双足机器人足部伸缩装置变形机构的制作方法

本实用新型涉及机器人技术领域，特别涉及一种双足机器人足部伸缩装置变形机构。

背景技术：

近年来，随着信息技术、自动化控制术、通讯技术等的实用新型，使机器人的自动化、智能化程度越来越高，机器人越来越多的进入人们的日常生活，改变人的生活方式成为可能，设计巧妙的机器人不仅代替人类完成各种作业，并可以在很多方面扩展人类的能力，在各种领域中发挥着重要的作用。

目前，市面上的双足机器人只能实现行走运动，当其不进行爬楼梯、跨越障碍物运动时，运动十分缓慢，无法在要求速度快和能耗低的环境中快速完成任务。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种双足机器人足部伸缩装置变形机构，以解决双足机器人只能实现行走运动，当其不进行爬楼梯、跨越障碍物运动时，运动十分缓慢的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种双足机器人足部伸缩装置变形机构，包括安装在机器人双足上的两组伸缩机构及分别与两组伸缩机构连接的两组行走机构；

所述伸缩机构包括固定架、伸缩驱动电机和伸缩传动装置，所述固定架与机器人的足部连接，所述伸缩驱动电机和伸缩传动装置安装在所述固定架上、且所述伸缩驱动电机的输出轴与所述伸缩传动装置连接；

所述行走机构包括支撑架、行走驱动电机及行走轮，其中支撑架与所述伸缩传动装置连接，所述行走驱动电机和行走轮均安装在支撑架上、且所述行走驱动电机的输出轴与行走轮连接，所述行走驱动电机可驱动所述行走轮转动；

所述伸缩机构驱动与其连接的所述行走机构伸缩，从而实现双足机器人的行走运动和双轮平衡运动之间的切换。

所述固定架上沿竖直方向设有滑槽，所述支撑架通过滑块a与所述滑槽滑动连接。

所述伸缩传动装置包括凸轮、滚子及推杆，其中凸轮通过转轴安装在所述固定架上、且与所述伸缩驱动电机的输出轴连接，所述凸轮上沿周向设有凹槽，所述推杆与所述支撑架连接，所述推杆上设有滑块a和滚子，所述滑块a与所述固定架上的滑槽滑动连接，所述滚子容置于所述凸轮上的凹槽内。

所述伸缩传动装置进一步包括单向旋转制动装置，所述单向旋转制动装置包括棘轮和止动爪，所述棘轮与所述凸轮同轴安装，所述止动爪的一端铰接在所述固定架上，另一端与所述棘轮的齿啮合，所述止动爪限制所述凸轮反向旋转。

所述伸缩传动装置进一步包括蜗杆和蜗轮，其中蜗轮与所述凸轮同轴安装，所述蜗杆可转动地安装在所述固定架上、且与所述蜗轮啮合，所述蜗杆与所述伸缩驱动电机的输出轴连接。

所述伸缩传动装置包括左右旋丝杠、左旋丝母、右旋丝母、套筒及剪差机构，其中左右旋丝杠可转动地安装在所述固定架上、且与所述伸缩驱动电机的输出轴连接，所述左旋丝母和右旋丝母分别与左右旋丝杠螺纹连接，所述左旋丝母和右旋丝母的外侧分别套设有一个套筒，两个所述套筒与所述剪差机构的上端铰接，所述剪差机构的下端与所述支撑架铰接。

所述伸缩传动装置包括蜗杆、蜗轮、齿轮及齿条，其中蜗杆和蜗轮可转动地安装在所述固定架上、且相互啮合，所述蜗杆与所述伸缩驱动电机的输出轴连接，所述齿轮与所述蜗轮同轴安装，所述齿条的下端与所述支撑架固定连接，上端与所述固定架滑动连接，所述齿条与所述齿轮啮合。

