机械腿模组和机器人

技术领域

本发明涉及智能设备技术领域，更具体地，涉及一种机械腿模组和机器人。

背景技术

机器人是通过传动部件来驱动关节的移动或转动，从而实现机身、手臂和手腕等的运动。因此，传动部件是构成机器人的重要部件。常用的直线传动机构一般采用丝杠螺母进行传动，然而，丝杠螺母传动的直线传动机构一般重量很大，且响应速度很慢，导致运动效果较差。

发明内容

本申请提供了一种机械腿模组和机器人，能够有效减轻重量，且响应迅速，从而提高运动效果。

第一方面，提供了一种机械腿模组，包括：外壳；

游动端，设置有两个所述游动端且对称安装于所述外壳顶部和底部的内侧；

驱动组件，连接于所述外壳内的侧面，所述驱动组件包括绳轮；

绳索件，所述绳索件经所述绳轮缠绕，且所述绳索件的两端分别固定于所述安装于所述外壳顶部的游动端和所述安装于所述外壳底部的游动端，以使绳索件在所述驱动组件的驱动下，带动所述外壳上下移动。

在一些实现方式中，所述驱动组件还包括基座和电机，其中，所述基座连接于所述外壳内的侧面，所述绳轮设置于所述基座的第一连接面和第二连接面之间，所述电机设置于所述第一连接面上、且远离所述绳轮的表面。

在一些实现方式中，所述驱动组件还包括减速器，所述减速器固定于所述电机和所述基座之间。

在一些实现方式中，所述驱动组件还包括法兰盘，所述法兰盘设置于所述绳轮和所述第一连接面之间，所述法兰盘包括连接孔，所述连接孔用于连接所述绳轮和所述电机。

在一些实现方式中，所述基座上设置有凸台，所述凸台上设置有安装孔，所述绳轮经所述安装孔可转动连接于所述基座。

在一些实现方式中，所述基座还包括限位模组，所述限位模组包括轴承，所述轴承设置于所述基座和所述绳轮之间，用于连接所述绳轮。

在一些实现方式中，所述限位模组还包括第一挡圈和第二挡圈，所述第一挡圈的外径大于所述第二挡圈的外径，所述凸台靠近所述外壳的一面设有空隙，所述空隙用于安装所述第一挡圈和所述第二挡圈，所述第一挡圈的外径大于所述轴承外径，且所述第一挡圈的内径小于所述轴承的外径，所述第二挡圈的外径大于所述轴承的内径，所述绳轮穿过所述第一挡圈安装，所述第二挡圈设置在所述绳轮和所述外壳之间。

在一些实现方式中，所述绳轮还包括固定件，用于固定所述绳索件。

在一些实现方式中，所述游动端包括支撑部、钢轴、滑动轴承以及连接部；

所述钢轴与所述支撑部连接，所述滑动轴承与所述钢轴可活动连接，以沿所述钢轴的长度方向滑动；

所述连接部与所述滑动轴承连接，所述连接部用于带动所述绳索件跟随所述滑动轴承运动。

在一些实现方式中，所述连接部包括壳部、弹簧内轴以及弹簧，所述弹簧绕设于所述弹簧内轴上，所述壳部的第一端连接于所述滑动轴承，所述弹簧内轴和所述弹簧连接于所述壳部的第二端内，所述弹簧内轴垂直于所述滑动轴承的中心轴，所述弹簧内轴上设置有连接孔，用于固定所述绳索件。

第二方面，提供了一种机器人，所述机器人包括如上述第一方面所述的机械腿模组。

在一些实现方式中，所述机器人还包括髋关节，设置有两条所述机械腿模组安装于所述髋关节的两侧，所述两条机械腿模组沿所述髋关节轴对称。

在一些实现方式中，所述髋关节与所述驱动组件连接。

在一些实现方式中，所述驱动组件包括电机，所述电机与所述髋关节连接。

本申请实施例的机械腿模组，包括：外壳、游动端、驱动组件以及绳索件，其中，该驱动组件包括绳轮，通过将绳索件缠绕绳轮，且两端分别固定于外壳顶部和外壳底部的游动端，使得机械腿模组可以在绳轮运动时，使绳索件在摩擦力的作用下拉紧，以拉动外壳上下运动。并且，通过绳驱动，可以减轻机械腿模组的重量，提升机械腿模组的响应迅速，达到更好的运动效果。

