的，第一骨架支部I和第一关节轴孔部12—体成型，第三骨架支部3和第二关节轴孔部31—体成型，足部4和第三关节轴孔部41 一体成型。足脚的各部件的制材例如可以是金属材料或者塑料等。第二关节轴部22和第三关节轴部32异面垂直，从而可以实现足脚在三维空间的运动，增加运动灵活度。
[0035]第一关节轴部21和第二关节轴部22可拆卸连接在第二骨架支部2上，第三关节轴部32可拆卸连接在第三骨架支部3上。从而可以便于各骨架支部、足部的组装。
[0036]参看图3，本实施例的机器人行走足脚的控制系统，包括:第一数字舵机61，第二数字舵机62，第三数字舵机63和控制器7。
[0037]控制器7传输控制信号给第一数字舵机61、第二数字舵机62和第三数字舵机63，从而控制各数字舵机的驱动，控制信号可以由人工输入生成，也可以响应于其他信号而生成。第一数字舵机61根据控制信号而驱动第一关节轴孔部12相对第一关节轴部21转动。第二数字舵机62根据控制信号而驱动第二关节轴孔部31相对第二关节轴部22转动;第三数字舵机63根据控制信号而驱动第三关节轴孔部41相对第三关节轴部32转动。
[0038]在一个实施例中，第一数字舵机61、第二数字舵机62和第三数字舵机63通过通信总线串接在一起;控制器7内预设有各数字舵机的舵机标识，并在控制信号中携带舵机标识，通过通信总线传输控制信号给各数字舵机，各数字舵机根据控制信号中的舵机标识接收各自的控制信号，控制方式更简单。
[0039]可选的，第一数字舵机61设置在第一关节轴孔部12内，第二数字舵机62设置在第二关节轴孔部31内，第三数字舵机63设置在第三关节轴孔部41内，从而保护数字舵机不受外界环境影响，具体是在固定块内部，当然不影响轴孔与轴之间的连接。
[0040]本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。
【主权项】
1.一种机器人行走足脚，其特征在于，包括:第一骨架支部、第二骨架支部、第三骨架支部和足部;所述第一骨架支部的第一端用来连接机器人主身骨，第二端上设有第一关节轴孔部;所述第二骨架支部的第一端设有第一关节轴部，第二端设有第二关节轴部，所述第一关节轴孔部可转动连接在所述第一关节轴部上、从而所述第一骨架支部相对所述第二骨架支部可转动;所述第三骨架支部的第一端设有第二关节轴孔部，第二端设有第三关节轴部，所述第二关节轴孔部可转动连接在所述第二关节轴部上、从而所述第三骨架支部相对所述第二骨架支部可转动;所述足部的第一端设有第三关节轴孔部，第二端用来落地行走，所述第三关节轴孔部可转动连接在所述第三关节轴部上、从而所述足部相对所述第三骨架支部可转动。2.如权利要求1所述的机器人行走足脚，其特征在于，所述第一骨架支部为第一U型块，第一 U型块的开口端设有用于连接机器人主身骨的连接部，第一 U型块的封闭端设有所述第一关节轴孔部;所述的第二骨架支部由第二 U型块和第三U型块连接而成，所述第二 U型块的开口端设有所述第一关节轴部，所述第二 U型块的封闭端和所述第三U型块的封闭端固定连接，所述第三U型块的开口端设有所述第二关节轴部;所述第三骨架支块为第四U型块，所述第四U型块的封闭端设有所述第二关节轴孔部，所述第四U型块的开口端设有所述第三关节轴部。3.如权利要求2所述的机器人行走足脚，其特征在于，各关节轴孔部为一带有轴孔的固定块，所述固定块内设有直流伺服电机，各关节轴部为固定连接在U型块的开口端两侧上的固定轴，各固定轴穿设在相应的固定块的轴孔中。4.如权利要求3所述的机器人行走足脚，其特征在于，固定块的轴孔两端上分别具有沿孔设置的垫圈。5.如权利要求1所述的机器人行走足脚，其特征在于，所述足部为L型块，其中，L型块的竖部的上半部朝其横部一侧弯折一定角度。6.如权利要求1所述的机器人行走足脚，其特征在于，所述第一骨架支部和第一关节轴孔部一体成型，所述第三骨架支部和第二关节轴孔部一体成型，所述足部和第三关节轴孔部一体成型;所述第二关节轴部和所述第三关节轴部异面垂直。7.如权利要求6所述的机器人行走足脚，其特征在于，第一关节轴部和第二关节轴部可拆卸连接在所述第二骨架支部上，所述第三关节轴部可拆卸连接在所述第三骨架支部上。8.—种如权利要求1-7中任意一项所述的机器人行走足脚的控制系统，其特征在于，包括: 第一数字舵机，用以驱动所述第一关节轴孔部相对所述第一关节轴部转动； 第二数字舵机，用以驱动所述第二关节轴孔部相对所述第二关节轴部转动； 第三数字舵机，用以驱动所述第三关节轴孔部相对所述第三关节轴部转动； 控制器，用以传输控制信号给所述第一数字舵机、第二数字舵机和第三数字舵机，从而控制各数字舵机的驱动。9.如权利要求8所述的机器人行走足脚的控制系统，其特征在于，所述第一数字舵机、第二数字舵机和第三数字舵机通过通信总线串接在一起;所述控制器内预设有各数字舵机的舵机标识，并在控制信号中携带所述舵机标识，通过通信总线传输控制信号给各数字舵机，各数字舵机根据控制信号中的舵机标识接收各自的控制信号。10.如权利要求9所述的机器人行走足脚的控制系统，其特征在于，所述第一数字舵机设置在所述第一关节轴孔部内，所述第二数字舵机设置在所述第二关节轴孔部内，所述第三数字舵机设置在所述第三关节轴孔部内。
【文档编号】B25J9/18GK205614683SQ201620417462
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年5月10日
【发明人】钱昕
【申请人】苏州工业职业技术学院