所述伸缩传动装置包括丝杠、丝母及导轨a，其中丝杠与所述固定架可转动地连接、且与所述伸缩驱动电机的输出轴连接，所述丝母与丝杠螺纹连接，所述导轨a与所述丝母和所述支撑架固定连接，所述导轨a与所述固定架滑动连接。

所述固定架为中空的圆柱体结构，所述导轨a置于所述固定架内、且与所述固定架的内壁滑动连接。

所述伸缩传动装置包括滑块b、曲柄、连杆及导轨b，其中导轨b沿竖直方向安装在所述固定架上，所述曲柄的一端与所述伸缩驱动电机的输出轴连接，另一端与所述连杆的一端连接，所述连杆的另一端与所述滑块b连接，所述滑块b安装在所述支撑架上、且与所述导轨b滑动连接。

本实用新型的优点及有益效果是：本实用新型在双足机器人足的位置上放置伸缩装置，该装置固定在双足上，通过电机驱动伸缩装置控制行走轮伸缩运动，使双足机器人在一定环境下变换成双轮平衡机器人。实用新型可以充分利用双足机器人和平衡机器人各自运动的优越性。

附图说明

图1为本实用新型中双足机器人行走状态的示意图；

图2为本实用新型中双足机器人双轮平衡运动状态的示意图；

图3为本实用新型实施例一的结构示意图；

图4为图3的俯视图；

图5为图3的左视图；

图6为本实用新型实施例一的爆炸视图；

图7为本实用新型实施例一中棘轮和凸轮的结构示意图；

图8为本实用新型实施例一中轮胎的安装示意图；

图9为本实用新型实施例二的结构示意图；

图10为本实用新型实施例二中去除固定架后的结构示意图；

图11为图9的俯视图；

图12为图9的左视图；

图13为本实用新型实施例二的爆炸视图；

图14为本实用新型实施例三的结构示意图；

图15为本实用新型实施例三的局部剖视图；

图16为本实用新型实施例三的爆炸图；

图17为本实用新型实施例四的结构示意图；

图18为本实用新型实施例四的局部剖视图；

图19为图17的俯视图；

图20为图17的左视图；

图21为本实用新型实施例四的爆炸图；

图22为本实用新型实施例五的结构示意图；

图23为图22的俯视图；

图24为图22的左视图；

图25为本实用新型实施例五的爆炸图；

图26为本实用新型实施例六的结构示意图；

图27为本实用新型实施例六的剖视图；

图28为图26的俯视图；

图29为图26的左视图；

图30为本实用新型实施例六的爆炸图。

图中：1为伸缩驱动电机，2为棘轮，3为转轴，4为轴承a，5为凸轮，6为滚子，7为轴承b，8为行走轮，9为行走驱动电机，10为支撑架，11为固定架，12为止动爪，13为蜗杆，14为蜗轮，15为轴承c，16为齿轮，17为齿条，18为轴承d，19为丝杠，20为丝母，21为导轨a，22为滑块b，23为曲柄，24为连杆，25为导轨b，26为左右旋丝杠，27为左旋丝母，28为左套筒，29为剪差机构，30为右套筒，31为右旋丝母，M为足部，A为滑块a，B为滑槽，C为凹槽，D为推杆，E为铰轴，F为导向面，N为齿条背面。

具体实施方式

现有的双足机器人只能实现行走运动，当其不进行爬楼梯、跨越障碍物运动时，运动十分缓慢，无法在要求速度快和能耗低的环境中快速完成任务。

本实用新型的设计构思是：针对现有的双足机器人只能实现行走运动，当其不进行爬楼梯、跨越障碍物运动时，运动十分缓慢，无法在要求速度快和能耗低的环境中快速完成任务的问题，本实用新型在双足机器人足的位置上设置伸缩机构及与伸缩机构连接的行走机构，通过电机驱动伸缩机构，从而控制行走机构进行伸缩运动，使双足机器人在一定环境下变换成双轮平衡机器人，该设计可以充分利用双足机器人和双轮平衡机器人各自运动的优越性。

