技术领域
[0001] 本
发明涉及一种仿生
机器人技术领域，尤其涉及一种仿生机器腿、及具有该种仿生机器腿的六足仿生机器人。
背景技术
[0002] 自然界中
生物的运动模式和腿部结构已经逐渐运用在机械运动和机器人运动领域，有许多机器人使用了类似于蜘蛛，蚂蚁等许多
节肢动物的腿部结构。它们拥有高效的足部运动方式，受到机器人研发领域的特别关注。
[0003] 多足行走机器人由于其特殊的腿部结构，需要使用合适的驱动动
力，常见的有使用
舵机和液压来作为
驱动器。而微型多足行走机器人受限于其尺寸与整机负载，需要选用功率
密度较高，
质量较轻的运动执行机构。采用微型舵机作为执行机构，其优点是控制简单，接线简洁。但是目前已有的微型舵机的执行方式，其执行
角度范围受限在 0～180度或者0～270度，受到舵机
支架的机械
位置限制，实际的角度运动范围更小，极限位置不容易达到且常常出现抖动等不利于控制
姿态的现象，一定程度上限制了机器人的运动范围，影响了机器人的控制。
[0004] 公开号为CN207790920U的中国
专利文献介绍了一种仿生机器腿及六足仿生机器人。公开了一种仿生机器腿及六足仿生机器人，属于
仿生机器人技术领域，旨在提供一种仿生机器腿的技术方案，以实现机器腿的灵活性和
稳定性。
[0005] 其技术方案要点是包括：驱动部分，主要是第一舵机，第二舵机，第三舵机相对位置的排布实现每条机器腿拥有三个
自由度，六条腿十八自由度，并且在舵机
输出轴的对应位置使用
滚珠轴承来连接两个腿部机构件来达到较高的灵活性；固定部分，舵机在舵机支架内的固定配合，并且采用有凸缘的结构件和安装
螺栓时的
过盈配合来实现结构的稳定性和强度。
[0006] 但是，上述文献公开的技术方案存在以下问题：
[0007] (1)将微型舵机作为活动关节的驱动器所存在的明显缺点：若使用普通舵机，会存在舵盘与输出轴之间的空程差，最小反应脉冲内不应答，输出角度运动范围限制于0～180度或者0～270度，在极限位置存在抖动等问题。若使用控制
精度高，稳定性高的双轴数字舵机，则将使得整台机器人成本大大增加。
[0008] (2)其足部结构件对复杂地形的适应度低：在上下坡时，姿态完全由各个舵机的角度来调整，受到机械位置限制，可适应的坡度较小；在坑洼地，足部陷入低洼处时，单靠舵机的转动输出驱动关节并不能可靠地将足部抬离低洼处。
发明内容
[0009] 为克服上述问题，本发明提供一种仿生机械腿及六足仿生机器人。
[0010] 根据本发明的第一个方面，提供了一种仿生机械腿，包括第一步进
电机、第二步进电机、第三步进电机、第四步进电机、大致沿竖直方向设置的大腿部结构件、大致沿
水平方向设置的小腿部结构件、以及大致沿竖直方向设置的第一足部结构件和第二足部结构件；小腿部结构件的一端与大腿部结构件的下部右端铰接，小腿部结构件的另一端与第一足部结构件的上部左端铰接，第一足部结构件的下部还活动连接有第二足部结构件，第二足部结构件可相对于第一足部结构件做升降运动；
[0011] 第一步进电机通过第一步进电机安装座设置在大腿部结构件的后表面，第一步进电机的输出端竖直向上且与机械腿安装部传动连接，机械腿安装部用于将仿生机械腿与仿生机器人主体连接或者拆卸，第一步进电机驱动大腿部结构件相对于机械腿安装部绕第一步进电机的轴线转动；
[0012] 第二步进电机通过第二步进电机安装座设置在大腿部结构的前表面，第二步进电机的输出端通过第一
万向节与第一滚珠
丝杆模组连接，第一滚珠丝杆模组上的第一滑
块安装有小腿部结构件；
[0013] 小腿部结构件的左端与大腿部构件通过第一
转轴活动铰接，小腿部结构件的中部顶端与第一滑块固定连接，小腿部结构件的右端与第一足部结构件通过第二转轴铰接；
[0014] 第三步进电机通过第三电机安装座设置在小腿部结构件的前表面，第三步进电机的输出端通过第二万向节与第二滚珠丝杆模组连接，第二滚珠丝杆模组上的第二滑块安装有第一足部结构件；