附图说明

图1是本申请实施例提供的机械腿模组的结构示意图。

图2是本申请实施例提供的驱动组件的结构示意图。

图3是本申请实施例提供的法兰盘的结构示意图。

图4是本申请实施例提供的限位模组的拆分结构示意图。

图5是本申请实施例提供的绳轮的第一状态示意图。

图6是本申请实施例提供的绳轮的第二状态示意图。

图7是本申请实施例提供的游动端的结构示意图。

图8是本申请实施例提供的机器人的机构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

本申请实施例可应用于人工智能、机器人应用、机电一体化等各种应用场景。

首先，在对本申请实施例进行描述的过程中出现的部分名词或者术语作如下解释：

人工智能(Art ifi cia l I nte l l igence,AI)是利用数字计算机或者数字计算机控制的机器模拟、延伸和扩展人的智能，感知环境、获取知识并使用知识获得最佳结果的理论、方法、技术及应用系统。换句话说，人工智能是计算机科学的一个综合技术，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器。人工智能也就是研究各种智能机器的设计原理与实现方法，使机器具有感知、推理与决策的功能。

机器人是一种能够通过编程和自动控制来执行诸如作业或移动等任务的机器。机器人具有感知、决策、执行等基本特征，可以辅助甚至替代人类完成危险、繁重、复杂的工作，提高工作效率与质量，服务人类生活，扩大或延伸人的活动及能力范围。

机电一体化技术是微电子技术、计算机技术、信息技术与机械技术相结合的综合性高新技术，是机械技术与微电子技术的有机结合。

其中，在机电一体化系统中，滚珠丝杠螺母机构得到广泛的应用，比如，在机器人上经常采用滚珠丝杠螺母机构。然而，由于滚珠丝杠螺母机构在丝杠螺母的螺旋槽里放置了许多滚珠，导致该机构重量很大，响应速度较慢。

本申请实施例提供了一种机械腿模组和机器人。

请参阅图1至图2，下面将结合图1和图2对本申请实施例提供的机械腿模组进行说明，如图1和图2所示，该机械腿模组1000包括外壳100、游动端200、驱动组件300以及绳索件400。

其中，设置有两个游动端200且对称安装于外壳100顶部和底部的内侧。驱动组件300连接于外壳100内的侧面，该驱动组件300包括绳轮310。绳索件400经绳轮310缠绕，且绳索件400的两端分别固定于安装于外壳100顶部的游动端200和安装于外壳100底部的游动端200，以使绳索件400在驱动组件300的驱动下，带动外壳100上下运动。

容易理解的是，绳轮310用于缠绕绳索件400，其上可以设有螺旋形线槽，该螺旋形线槽的大小和圈数等尺寸可以根据绳索件400的粗细、长度等自行设计。

具体地，通过将绳索件400的两端分别连接在两个游动端200上，将游动端200对称固定在外壳100顶部和底部的内侧，绳索件400缠绕在绳轮310上面，当绳轮310顺时针或者逆时针运动时，绳索件400会在摩擦力的作用下拉紧，接着，带动外壳100上下移动。

具体地，绳索件400可以为钢丝绳、纤维绳等。其中，钢丝绳是指用多根或多股细钢丝拧成的挠性绳索，它是由多层钢丝捻成股，再以绳芯为中心，由一定数量股捻绕成螺旋状的绳，具有强度高、自重轻、工作平稳、不易骤然整根折断，安全可靠等优点。

具体地，外壳100可以设置为镂空结构，以减轻重量。比如，外壳100可以采用桁架结构，既可以减轻模组的重量，又可以保留结构的刚度和强度。

在一些实施例中，该驱动组件300还包括基座320和电机330，其中，该基座320连接于外壳100内的侧面，绳轮310设置于基座320的第一连接面和第二连接面之间，电机330设置于第一连接面上、且远离绳轮310的表面。

具体地，通过将电机330和绳轮310固定在基座320上，通过基座320将电机330的扭矩传送至绳轮310，使绳轮310进行转动，此时，绳索件400会在摩擦力的作用下拉紧，进一步带动外壳100上下移动。