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述。

如图1-2所示，本实用新型提供的一种双足机器人足部伸缩装置变形机构，包括安装在机器人双足上的两组伸缩机构及分别与两组伸缩机构连接的两组行走机构；

所述伸缩机构包括固定架、伸缩驱动电机和伸缩传动装置，所述固定架与机器人的足部M固定连接，所述伸缩驱动电机和伸缩传动装置安装在所述固定架上、且所述伸缩驱动电机的输出轴与所述伸缩传动装置连接；

如图2所示，所述行走机构包括支撑架10、行走驱动电机9及行走轮8，其中支撑架10与所述伸缩传动装置连接，行走驱动电机9和行走轮8均安装在支撑架10上、且所述行走驱动电机的输出轴与行走8连接，行走驱动电机9可驱动行走轮8转动；

所述伸缩机构驱动与其连接的所述行走机构伸缩，从而实现双足机器人的行走运动和双轮平衡运动之间的切换。

实施例一

如图3-8所示，本实用新型提供的一种双足机器人足部伸缩装置变形机构，包括安装在机器人双足上的两组伸缩机构及分别与两组伸缩机构连接的两组行走机构；所述伸缩机构包括固定架11、伸缩驱动电机1和伸缩传动装置，固定架11与机器人的足部M固定连接，伸缩驱动电机1和伸缩传动装置安装在固定架11上、且伸缩驱动电机1的输出轴与所述伸缩传动装置连接。

所述行走机构包括支撑架10、行走驱动电机9及行走轮8，其中支撑架10与所述伸缩传动装置连接，行走轮8通过轴承b7可转动地安装在支撑架10上，行走驱动电机9安装在支撑架10上、且输出轴与行走轮8连接，行走驱动电机9可驱动行走轮8转动。

所述伸缩传动装置包括转轴3、凸轮5、滚子6及推杆D，其中转轴3通过轴承a4安装在固定架11上，凸轮5套装在转轴3上、且与伸缩驱动电机1的输出轴连接，凸轮5上沿周向设有凹槽C，推杆D与支撑架10连接，推杆D上设有滑块aA和滚子6，滑块aA与固定架11上的滑槽B滑动连接，滚子6容置于凸轮5上的凹槽C内，支撑架10上的推杆D通过滚子6和凸轮5上的凹槽C接触配合。

本实施例中，固定架11上的滑槽B为燕尾槽。支撑架10上的滑块aA和固定架11上的燕尾槽相对移动。

所述伸缩传动装置进一步包括单向旋转制动装置，所述单向旋转制动装置包括棘轮2和止动爪12，棘轮2与凸轮5同轴安装，即套装在转轴3上，止动爪12的通过铰轴E与固定架11可转动连接，另一端与棘轮2的齿啮合，止动爪12限制凸轮5反向旋转。

支撑架10上的滑块aA和固定架11上的燕尾槽移动配合，止动爪12沿固定架11上的铰轴E作旋转运动，止动爪12和棘轮2保持接触。凸轮5和棘轮2构成的力封闭凸轮机构和棘轮机构，带动行走轮8上下直线伸缩，棘轮机构具有单向旋转功能，起到安全保护作用。

本实用新型的工作原理是：

伸缩驱动电机1驱动转轴3使棘轮2和凸轮5旋转，支撑架10上的滑块aA和固定架11上的燕尾槽相对移动，支撑架10上的推杆D、凸轮5和滚子6组成力封闭凸轮机构，带动行走轮8上下直线运动，双足机器人足底部离开地面，由两个行走轮8支撑，实现双足机器人行走运动和双轮平衡运动切换，其中行走轮8和地面接触点在双足机器人重心铅锤面上。棘轮机构具有单向旋转特性，止动爪12可以防止棘轮2反向转动，起到安全保护作用，即当双足机器人双轮着地时，行走轮8传递给转轴3上的反向扭矩不会传递给伸缩驱动电机1上，此时伸缩驱动电机1不需要输出转矩，节约能量。