[0015] 第二步进电机驱动小腿部结构件相对于大腿部构件绕第一转轴转动，第三步进电机驱动第一足部结构件相对于小腿部结构件绕第二转轴转动；
[0016] 第四步进电机通过第四步进电机安装座设置在第一足部结构件的后表面，第四步进电机的输出端通过第三万向节与第三滚珠丝杆模组连接，第三滚珠丝杆模组上的第三滑块安装有第二足部结构件；
[0017] 第一足部结构件的前表面下端设有用于与第二足部结构件连接的第一连接座，第二足部结构件的前表面上端对应于第一连接座的位置设有第二连接座；第一连接座呈矩形结构，第一连接座的中部竖直设置有矩形的滑动腔、左右两端分别竖直设有插孔；第二连接座与第一连接座的结构一致，且第二连接座与第一连接座中设有连接
滑板；
[0018] 连接滑板包括横板、竖板、
导轨柱；横板与第二连接座的外部轮廓一致，横板的上表面对应于滑动腔的位置竖直设有竖板，竖板与滑动腔相适配；横板的上表面对应于插孔的位置分别竖直设有插住，导轨柱与插孔相适配；导轨柱与竖板的高度一致，且所述高度大于第一连接座与第二连接座的高度之和；导轨柱的顶端螺接螺旋帽，导轨柱在螺旋帽与第一连接座之间套设有第一
弹簧，导轨柱在第一连接座与第二连接座之间套设有第二弹簧；连接滑板从第二连接座的底端依次插入第二连接座、第一连接座。
[0019] 进一步，所述大腿部结构件、第一足部结构件均为纵截面呈不规则五边形的板状结构；小腿部结构件为纵截面呈凸形的板状结构；第二足部结构件为纵截面呈缺角矩形的板状结构，缺角矩形的斜边位于第二足部结构件的右下部。
[0020] 根据本发明的第二个方面，还提供了一种六足仿生机器人，其包括主控板底座，所述主控板底座为矩形结构，主控板底座的四个角及两条长边的中点处分别设有根据本发明的第一方面所述的仿生机械腿，六个所述仿生机械腿的机械腿安装部分别与主控板底座连接。
[0021] 本发明的有益效果是：该仿生机械腿的结构可以实现将电机的旋转动力的作用平面转到其垂直平面，实现由旋转到直线再到旋转的传动方式。能够避免传统舵机驱动方式下腿部运转的受到机械结构限制的问题，能够摆脱因微型舵机的抖动而导致的结构稳定性差的缺点。在足部陷入低洼处时，能可靠地实现将足部从低洼处的抬离的动作。大大增加了仿生机器人的运动范围和适应复杂地形的能力。
附图说明
[0022] 图1是本发明的仿生机械腿的结构示意图。
[0023] 图2是本发明中大腿部结构件与小腿部结构件连接的结构示意图。
[0024] 图3是本发明中小腿部结构件与第一足部结构件连接的结构示意图。
[0025] 图4是本发明中第一足部结构件与第二足部构件连接的结构示意图。
[0026] 图5是本发明六足仿生机器人的结构示意图。
[0027] 图6是本发明机械腿在陷入低洼处时处于第一种状态的一个角度的示意图。
[0028] 图7是本发明机械腿在陷入低洼处时处于第一种状态的另一个角度的示意图。
[0029] 图8是本发明机械腿在陷入低洼处时处于第二种状态的一个角度的示意图。
[0030] 图9是本发明机械腿在陷入低洼处时处于第二种状态的另一个角度的示意图。
[0031] 图10是本发明机械腿在陷入低洼处时处于第三种状态的一个角度的示意图。
[0032] 图11是本发明机械腿在陷入低洼处时处于第三种状态的另一个角度的示意图。
[0033] 附图标记说明：1.1、大腿部结构件；1.2、第一步进电机安装座； 1.3、第一步进电机；1.4、第二步进电机；1.5、第二步进电机安装座；1.6、机械腿安装部；1.7、第一万向节连接件；1.8、第一万向节；1.9、第一滚珠丝杆模组；2.1、小腿部结构件；2.2、第三步进电机；2.3、第三步进电机安装座；2.4、第二万向节连接件；2.5、第二万向节；2.6、第二滚珠丝杆模组；3.1、第一足部结构件；3.2、连接滑板；3.3、弹簧；3.4、第二足部结构件；3.5、第四步进电机；3.6、第四步进电机安装座；3.7、第三万向节连接件；3.8、第三滚珠丝杆模组；
