一种钢丝绳传动四足或多足机器人的制作方法

本发明属于四足或多足机器人技术领域，具体为一种钢丝绳驱动多关节机器人。

背景技术：

传统的工业机器人或者应用于特殊环境的机械臂关节普遍采用电机、齿轮减速器、关节轴三者直接连接的传动机构，这种机构要求电机与齿轮减速器安装在机械臂关节附近，机构简单但是结构不够紧凑,外观不整洁。尤其突出的缺点是:对于多关节机械臂，尤其是重力方向存在多关节运动能力的折叠展开型机械臂，下一级关节的电机与齿轮减速器等驱动装置成为上一级关节的额外负载。这一额外负载带来的负面影响往往超过机械臂连杆等必要结构件，因此提高了对机械臂动力和驱动元件的要求，由此造成整体重量、体积、造价和内部消耗的增加，降低了机械臂对外做功的能力和效率。

按照“最轻自身重量最大负载能力”原则，对机械臂机械结构所作的各种改进研究中，最具有突出效果的是钢丝绳传动机构。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种钢丝绳驱动四足或多足多关节机器人，提高机器人的负载能力和运动灵活性。

为解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案：一种钢丝绳传动四足或者多足机器人，包括机身和模块化的腿；其特征在于：所述的模块化的腿为四关节腿部模块，包括驱动组件、侧摆基关节、大腿、小腿和脚掌；侧摆基关节与大腿、大腿与小腿、小腿与脚掌均通过旋转关节轴连接；所述的驱动组件包括侧摆驱动装置和旋转关节驱动装置；所述的侧摆驱动装置驱动侧摆基关节左右转动；旋转关节驱动装置驱动旋转关节轴沿其自身的轴心旋转；

旋转关节驱动装置包括电机、滑轮和钢丝绳；电机的输出轴上固定安装滑轮；每一个旋转关节轴上也固定设置有滑轮，电机输出轴上的滑轮通过钢丝绳与旋转关节轴上的滑轮连接；电机输出轴上的滑轮转动后通过钢丝绳带动旋转关节轴上的滑轮转动从而带动旋转关节轴旋转。

进一步地，所述的侧摆驱动装置包括电机a、蜗杆、涡轮、换向器和转轴；所述电机a的输出端与所述的蜗杆固定连接；蜗杆与涡轮啮合；所述的涡轮固定在所述的转轴上，转轴与换向器固定连接，转轴可在机身上转动。

进一步地，所述的旋转关节驱动装置包括电机、滑轮和钢丝绳；电机外壳内设置有电机b、电机c和电机d；侧摆基关节与大腿、大腿与小腿、小腿与脚掌分别通过轴ⅰ、轴ⅱ、和轴ⅲ连接；电机b、c、d的输出轴上分别固定安装有滑轮a、滑轮b和滑轮c；轴ⅰ上设置有滑轮d、滑轮e和滑轮f；轴ⅱ上设置有滑轮g和滑轮h；轴ⅲ上设置有滑轮i；滑轮d、滑轮f和滑轮h为双滑轮；其余为单滑轮；滑轮c与滑轮e通过钢丝绳a连接；滑轮a与滑轮d过钢丝绳b连接，滑轮d与滑轮g通过钢丝绳c连接；滑轮b与滑轮f通过钢丝绳d连接；滑轮f与滑轮h通过钢丝绳e连接；滑轮h与滑轮i通过钢丝绳f连接。

进一步地，所述的机身包括上层本体和下层本体。

进一步地，所述的大腿和所述的小腿均由两块侧板组成。

进一步地，所述的换向器上设置有钢丝绳通道。

进一步地，所述的脚掌连接轴、球关节和宝塔弹簧；脚掌连接轴与小腿连接；所述的球关节与所述的连接轴连接；所述的宝塔弹簧套设于球关节外，宝塔弹簧的顶部与连接轴连接，底部与球关节的底部连接。

进一步地，所述的球关节包括上部关节、中部关节、下部关节、螺栓和螺母；所述的上部关节顶部设置有连接套与所述的连接轴螺纹连接；所述的中部关节包括底座和旋转关节体，旋转关节体可在底座内转动；所述上部关节、中部关节、和下部关节中部均设置有通孔，螺栓依次穿过下部关节、中部关节和上部关节内的通孔，与设置在上部关节上的螺母配合。

本发明的有益效果：

1）电机的驱动，腿部的四个关节既可以实现联动，也可以实现每个关节的单独运动，这种将电机全部布置在机身内部的电机布排方式，减轻了机械臂的重量，降低转动惯量，从而提高机器人的负载能力和运动灵活性；

2）机器人的驱动电机全部设置在机器人身体内部，通过换向器使侧摆运动和俯仰运动相互不受影响；

3）脚掌球关节结构具有地面自适应性，并且在脚掌离开地面时通过弹簧反力回复原状。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为机身上层本体。

图3为机身下层本体。

图4为腿部结构示意图。

图5为腿部结构示意图

图6为换向器的结构示意图。

图7为脚掌的结构示意图。

图8为球关节的分解示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作详细说明。

如图1-8所示，为本发明的一种钢丝绳传动四足或者多足机器人，包括机身10和模块化的腿，模块化的腿为四关节腿部模块，包括驱动组件20、侧摆基关节30、大腿40、小腿50和脚掌60。机身本体10由上层本体11和下层本体12组成。驱动组件20通过电机固定外壳21与机身下层本体相连接，包括侧摆驱动装置和旋转关节驱动装置；侧摆驱动装置驱动侧摆基关节30左右转动；侧摆基关节30与大腿40、大腿40与小腿50、小腿50与脚掌60均通过旋转关节轴连接；旋转关节驱动装置驱动旋转关节轴沿其自身的轴心旋转。旋转关节轴包括轴ⅰ71、轴ⅱ72和轴ⅲ73。