本实用新型实施例一相对于现有产品的有益效果及优点是：

现市面上的产品主要集中在双足机器人和轮式机器人各自结构上，没有设计相应的结构实现双足机器人在行走运动和双轮平衡运动切换。

本实用新型实施例一采用力封闭凸轮和棘轮机构实现伸缩装置上下直线运动，此机构将伸缩装置设计在双足机器人足的位置，使双足机器人可以实现行走运动和双轮平衡运动切换，该设计可以充分利用双足机器人步行运动爬楼梯、跨越障碍物和平衡机器人移动迅速、可以在狭窄空间移动的优越性。该设计利用了棘轮单向旋转特性，起到安全保护作用。当双足机器人在行走运动或者双轮平衡运动时，伸缩驱动电机1不需要输出力矩，节约能量。

实施例二

如图9-13所示，所述伸缩传动装置包括转轴3、凸轮5、蜗杆13、蜗轮14、滚子6及推杆D，其中转轴3通过轴承a4安装在固定架11上，凸轮5套装在转轴3上、且与伸缩驱动电机1的输出轴连接，凸轮5上沿周向设有凹槽C，推杆D与支撑架10连接，推杆D上设有滑块aA和滚子6，滑块aA与固定架11上的滑槽B滑动连接，滚子6容置于凸轮5上的凹槽C内，支撑架10上的推杆D通过滚子6和凸轮5上的凹槽C接触配合。蜗轮14与凸轮5同轴安装，蜗杆13通过轴承c15可转动地安装在固定架11上、且与蜗轮14啮合，蜗杆13与伸缩驱动电机1的输出轴连接。

伸缩驱动电机1驱动由蜗杆13和凸轮5分别构成的蜗轮蜗杆机构和力封闭凸轮机构，带动行走轮8上下直线伸缩，蜗轮蜗杆机构具有反向自锁，起到安全保护作用。

本实用新型的工作原理是：

蜗杆13和蜗轮14啮合，伸缩驱动电机1驱动蜗杆13转动，使和蜗杆13啮合的蜗轮14转动，带动固定在同一转轴3上的凸轮5转动，支撑架10上的推杆D、凸轮5和滚子6组成力封闭凸轮机构，带动行走轮8上下直线运动，双足机器人足底部离开地面，由两个行走轮8支撑，实现双足机器人行走运动和双轮平衡运动切换，其中行走轮8和地面接触点在双足机器人重心铅锤面上。蜗轮蜗杆机构有反向自锁特性，起到安全保护作用，即当双足机器人双轮着地时，行走轮8传递给蜗杆13上的反向扭矩不会传递给伸缩驱动电机1上，此时伸缩驱动电机1不需要输出转矩，节约能量。

本实用新型实施例二与现有产品的相比具有以下优点及有益效果：

现市面上的产品主要集中在双足机器人和轮式机器人各自结构上，没有设计相应的结构实现双足机器人在行走运动和双轮平衡运动切换。

本实用新型实施例二采用力封闭凸轮和蜗轮蜗杆机构实现伸缩装置上下直线运动，此机构将伸缩装置设计在双足机器人足的位置，使双足机器人可以实现行走运动和双轮平衡运动切换，该设计可以充分利用双足机器人步行运动爬楼梯、跨越障碍物和平衡机器人移动迅速、可以在狭窄空间移动的优越性。该设计利用了蜗轮蜗杆反向自锁特性，起到安全保护作用。当双足机器人在行走运动或者双轮平衡运动时，伸缩驱动电机1不需要输出力矩，节约能量。

实施例三

如图14-16所示，所述伸缩传动装置包括蜗杆13、蜗轮14、齿轮16及齿条17，其中蜗杆13通过轴承c15可转动地安装在固定架11上、与伸缩驱动电机1的输出轴连接，蜗轮14和齿轮16通过转轴3可转动地安装在固定架11上，蜗轮14与蜗杆13啮合。齿条17的下端与支撑架10固定连接，上端与固定架11滑动连接，齿轮16与齿条17啮合。