[0034] 1.1-a、1.1-b、1.1-c、1.1-d分别对应1.2-a，1.2-b，1.2-c，1.2-d 为大腿部结构件与第一步进电机安装座进行装配的安装孔；
[0035] 1.1-e、1.1-f、1.1-g、1.1-h分别对应1.5-e，1.5-f，1.5-g，1.5-h 为第二步进电机安装座的安装孔；
[0036] 1.1-i对应2.1-i为大腿部结构件与小腿部结构件进行装配的安装孔；
[0037] 1.9-j对应2.1.j为第一滚珠丝杆模组的第一滑块与小腿部结构件进行装配的安装柱和安装孔；
[0038] 2.1-a、2.1-b分别对应2.3-a，2.3-b为第三步进电机安装座与小腿部结构件进行装配的安装孔；
[0039] 2.1-c对应3.1.c为小腿部结构件与第一足部结构件进行装配的安装孔；
[0040] 2.6-d对应于3.1-d为第二滚珠丝杆模组上的第二滑块与第一足部结构件进行装配的安装柱和安装孔；
[0041] 3.1-e、3.1-f、3.1-g、3.1-h分别对应3.6-e、3.6-f、3.6-g、3.6-h为第一足部结构件与第四步进电机安装座进行装配的安装孔；
[0042] 3.2-b、3.2-c为两个导轨柱；3.3-b、3.3-c为两组弹簧；
[0043] 3.4-a对应3.8-a为第二足部结构件与第三滚珠丝杆模块第三滑块进行装配的安装孔；
[0044] 3.8-b、3.8-c对应3.2-b、3.2-c为第一连接座、第二连接座与连接滑板两侧的导轨柱进行装配的安装孔。
具体实施方式
[0045] 下面结合具体
实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
[0046] 参照附图，根据本发明的第一个方面，提供了一种仿生机械腿，其包括第一步进电机1.3、第二步进电机1.4、第三步进电机2.2、第四步进电机3.5、大致沿竖直方向设置的大腿部结构件1.1、大致沿水平方向设置的小腿部结构件2.1、以及大致沿竖直方向设置的第一足部结构件3.1和第二足部结构件3.4；小腿部结构件2.1的一端与大腿部结构件1.1的下部右端铰接，小腿部结构件2.1的另一端与第一足部结构件3.1的上部左端铰接，第一足部结构件3.1的下部还活动连接有第二足部结构件3.4，第二足部结构件3.4可相对于第一足部结构3.1件做升降运动；
[0047] 大腿部结构件1.1、第一足部结构件3.1均为纵截面呈不规则五边形的板状结构；小腿部结构件2.1为纵截面呈凸形的板状结构；第二足部结构件3.4为纵截面呈缺角矩形的板状结构，缺角矩形的斜边位于第二足部结构件3.4的右下部。
[0048] 第一步进电机1.3通过第一步进电机安装座1.2设置在大腿部结构件1.1的后表面，第一步进电机1.3的输出端竖直向上且与机械腿安装部1.6传动连接，机械腿安装部1.6用于将仿生机械腿与仿生机器人主体固定连接或者拆卸，第一步进电机1.3驱动大腿部结构件1.1 相对于机械腿安装部1.6绕第一步进电机1.3的轴线转动；
[0049] 第二步进电机1.4通过第二步进电机安装座1.5设置在大腿部结构1.1的前表面，第二步进电机1.4的输出端通过第一万向节1.8与第一滚珠丝杆模组1.9连接，第二步进电机1.4的输出端与第一万向节1.8通过第一万向节连接件1.7连接，第一滚珠丝杆模组1.9上的第一滑块安装有小腿部结构件2.1；
[0050] 小腿部结构件2.1的左端与大腿部构件1.1通过第一
