(19)中华人民共和国国家知识产权局 ▣▣ (12)发明专利申请 (10)申请公布号CN105644649A (43)申请公布日2016.06.08 (21)申请号201510977506.2 (22)申请日2015.12.23 (71)申请人北京工业大学 地址100124北京市朝阳区平乐园100号 (72)发明人朱晓庆李诚阮晓钢林佳 陈志刚肖尧 柴洁陈岩刘冰 伊朝阳张超 (74)专利代理机构北京思海天达知识产权代理 有限公司11203 代理人沈波 (51)Int.CI. B62D57032(2006.01) B62D57/02(2006.01) B60F300(2006.01) 权利要求书1页说明书3页附图3页 (54)发明名称 一种变结构仿生机器人腿足结构 (57)摘要 本发明公开了一种变结构仿生机器人腿足结 构，该结构包括动力输出连接件、仿生腿、可调角 度的固定连接件、仿生脚；其中，动力输出连接件 设置在仿生腿的顶部，动力输出连接件连接机器 人的动力提供装置：仿生腿的底部与仿生脚通过 可调角度的固定连接件连接，仿生腿与仿生脚的 角度位置能够自由可调节。本结构简单，具有对陆 地适应性强和水中运行稳定、速度快的双重优势， 实现在水陆变换介质中持续稳定工作。 27955940真N
CN105644649A 权利要求书 1/1页 1.一种变结构仿生机器人腿足结构，其特征在于：该结构包括动力输出连接件(1)、仿 生腿(2)、可调角度的固定连接件(3)、仿生脚(4)：其中，动力输出连接件(1)设置在仿生腿 (2)的顶部，动力输出连接件(1)连接机器人的动力提供装置：仿生腿(2)的底部与仿生脚 (4)通过可调角度的固定连接件(3)连接，仿生腿(2)与仿生脚(4)的角度位置能够自由可调 节。 2.根据权利要求1所述的一种变结构仿生机器人腿足结构，其特征在于：所述仿生脚 (4)为渐变的弧形结构，该弧形结构的横断面渐次变化。 3.根据权利要求1所述的一种变结构仿生机器人腿足结构，其特征在于：所述可调角度 的固定连接件(3)为铰链或销轴结构。 4.根据权利要求1所述的一种变结构仿生机器人腿足结构，其特征在于：所述仿生脚 (4)分为两段渐变的弧形结构连接，两段渐变的弧形结构之间通过内嵌式卡槽连接，当该仿 生脚(4)工作时，两段渐变的弧形结构张开形成刚性一体化结构：当该仿生脚(4)工作时，两 段渐变的弧形结构内收缩，节省存放空间。 5.根据权利要求1所述的一种变结构仿生机器人腿足结构，其特征在于：机器人主体 (5)共设有六条均匀对称分布的仿生腿(2)，仿生腿(2)由机器人动力输出轴(6)驱动，动力 输出连接件(1)、仿生腿(2)、可调角度的固定连接件(3)、仿生脚(4)、机器人主体(5)、机器 人动力输出轴(6)共同组成六足机器人结构：为适应陆地行走的形态，仿生腿(2)和仿生脚 (4)呈垂直关系，每条腿都只有一个旋转自由度，通过调整步态实现机器人在不同地形上行 走。当机器人从陆地过渡到水中时，可调角度的固定连接件(3)在电机的驱动下改变仿生腿 (2)和仿生脚(4)的角度，当仿生腿和仿生脚近似在一条直线上时，为适应潜水移动姿态，机 器人的腿脚结构以机器人动力输出轴(6)为轴心在水中不断上下摆动而产生向前的推力。 2