进一步地，固定架上设有导向面F，齿条16的齿条背面N与固定架上的导向面F接触，可相对滑动。

本实用新型的工作原理是：

伸缩驱动电机1驱动蜗杆13带动蜗轮14运动，蜗轮14和齿轮16固定在转轴3上，齿轮16和齿条17啮合运动。支撑架10固定在齿条17上，带动行走轮8跟随齿条17上下直线运动，双足机器人足底部离开地面，由两个行走轮8支撑，实现双足机器人行走运动和双轮平衡运动切换，其中行走轮8和地面接触点在双足机器人重心铅锤面上。蜗轮14和蜗杆13有反向自锁特性，蜗轮14不能带动蜗杆13转动，起到安全保护作用。

本实用新型实施例三相对于现有产品的优点及有益效果是：

现市面上的产品主要集中在双足机器人和轮式机器人各自结构上，没有设计相应的结构实现双足机器人在行走运动和双轮平衡运动切换。

本实用新型实施例三采用齿轮齿条机构实现伸缩装置上下直线伸缩运动，此机构将伸缩装置设计在双足机器人足的位置，使双足机器人可以实现行走运动和双轮平衡运动切换，该设计可以充分利用双足机器人步行运动爬楼梯、跨越障碍物和平衡机器人运动迅速、可以在狭窄空间运行等优越性。该设计中蜗轮蜗杆有反向自锁特性，起到安全保护作用。

实施例四

如图17-21所示，所述伸缩传动装置包括丝杠19、丝母20及导轨a21，其中丝杠19通过轴承d18与固定架11可转动地连接、且与伸缩驱动电机1的输出轴连接，丝母20与丝杠19螺纹连接，形成螺纹副。导轨a21与丝母20和支撑架10固定连接，导轨a21与固定架11滑动连接。

进一步地，固定架11为中空的圆柱体结构，导轨a21置于固定架11的中空腔体内、且与固定架11的内壁滑动连接。导轨a21和固定架11内侧之间实现上下直线移动。丝杠19为梯形丝杠。

本实用新型的工作原理是：

伸缩驱动电机1驱动丝杠19作旋转运动，丝杠19带动丝母20上下移动，使行走轮8上下运动，双足机器人足底部离开地面，由两个行走轮8支撑，实现双足机器人行走运动和双轮平衡运动切换，其中行走轮和地面接触点在双足机器人重心的铅锤面上。梯形丝杠有一定的自锁能力，起到安全保护作用，即当双足机器人双轮着地时，行走轮8传递给丝母20的反向作用力不会驱动梯形丝杠转动，此时伸缩驱动电机1不需要输出转矩，节约能量。

本实用新型实施例四相对于现有产品的优点及有益效果是：

现市面上的产品主要集中在双足机器人和轮式机器人各自结构上，没有设计相应的结构实现双足机器人在行走运动和双轮平衡运动切换。

本实用新型实施例四采用梯形丝杠机构实现伸缩装置上下直线伸缩运动，此机构将伸缩装置设计在双足机器人足的位置，使双足机器人可以实现行走运动和双轮平衡运动切换，该设计可以充分利用双足机器人步行运动爬楼梯、跨越障碍物和平衡机器人移动迅速、可以在狭窄空间移动的优越性。该设计利用了梯形丝杠的自锁特性，起到安全保护作用。当双足机器人在行走运动或者双轮平衡运动时，伸缩驱动电机1不需要输出力矩，节约能量。

实施例五

如图22-25所示，所述伸缩传动装置包括滑块b22、曲柄23、连杆24及导轨b25，其中导轨b25沿竖直方向安装在固定架11上，曲柄23的一端与伸缩驱动电机1的输出轴连接，另一端与连杆24的一端连接，连杆24的另一端与滑块b22连接，滑块b22安装在支撑架10上、且与导轨b25滑动连接。

