[發明專利]十二自由度混聯腿結構四足步行器

有效

• 申請號: 201110314612.4
• 申請日: 2011-10-17
• 公開（公告）號: CN102390460A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發明（設計）人: 高峰;田興華;金振林;齊臣坤;郭為忠
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及一種十二自由度混聯腿結構四足步行器，用于野外復雜的非結構地形條件下的高速、高負載運輸作業及危險環境作業，屬于機械工程中機器人技術領域。

背景技術

高速、高承載四足步行器是模仿四足動物運動形式的特種機器人，該類機器人能夠在復雜的非結構環境中穩定的行走，可以代替人完成許多危險作業，在軍事、礦山開采、核能工業、星球表面探測、消防及營救、建筑業、農林采伐、示教娛樂等行業?有著許多潛在的應用前景。長期以來，四足步行器技術一直是國內外機器人領域研究的熱點之一。在四足步行器機械結構設計方面，混聯腿結構結合了并聯機構和串聯機構的優點，可實現機器人全方位、高承載的運動；在驅動方面，直線驅動器結構簡單、布置容易，使用直線驅動器可以使步行器腿部結構更加簡單、緊湊，并可以提高步行器的驅動力和運動速度。

經檢索發現，申請號為201010279765.5，申請日為2010年9月13日的中國發明專利公開了一種基于混聯機構的全方位四足步行移動裝置，用于廢墟等復雜地形及狹窄空間條件下搜索目標和運輸作業。該發明由一個中心對稱的機架，四個和機架連接的串、并混聯三自由度腿部機構構成。每一個腿部機構組件由連桿、轉動關節、驅動電機和聯軸器組成；電機輸出軸通過聯軸器與主動連桿相連接，所有的主動連桿在一個平面內，和機架垂直的連桿與機架之間形成轉動副；轉動連桿上固定的兩個電機驅動平面五桿機構的兩個主動連桿，把電機的周轉運動轉化為足端的平面運動，三個電機輸入實現了每個足端的3個自由度運動輸出。四個腿部機構協調運動，實現四足步行移動裝置的實際全方位步行輸出。該專利并未考慮行進過程中足端與地面之間的震蕩沖擊問題，并且采用驅動電機的驅動力和響應時間很難滿足步行器在野外作業時高速、高承載力的要求。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的上述不足，提供了一種十二自由度混聯腿結構四足步行器。

本發明是通過以下技術方案實現的。

一種十二自由度混聯腿結構四足步行器，包括機架和四條結構對稱的混聯腿，混聯腿位于機架的下方，所述混聯腿包括足部和小腿，足部與小腿之間為彈性緩沖連接。

所述混聯腿還包括：第一直線驅動器、腿部機架、前擺桿、第二直線驅動器、后擺桿、第三直線驅動器、連桿，其中，第一直線驅動器的兩端分別與腿部機架和機架活動連接，腿部機架的兩端分別與機架活動連接，前擺桿的三端分別與腿部機架、第二直線驅動器的一端、小腿活動連接，第二直線驅動器的另一端與腿部機架活動連接；后擺桿的三端分別與腿部機架、第三直線驅動器的一端以及連桿的一端活動連接，第三直線驅動器的另一端與腿部機架活動活動連接，連桿的另一端與小腿活動連接。

所述活動連接為鉸鏈連接。

所述四條混聯腿的布置方式采用對稱布置或同向布置。

所述彈性緩沖連接為剛性彈簧連接或氣動彈簧連接。

實際作業時，單條混聯腿具有三個驅動自由度，第一直線驅動器驅動整個腿部進行側擺運動，第二直線驅動器和第三直線驅動器可協同帶動足部在腿部機構平面內進行平面并聯運動輸出。步行器整體具有十二個驅動自由度，通過一定的步態輸出可實現機器人的全方位運動。

本發明具有實質性特點和顯著進步。本發明所采用的混聯腿結構提高了四足機器人腿部結構的承載力和靈活性；直線驅動器布置容易，使機器人腿部結構更加簡單、緊湊，還提高了機器人的驅動力和運動速度；足部的緩沖可以減少機器人運動過程中的震蕩沖擊，同時為下一次邁步積蓄能量。本發明結構簡單、控制容易，運動精度高，具有高速響應能力及高承載能力，適用于野外復雜的非結構地形條件下的高速、高負載運輸作業及危險環境作業。

附圖說明

圖1為本發明結構示意圖。

圖1中，1為機架，2為第一直線驅動器，3為腿部機架，4為前擺桿，5為第二直線驅動器，6為后擺桿，7為第三直線驅動器，8為連桿，?9為小腿，10為足部。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的技術方案作進一步描述。

圖1為本發明結構示意圖。如圖1所示，本發明主要包括：機架1和四條結構對稱的混聯腿。