旋转关节驱动装置包括电机、滑轮和钢丝绳；电机的输出轴上固定安装滑轮；每一个旋转关节轴上也固定设置有滑轮，电机输出轴上的滑轮通过钢丝绳与旋转关节轴上的滑轮连接；电机输出轴上的滑轮转动后通过钢丝绳带动旋转关节轴上的滑轮转动从而带动旋转关节轴旋转。滑轮与钢丝绳连接固定，钢丝绳从换向器的输入端依次进入换向器，换向器上设置有钢丝绳通道，与电机c相连的钢丝绳从换向器中间的钢丝绳通道输出，与b、d电机相连的钢丝绳分别从另外两端的钢丝绳通道输出。

侧摆驱动装置包括电机a227、蜗杆221、涡轮222、换向器223和转轴224；电机a的输出端与蜗杆221通过键连接；蜗杆221与涡轮222啮合，带动蜗轮222转动；涡轮222与转轴224通过键连接，转轴224一端与换向器通过固定销链接，另一端与支架225通过轴连接并采用固定销固定，从而驱动基关节的侧摆运动，支架225伸出的侧板226设有圆孔与轴ⅰ71相连接。

旋转关节驱动装置包括电机、滑轮和钢丝绳；电机外壳21内设置有电机b231、电机c251和电机d241；侧摆基关节30与大腿40、大腿40与小腿50、小腿50与脚掌60分别通过轴ⅰ71、轴ⅱ72、和轴ⅲ73连接；电机b、c、d的输出轴上分别固定安装有滑轮a232、滑轮b242和滑轮c252；轴ⅰ75上设置有滑轮d233、滑轮e253和滑轮f243；轴ⅱ72上设置有滑轮g234和滑轮h244；轴ⅲ73上设置有滑轮i245；滑轮d233、滑轮f243和滑轮h244为双滑轮；其余为单滑轮；滑轮c252与滑轮e253通过钢丝绳a254连接；滑轮a232与滑轮d233过钢丝绳b235连接，滑轮d233与滑轮g234通过钢丝绳c236连接；滑轮b242与滑轮f243通过钢丝绳d246连接；滑轮f243与滑轮h244通过钢丝绳e247连接；滑轮h244与滑轮i245通过钢丝绳f248连接。

电机c251的输出端与滑轮c252通过键连接，滑轮c252与钢丝绳a254通过销连接，钢丝绳a254的另一端与滑轮e253通过销连接，滑轮e253与轴ⅰ71通过键连接，大腿40的两个侧板41一端设有方孔，另一端设有圆孔，方口端与轴ⅰ71连接，圆口端与轴ⅱ72连接。

电机b231的输出端与滑轮a232通过键连接，滑轮a232与钢丝绳b235通过销连接，钢丝绳b235的另一端与滑轮d233的一个凹槽通过销连接，滑轮d233设有圆孔，与轴ⅰ71连接，滑轮d233的另一凹槽与钢丝绳c236通过销连接，钢丝绳c236的另一端与滑轮g234相连接，滑轮g234与轴ⅱ72通过键连接，小腿50的侧板51一端设有方孔，另一端设有圆孔，方孔端与轴ⅱ72相连接，圆孔端与轴ⅲ73相连接。

电机d242的输出端与滑轮b242通过键连接，滑轮b242与钢丝绳d246通过销连接，钢丝绳d246的另一端与滑轮f243的一个凹槽通过销连接，滑轮f243设有圆孔，与轴ⅰ71连接，滑轮f243的另一凹槽与钢丝绳e247通过销连接，钢丝绳e247的另一端与滑轮h244相连接，滑轮h244与轴ⅱ72通过空轴连接，滑轮h244的另一凹槽与钢丝绳f248通过销连接，钢丝绳f248另一端与滑轮i245相连接，滑轮i245与轴ⅲ73通过键连接。

所述的脚掌60包括脚掌连接轴61、球关节62和宝塔弹簧63；脚掌连接轴61固定设置于连接支架64的下方，连接支架上设置有两个连接板65，连接板65上设置有方孔与轴ⅲ73连接；球关节62与连接轴61连接；宝塔弹簧63套设于球关节62外，宝塔弹簧63的顶部与连接轴61连接，底部与球关节62的底部连接。球关节62包括上部关节621、中部关节622、下部关节623、螺栓624和螺母625；上部关节621顶部设置有连接套626与连接轴61螺纹连接；中部关节622包括底座627和旋转关节体628，旋转关节体628可在底座627内转动；上部关节621、中部关节622、下部关节623中部均设置有通孔，螺栓624依次穿过下部关节623、中部关节622和上部关节621内的通孔，与设置在上部关节621上的螺母625配合，螺栓与螺母通过螺纹连接，从而调节球关节的松紧程度。宝塔弹簧63顶部的窄端与连接轴61相连接，下部的宽端与球关节底部相连接。

本发明通过电机的驱动，腿部的四个关节既可以实现联动，也可以实现每个关节的单独运动，这种将电机全部布置在机身内部的电机布排方式，减轻了机械臂的重量，降低转动惯量，从而提高机器人的负载能力和运动灵活性。

上面所述的实施例仅仅是本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进均应落入本发明的保护范围，本发明的请求保护的技术内容，已经全部记载在技术要求书中。