本实用新型的工作原理是：

伸缩驱动电机1驱动曲柄23带动连杆24转动，连杆24带动滑块22沿导轨25移动，构成曲柄滑块机构，使行走轮8上下运动，双足机器人足底部离开地面，由两个行走轮8支撑，实现双足机器人行走运动和双轮平衡运动切换，其中行走轮8和地面接触点在双足机器人重心铅锤面上。曲柄滑块机构存在死点，起到安全保护作用，即当曲柄23和连杆24共线时，行走轮8传递给滑块22的反向作用力不会驱动曲柄23转动，此时伸缩驱动电机1不需要输出转矩，节约能量。

本实用新型实施例五相对于现有产品的优点及有益效果是：

现市面上的产品主要集中在双足机器人和轮式机器人各自结构上，没有设计相应的结构实现双足机器人在行走运动和双轮平衡运动切换。

本实用新型实施例五采用曲柄滑块机构实现伸缩装置上下直线伸缩运动，此机构将伸缩装置设计在双足机器人足的位置，使双足机器人可以实现行走运动和双轮平衡运动切换，该设计可以充分利用双足机器人步行运动爬楼梯、跨越障碍物和平衡机器人移动迅速、可以在狭窄空间移动的优越性。该设计利用了曲柄滑块机构死点，起到安全保护作用。当双足机器人在行走运动或者双轮平衡运动时，伸缩驱动电机1不需要输出力矩，节约能量。本实用新型结构紧凑，节省空间。

实施例六

如图26-30所示，所述伸缩传动装置包括左右旋丝杠26、左旋丝母27、右旋丝母31、左套筒28、右套筒30及剪差机构29，其中左右旋丝杠26通过轴承c15可转动地安装在固定架11上、且与伸缩驱动电机1的输出轴连接，左旋丝母27和右旋丝母31分别与左右旋丝杠26螺纹连接，左旋丝母27和右旋丝母31的外侧分别套设有左套筒28和右套筒30，左套筒28和右套筒30与剪差机构29的上端铰接，剪差机构29的下端与支撑架10铰接。

进一步地，固定架11上沿竖直方向设有滑槽B，支撑架10通过滑块aA与滑槽B滑动连接，本实施例中，滑槽B为燕尾槽。左右旋丝杠26为梯形丝杠。

本实用新型实施例六的工作原理是：

伸缩驱动电机1驱动左右旋丝杠26，使固定在左旋丝母27和右旋丝母31上的左套筒28和右套筒30相对或者相向运动，带动剪差机构29伸缩运动，剪差机构29带动行走轮8上下直线运动，双足机器人足底部离开地面，由两个行走轮8支撑，实现双足机器人行走运动和双轮平衡运动切换，其中行走轮和地面接触点在双足机器人重心铅锤面上。梯形丝杠有一定的自锁能力，起到安全保护作用，即当双足机器人双轮着地时，行走轮8传递给左、右旋丝母的反向作用力不会驱动左右旋形丝杠26转动，此时伸缩驱动电机1不需要输出转矩，节约能量。

本实用新型相对于现有产品的优点及有益效果是：

现市面上的产品主要集中在双足机器人和轮式机器人各自结构上，没有设计相应的结构实现双足机器人在行走运动和双轮平衡运动切换。

本实用新型实施例六采用左右旋梯形丝杠机构实现伸缩装置上下直线伸缩运动，此机构将伸缩装置设计在双足机器人足的位置，使双足机器人可以实现行走运动和双轮平衡运动切换，该设计可以充分利用双足机器人步行运动爬楼梯、跨越障碍物和平衡机器人移动迅速、可以在狭窄空间移动的优越性。该设计利用了梯形丝杠的自锁特性，起到安全保护作用。当双足机器人在行走运动或者双轮平衡运动时，伸缩驱动电机1不需要输出力矩，节约能量。

以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本实用新型的保护范围内。