具体地，该基座320可以包括四个首尾相连的连接面，且每两个不相连的连接面之间互相平行。其中，该第一连接面和第二连接面为相互平行，且与绳轮310的中心轴垂直的连接面，绳轮310可以活动连接于第一连接面和第二连接面之间。

在本实施例中，电机330可以为伺服电机，方便控制绳轮310的旋转方向。

具体地，该基座320可以移动副连接于外壳100内的侧面，比如，基座320可以铰链副连接或者滑动副连接于外壳100内的侧面。

或者，该基座320可以活动连接于外壳100内的侧面，比如，外壳100内与绳索件400相平行的侧面上可以设置有导轨，该基座320上可以设置有与导轨相匹配的滑块，通过将滑块安装于导轨，实现基座320与外壳100的活动连接，且基座320可以沿导轨在外壳100内上下移动。容易理解的是，导轨上可以设置有锁扣，在需要时，可以将基座320固定在导轨上。

需要理解的是，该机械腿模组1000可以应用于机器人，比如，可以在装配时，将电机330与机器人的髋关节固定。通过设置导轨和滑块，可以在需要时，对安装该机械腿模组1000的机器人的重心进行调整。比如，在有障碍物时，可以控制基座320沿导轨向上运动，进而带动髋关节向上移动，以顺利通过。又比如，在平坦路面，需要快速行进时，可以控制基座320沿导轨运动至最高处，以增加移速。再比如，当机器人负载较重时，可以控制基座320沿导轨向下运动，以降低重心，提高机器人的稳定性。

由上述可知，绳驱动排布灵活，可以使质量较大的驱动器(比如，电机330)远离末端执行机构，以减轻末端执行器的惯量，提升动态性能。

在本实施例中，驱动组件300还可以包括减速器340，减速器340设置于电机330和基座320之间。

具体地，电机330可以为伺服电机，减速器340可以为与伺服电机配套的谐波减速器，以更好的增大扭矩并减小速度。谐波减速器的内部结构简单，整体体积小，且重量较轻，在传动比与其它普通减速器相同的情况下，谐波减速器要比普通的减速器零件总数减少了一半，体积和重量都大大的减小。其中，伺服电机可以与谐波减速器“抱紧”连接，即伺服电机的输出轴伸入减速器里面，减速器内有个可变形的抱箍，操作减速器上的锁紧螺丝，就可以让抱箍把伺服电机的输出轴抱紧。

在一些实施例中，电机330还可以为步进电机、蜗轮蜗杆电机或者直流无刷电机等。电机330还可替换为旋转气缸或者液压马达等。

在一些实施例中，驱动组件300还可以包括法兰盘350，法兰盘350设置于绳轮310和第一连接面之间，法兰盘350包括连接孔351，连接孔351用于连接绳轮310和电机330。

具体地，如图3所示，该法兰盘350包括外圈连接孔3511和内圈连接孔3512，其中，外圈连接孔3511与电机330连接，内侧连接孔3512与绳轮310连接，起到传递扭矩的作用。

容易理解的是，绳轮310上设置有与内侧连接孔3512相匹配的圆孔，可以将圆孔对准内侧连接孔3512，并采用螺栓活动连接。

在一些实施例中，基座320上设置有凸台，凸台上设置有安装孔，绳轮310经安装孔可转动连接于基座320。

譬如，该安装孔的尺寸可以与绳轮310的直径相匹配，该绳轮310经安装孔设置于基座320上。

请参阅图4，在一些实施例中，基座320还包括限位模组321，限位模组321可以包括轴承3211，轴承3211设置于基座320和绳轮310之间，用于连接绳轮310。

具体地，将轴承3211设置于基座320和绳轮310之间，起到内部转动、外部固定的作用，可以避免绳轮310和基座320之间存在间隙，绳轮310移位。

在本实施例中，限位模组321还包括第一挡圈3212和第二挡圈3213，第一挡圈3212的外径大于第二挡圈3213的外径，凸台靠近外壳100的一面设有空隙，空隙用于安装第一挡圈3212和第二挡圈3213，第一挡圈3212的外径大于轴承3211的外径，且第一挡圈3212的内径小于轴承3211的外径，第二挡圈3213的外径大于轴承3211的内径，绳轮穿过第一挡圈3212安装，第二挡圈3213设置在绳轮310和外壳100之间。