CN105644649A 说明书 1/3页 一种变结构仿生机器人腿足结构 技术领域 [0001] 本发明涉及机器人的机械结构，具体地，涉及一种仿生机器人腿部结构。 背景技术 [0002]常见的机器人腿部结构主要有轮式和多自由度足式两种，轮式的机器人具有结构 简单、运动速度快、效率高、易于控制的优点，然而轮式的机器人所可以通过的地面必须是 连续的，但是自然环境下很多地面的可通过区域是离散非连续的，而多自由度足式机器人 针对地面环境对落足点的规划使其能够通过离散非连续的崎岖地面，但是在其规划落脚点 的同时也降低了机器人的行走速度，对于速度要求比较高的场合，显然多自由度足式机器 人不适用。为了增强机器人适应各种环境的能力，许多新型的机器人腿部结构被提出，最典 型的例子是1999年加拿大麦吉尔大学智能机器中心的机器人专家设计的一款新型的，具有 六个半圆形腿的机器人“Rhx”,首次引入半圆形腿的概念，该结构不仅拥有像轮式腿那样 具有结构简单、运动速度快、效率高、易于控制的优点，而且能够顺利通过大部分自然界的 离散非连续的地形。 [0003]半圆轮腿式机器人对陆地的适应性强的原因可归结于其半圆形腿结构的特殊以 及其运动时只有一个旋转自由度，为了进一步拓宽半圆形腿机器人的应用范围，本发明提 出一种变结构仿生机器人腿脚结构，仿生脚与仿生腿之间通过可调角度的固定连接件连 接，仿生脚与仿生腿之间通过可调角度的固定连接件连接。参照图1，当仿生腿和仿生脚呈 垂直关系时，为适应陆地行走形态，机器人的运动姿态与半圆轮腿式机器人在陆地上运动 的姿态一致；参照图6，当仿生腿和仿生脚近似在一条直线上时，为适应潜水移动姿态，机器 人的腿脚结构以动力输出轴为圆心不断上下摆动，其仿生脚起到了脚蹼的作用，推动机器 人向前移动。本发明的一种变结构仿生机器人腿脚结构具有对陆地适应性强和水中运行稳 定、速度快的双重优势，实现在水陆变换介质中持续稳定工作。 [0004]对现有专利检索，未发现有关半圆形腿用于潜水移动的发明，通过上面的分析，更 加肯定了本发明的意义。 发明内容 [0005]本发明的目的是提供一种机器人腿脚结构具有对陆地适应性强和能够用于潜水 移动，实现在水陆变换介质中持续稳定工作。 [0006] 构思的由来：鸭子，生活在水中或陆地，潜水能力较强。对其腿脚进行观察发现，其 脚也称为脚蹼，腿和脚通过关节连接，在陆地行走时，其腿和脚大致呈垂直关系，在水中潜 水时，其腿和脚大致在一条线上，靠腿和脚蹼不停的摆动，提供给鸭子向前的推进力，使鸭 子在水里快速运动。从自然中获取灵感，施法自然，采用工程仿生学技术及相似性原理，本 发明提出一种变结构仿生机器人腿脚结构，仿生脚与仿生腿之间通过可调角度的固定连接 件连接，仿生脚与仿生腿之间通过可调角度的固定连接件连接。参照图1，当仿生腿和仿生 脚呈垂直关系时，为适应陆地行走形态，机器人的运动姿态与半圆轮腿式机器人在陆地上 3
CN105644649A 说明书 2/3页 运动的姿态一致：参照图6，当仿生腿和仿生脚近似在一条直线上时，为适应潜水移动姿态， 机器人的腿脚结构以动力输出轴为圆心不断上下摆动，其仿生脚起到了脚蹼的作用，推动 机器人向前移动。本发明的一种变结构仿生机器人腿脚结构具有对陆地适应性强和水中运 行稳定、速度快的双重优势，实现在水陆变换介质中持续稳定工作。 [0007]本发明采用的技术方案，参照图1，一种变结构仿生机器人腿足结构，其特征在于， 该结构包括动力输出连接件(1)、仿生腿(2)、可调角度的固定连接件(3)、仿生脚(4)：其中， 动力输出连接件(1)设置在仿生腿(2)的顶部，动力输出连接件(1)连接机器人的动力提供 装置：仿生腿(2)的底部与仿生脚(4)通过可调角度的固定连接件(3)连接，仿生腿(2)与仿 生脚(4)的角度位置能够自由可调节。 [0008]所述仿生脚(4)为渐变的弧形结构，该弧形结构的横断面渐次变化。 [0009] 所述可调角度的固定连接件(3)为铰链或销轴结构。 [0010] 所述仿生脚(4)分为两段渐变的弧形结构连接，两段渐变的弧形结构之间通过内 嵌式卡槽连接，当该仿生脚(4)工作时，两段渐变的弧形结构张开形成刚性一体化结构：当 该仿生脚(4)工作时，两段渐变的弧形结构内收缩，节省存放空间。 [0011] 本发明的有益效果如下：本结构简单，具有对陆地适应性强和水中运行稳定、速度 快的双重优势，实现在水陆变换介质中持续稳定工作。 附图说明 [0012] 图1是一种可变结构仿生机器人腿脚结构的示意图。 [0013] 图2是输出动力连接件的示意图。 [0014] 图3是仿生腿的示意图。 [00151 图4是可调角度的固定连接件的示意图。 [0016] 图5是仿生脚的示意图。 [0017] 图6是六足机器人适合陆地行走时的示意图。 [0018] 图7是六足机器人适合水中前进的示意图。 [0019] 图8是六足机器人适合水中后退的示意图。 [0020] 图中：1、动力输出连接件，2、主体腿，3、可调角度的固定连接件，4、仿生脚，5、机器 人主体，6、机器人动力输出轴。 具体实施方式 [0021]下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。 [0022] 如图1所示，一种变结构仿生机器人腿足结构，其特征在于，包括动力输出连接件 (1)、仿生腿(2)、可调角度的固定连接件(3)、仿生脚(4)，其中：动力输出连接件(1)，连接机 器人动力提供装置与所述的仿生腿(2)：仿生腿(2)，与所述的仿生脚(4)通过可调角度的固 定连接件(3)连接，使得仿生腿(2)与仿生脚(4)的角度关系可调。 [0023]图3所示是所述的仿生腿(2)，要求其加工的材料密度较小，强度高。形状为仿鸭腿 的类圆柱形。 [0024]图4为可调角度的固定连接件(3)，要求其通过电机调节仿生腿(2)与仿生脚(4)的 角度，且电机具有防水的功能
CN105644649A 说明书 3/3页 [0025] 图5为仿生脚(4)，为弧形结构，形状为仿鸭子脚的鸭蹼形状。 [0026] 为了更加清晰和形象了解本发明，以六足机器人为例，对两种模式应用于机器人 进行说明，参照图7和图8： [0027]如图7所示，机器人主体(5)共设有六条均匀对称分布的仿生腿(2)，仿生腿(2)由 机器人动力输出轴(6)驱动，动力输出连接件(1)、仿生腿(2)、可调角度的固定连接件(3)、 仿生脚(4)、机器人主体(5)、机器人动力输出轴(6)共同组成六足机器人结构：为适应陆地 行走的形态，仿生腿(2)和仿生脚(4)呈垂直关系，每条腿都只有一个旋转自由度，通过调整 步态实现机器人在不同地形上行走。当机器人从陆地过渡到水中时，可调角度的固定连接 件(3)在电机的驱动下改变仿生腿(2)和仿生脚(4)的角度，当仿生腿和仿生脚近似在一条 直线上时，为适应潜水移动姿态，参照图6，机器人的腿脚结构以机器人动力输出轴(6)为轴 心在水中不断上下摆动而产生向前的推力。 [0028]最后要说明的是：以上实施例仅用于说明本发明而并非限制本发明所描述的技术 方案，因此尽管本说明书参照上述实施例已经进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术 人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，而一切不脱离发明精神和范围的 技术方案及其改进，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。 5
CN105644649A 说明书附图 1/3页 1 2 3 图1 图2 图4 图3 6
CN105644649A 说明书附图 2/3页 图5 图6 5 6 图7 1
CN105644649A 说明书附图 3/3页 图8 8