滚动轴承连接有第一转轴，且小腿部结构件2.1通过第一转轴能相对大腿部构件 1.1转动；小腿部结构件2.1的中部顶端与第一滑块固定连接，小腿部结构件2.1的右端与第一足部结构件3.1通过第二滚动轴承连接有第二转轴，且第一足部结构件3.1通过第二转轴能相对小腿部结构件 2.1转动；
[0051] 第三步进电机2.2通过第三电机安装座2.3设置在小腿部结构件 2.1的前表面，第三步进电机2.2的输出端通过第二万向节2.5与第二滚珠丝杆模组2.6连接，第三步进电机2.2的输出端与第二万向节2.5 通过第二万向节连接件2.4连接，第二滚珠丝杆模组2.6上的第二滑块安装有第一足部结构件3.1；
[0052] 第二步进电机1.4驱动小腿部结构件2.1相对于大腿部构件1.1 绕第一转轴转动，第三步进电机2.2驱动第一足部结构件3.1相对于小腿部结构件2.1绕第二转轴转动；
[0053] 第四步进电机3.5通过第四步进电机安装座3.6设置在第一足部结构件3.1的后表面，第四步进电机3.5的输出端通过第三万向节与第三滚珠丝杆模组3.8连接，第四步进电机3.5的输出端与第三万向节通过第三万向节连接件3.7连接，第三滚珠丝杆模组3.8上的第三滑块安装有第二足部结构件3.4；
[0054] 第一足部结构件3.1的前表面下端设有用于与第二足部结构件 3.4连接的第一连接座，第二足部结构件3.4的前表面上端对应于第一连接座的位置设有第二连接座；第一连接座呈矩形结构，第一连接座的中部竖直设置有矩形的滑动腔、左右两端分别竖直设有插孔；第二连接座与第一连接座的结构一致，且第二连接座与第一连接座中设有连接滑板3.2；
[0055] 连接滑板3.2包括横板、竖板、两个导轨柱3.2-c、3.2-b和弹簧 3.3；横板与第二连接座的外部轮廓一致，横板的上表面对应于滑动腔的位置竖直设有竖板，竖板与滑动腔相适配；横板的上表面对应于插孔的位置分别竖直设有两个导轨柱3.2-c、3.2-b，两个导轨柱3.2-c、 3.2-b分别与其对应的插孔相适配；导轨柱3.2-c、3.2-b与竖板的高度一致，且所述高度大于第一连接座与第二连接座的高度之和；两个导轨柱3.2-c、3.2-b的顶端分别螺接螺旋帽，两个导轨柱3.2-c、3.2-b 在螺旋帽与第一连接座之间套设有第一弹簧3.3-c，两个导轨柱3.2-c、 3.2-b在第一连接座与第二连接座之间套设有第二弹簧3.3-b；连接滑板3.2从第二连接座的底端依次插入第二连接座、第一连接座。
[0056] 根据本发明的第二个方面，还提供了一种六足仿生机器人，其包括主控板底座，所述主控板底座为矩形结构，主控板底座的四个角及两条长边的中点处分别设有根据
权利要求1所述的仿生机械腿，六个所述仿生机械腿的机械腿安装部1.6分别与主控板底座连接。
[0057] 还提供了一种采用本发明的机械腿在复杂地形中第二足部结构件陷入低洼处时的处理方式，具体的实现步骤如下：
[0058] 步骤1，第四步进电机3.5的输出轴转动，通过第三万向节连接件3.7，第三万向节，驱动第三滚珠丝杆模组3.8中的第三丝杆转动，通过第三滚珠丝杆模组3.8将转动动力转化为线性动力，将第二足部结构件3.4提离地面，直至将连接滑板提升至导轨柱行程的最大值。
[0059] 步骤2，第二步进电机1.4的输出轴转动，通过第一向节连接件 1.7，第一万向节1.8，驱动第一滚珠丝杆模组1.9中的第一丝杆转动，通过第一滚珠丝杆模组1.9将转动动力转化为线性动力，由于第一转轴对小腿部结构件2.1一端的位置限制，从而达到驱动小腿部结构件 2.1绕第一转轴向上转动，将小腿部结构件2.1和第二足部结构件3.4 抬离低洼处的效果。
[0060] 以上实现第二足部结构件在陷入低洼处时的处理过程可以参考以图6，图8，图10或者以图7，图9，图11为先后顺序的示意图。
[0061] 本
说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