容易理解的是，第一挡圈3212的内径小于轴承3211的外径，可以对轴承3211的外侧进行固定，第二挡圈3213的外径大于轴承3211的内径，进一步压紧轴承3211，使轴承3211与绳轮310连在一起，进而约束绳轮310的轴向位移。其中，第一挡圈3212的内径大于第二挡圈3213的外径。

在一些实施例中，绳轮310还包括固定件311，用于固定绳索件400。

如图5所示，压紧前，绳索件400可以穿过固定件311下面的孔洞，如图6所示，固定件311向下压住绳索件400使之不能移动，起到固定作用，有效防止绳索件400滑动，进一步增加了机械腿模组1000整体的强度。

请参阅图7，在一些实施例中，游动端200可以包括支撑部210、钢轴220、滑动轴承230以及连接部240，钢轴220与支撑部210连接，滑动轴承230与钢轴220可活动连接，以沿钢轴220的长度方向滑动，连接部240与滑动轴承230连接，连接部240用于带动绳索件400跟随滑动轴承230运动。

具体地，支撑部210的数量可以为两个，且支撑部210上可以设置有与钢轴220直径相匹配的孔洞，两个支撑部210孔洞相对的固定连接于外壳100上，且两个支撑部210之间的距离大于钢轴220的长度。譬如，支撑部210可以焊接或者粘接于外壳100。

容易理解的是，滑动轴承230的内径应该大于钢轴220的直径，钢轴220穿过滑动轴承230固定于支撑部210。具体地，钢轴220的中心轴向与绳轮300的中心轴向平行，滑动轴承230沿钢轴220的长度方向滑动时，可以辅助绳索件400缠绕进绳槽，防止在一个地方重叠缠绕产生形成误差。

在本实施例中，连接部240可以包括壳部241、弹簧内轴242以及弹簧243，弹簧243绕设于弹簧内轴242上，壳部241的第一端连接于滑动轴承230，弹簧内轴242和弹簧243连接于壳部241的第二端内，弹簧内轴242上设置有连接孔2421，用于固定绳索件400，且弹簧内轴242的轴向与绳索件400平行。

具体地，壳部241的形状可以为“T”型。壳部241的第一端可以粘接于滑动轴承230，以跟随滑动轴承230沿钢轴220的长度方向滑动。连接孔2421可以伸出壳部241，与绳索件400连接。通过将绳索件400固定在连接孔2421上，对弹簧内轴242产生拉力，弹簧243可以提供一个预紧力，使绳索件400时刻保持拉紧状态，防止松动产生误差。

由上述描述可知，本申请实施例提供的机械腿模组1000通过绳驱动方式，可以使质量较大的驱动组件远离末端执行机构，以减轻末端执行机构的惯量，提升动态性能。并且，几何空间占用较少，增加各组件排布的灵活性。

本申请实施例所提供的机械腿模组1000，包括外壳100、游动端200、驱动组件300和绳索件400，其中，设置有两个游动端200且对称安装于外壳100顶部和底部的内侧，驱动组件300连接于外壳100内的侧面，驱动组件300包括绳轮310，绳索件400经绳轮310缠绕，且绳索件400的两端分别固定于安装于外壳顶部的游动端200和安装于外壳底部的游动端200，以使绳索件400在驱动组件300的驱动下，带动外壳100上下移动。本申请的绳索件经绳轮缠绕后，两端分别连接于固定在外壳上的两个游动端上，以使绳轮运动时，绳子会在摩擦力的作用下拉紧，并带动外壳上下移动，实现绳驱动，结构简单，重量轻，可以实现快速响应。除此外，绳驱动形式与人体肌腱的运行模式类似，其控制上具有柔性，可满足一定的仿生学背景和要求，适用于需要人机交互的场景。

请参阅图8，本申请还提供了一种机器人，如图8所示，该机器人2000包括机械腿模组2100，该机械腿模组2100包括外壳、游动端、驱动组件以及绳索件，其中，设置有两个游动端且对称安装于外壳顶部和底部的内侧，驱动组件连接于外壳内的侧面，该驱动组件包括绳轮，绳索件经绳轮缠绕，且绳索件的两端分别固定于安装于外壳顶部的游动端和安装于外壳底部的游动端，以使绳索件在驱动组件的驱动下，带动外壳上下运动。

在一些实施例中，机器人2000还包括髋关节2200，设置有两条机械腿模组2100安装于髋关节的两侧2200，两条机械腿模组2100沿髋关节2200轴对称。

具体地，髋关节2200可以与驱动组件连接。

在一些实施例中，驱动组件还可以包括基座和电机，其中，基座连接于外壳内的侧面，绳轮设置于基座的第一连接面和第二连接面之间，电机设置于第一连接面上、且远离绳轮的表面。

具体地，该基座可以活动连接于外壳内的侧面，比如，外壳内与绳索件相平行的侧面上可以设置有导轨，该基座上可以设置有与导轨相匹配的滑块，通过将滑块安装于导轨，实现基座与外壳的活动连接，且基座可以沿导轨在外壳内上下移动。容易理解的是，导轨上可以设置有锁扣，在需要时，可以将基座固定在导轨上。

在本实施例中，可以通过电机与髋关节2200固定。通过设置导轨和滑块，可以在需要时，对安装该机械腿模组2100的机器人的重心进行调整。比如，在有障碍物时，可以控制基座沿导轨向上运动，进而带动髋关节向上移动，以顺利通过。又比如，在平坦路面，需要快速行进时，可以控制基座320沿导轨运动至最高处，以增加移速。再比如，当机器人负载较重时，可以控制基座沿导轨向下运动，以降低重心，提高机器人的稳定性。

相应地，该机器人2000还可以包括控制装置，用来控制电机运动。该控制装置可以包括摄像头组件和分析组件，该摄像头组件可以用来获取地面图像，并将地面图像传送至分析组件，分析组件对地面图像进行分析，以确定当前的路面情况，比如地面是否平坦，或者地面是否存在障碍物。该控制装置还可以包括压力传感器，用来衡量机器人负载情况。

在一些实施例中，驱动组件还可以包括减速器，减速器设置于电机和基座之间。

在一些实施例中，驱动组件还可以包括法兰盘，法兰盘设置于绳轮和第一连接面之间，法兰盘包括连接孔，连接孔用于连接绳轮和电机。

在一些实施例中，基座上可以设置有凸台，凸台上设置有安装孔，绳轮经安装孔可转动连接于基座。

进一步地，基座还可以包括限位模组，限位模组包括轴承，轴承设置于基座和绳轮之间，用于连接绳轮。

进一步地，限位模组还可以包括第一挡圈和第二挡圈，第一挡圈的外径大于第二挡圈的外径，凸台靠近外壳的一面设有空隙，空隙用于安装第一挡圈和第二挡圈，第一挡圈的外径大于轴承外径，且第一挡圈的内径小于轴承的外径，第二挡圈的外径大于轴承的内径，绳轮穿过第一挡圈安装，第二挡圈设置在绳轮和外壳之间。

在一些实施例中，绳轮还可以包括固定件，用于固定绳索件。

在一些实施例中，游动端可以包括支撑部、钢轴、滑动轴承以及连接部，钢轴与支撑部连接，滑动轴承与钢轴可活动连接，以沿钢轴的长度方向滑动，连接部与滑动轴承连接，连接部用于带动绳索件跟随滑动轴承运动。

进一步地，连接部可以包括壳部、弹簧内轴以及弹簧，弹簧绕设于弹簧内轴上，壳部的第一端连接于滑动轴承，弹簧内轴和弹簧连接于壳部的第二端内，弹簧内轴上设置有连接孔，用于固定绳索件，且弹簧内轴的轴向与绳索件平行。

除此之外，机器人2000还可以包括其他组件或部件，比如，头部、机械臂、足部、轮部等等。

本申请实施例所提供的机器人2000，包括机械腿模组2100，该机械腿模组2100包括外壳、游动端、驱动组件以及绳索件，其中，设置有两个游动端且对称安装于外壳顶部和底部的内侧，驱动组件连接于外壳内的侧面，该驱动组件包括绳轮，绳索件经绳轮缠绕，且绳索件的两端分别固定于安装于外壳顶部的游动端和安装于外壳底部的游动端，以使绳索件在驱动组件的驱动下，带动外壳上下运动，结构简单，重量轻，且具备较好的动态性能。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请实施例的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。