[發明專利]6-URS六足步行機器人

無效

• 申請號: 201110447344.3
• 申請日: 2011-12-28
• 公開（公告）號: CN102530120A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 李艷文;王魯敏;焦娟;張成軍
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032;B25J9/08
• 代理公司: 石家莊一誠知識產權事務所 13116
• 代理人: 續京沙

技術領域??本發明屬于多足步行機器人，特別涉及一種具有6自由度并聯腰機構和三分支操作手的機器人。

背景技術??至今人們已研究出多種步行機器人。美國伊利諾斯大學Delcomyn和Nelscon于20世紀末，制造了著名的仿蟑螂機器人Biobot。美國NASA研制的用于航空領域的微型爬行機器人“Spider-bot”，外形很像蜘蛛，體積只有人頭部的一半大小，重量輕，可以在不規則的星球表面爬行。上海交通大學研制了小型六足仿生機器人；還研制了四足步行機器人“JTUWM”，它能以對角線步態行走。其足底安裝了PVDF測力傳感器，上位機利用模糊神經網絡系統對力反饋信息進行處理，調整步行參數，提高了步行的穩定性。中國科學院沈陽自動化所成功研制了水下全方位六足步行機器人LR-1。清華大學開發了“DT-WM”—框架式雙三足步行機器人、五足爬桿機器人。上海交通大學祝捷等人研究的SMA驅動的微型雙三足步行機器人等等。

?但與工業機器人相比，三十多年來，步行機器人的研究進展緩慢，大多數研究開發工作基本上沒有走出實驗室。我國目前尚未有適用于礦井這一非結構環境多足步行機器人的研究。且目前的多足步行機器人存在諸多問題。首先多足步行機器人的步態依照機器人結構的不同而各有不同。在某些地貌，其行走效率很低，而且在機器人動態步行方面的研究比較缺乏。另外在實際應用中機器人的工作空間會受到限制。需要研制體積小、效率高的機械結構、控制系統硬件電路、電源系統、傳感器等。最后需要改進現有多足步行機器人的機械機構設計，提高多足步行機器人研究平臺的適應能力。

發明內容??本發明的目的在于提供一種結構新、剛度大、承載能力強并且運動靈活的六足步行機器人。本發明主要包括有上、下平臺、連接上下平臺的6個結構相同的URS分支以及結構相同的3個長支撐腿和3個短支撐腿。上平臺和下平臺均為反正六邊形，六個相同的URS分支布置在平臺圓周上，分別對應反正六邊形上、下平臺的六個頂點。每個URS分支的上連桿一端與由螺栓固定在上平臺的虎克鉸副U連接，其另一端通過轉動副R與下連桿的一端連接，該下連桿的另一端通過球副S與下平臺連接，該球副S通過上、下球套由螺栓連接到下平臺上。上述六個結構相同的URS分支中的三個分支可以脫開與下平臺之間的連接，再其末端安裝爪手，向前向外伸出，實現采集、抓取、傳遞物品等功能。三個相同的長支撐腿的一端按每120°一個等分連接在上平臺圓周上，分別對應反正六邊形上平臺的其中三條邊線的中間位置；其另一端置于地面上；三個短支撐腿的一端按每120°一個等分連接在下平臺圓周上，分別對應反正六邊形下平臺的其它三條邊線的中間位置，與上平臺的三條長支撐腿相錯開，其另一端置于地面上。在上述每個URS中間的R副上可以安裝驅動電機，通過電機驅動R副轉動，可實現上、下平臺的交替運動。

機器人所采用的6-URS并聯機構的上、下平臺交替做定平臺和動平臺，在這兩種情況下，為了實現動平臺的運動要求，要求相應的動平臺都要具有三個移動自由度和三個轉動自由度。利用螺旋理論對這兩種情況下的自由度數目和運動性質進行分析可知：該運動螺旋系的秩為6，無約束反螺旋，即動平臺均具有三個移動自由度和三個轉動自由度。說明該機構滿足機器人行走所要求的自由度數目和運動性質。

本發明與現在技術相比具在有如下優點：

1、保證同時至少有三條腿著地，這樣就能強化其承載能力與穩定性。

2、在立定靜止時，上下平臺之間的六條連接足中的三條能脫開與下平臺之間的連接，向前向外伸出，實現采集、抓取、傳遞等功能。

3、由于其結構的局部對稱性，使其可以原地轉彎，而且上下平臺之間的距離伸縮性較大，可以使機器人越過較高的石塊，適應凹凸不平路面。

附圖說明

圖1是本發明的立體示意簡圖。

圖2是本發明單分支操作手的立體示意簡圖。

圖3是本發明雙分支協作操作手的立體示意簡圖。

圖4是本發明三分支協作操作手的立體示意簡圖。

具體實施方式

????在圖1所示的6-URS六足步行機器人的立體示意簡圖中，上平臺1、和下平臺5均為反正六邊形，連接上、下平臺的六個結構完全相同的URS分支3中，每個URS分支的上連桿一端與由螺栓固定在上平臺的虎克鉸U連接，其另一端通過轉動副R與下連桿的一端連接，該下連桿的另一端通過球副S與下平臺連接，該球副S通過上、下球套由螺栓連接到下平臺上。三個相同的長支撐腿2的一端按每120°一個等分連接在上平臺圓周上，分別對應反正六邊形上平臺的其中三條邊線的中間位置，其另一端置于地面上，三個短支撐腿6的一端按每120°一個等分連接在下平臺圓周上，分別對應反正六邊形下平臺的其它三條邊線的中間位置，與上平臺的三條支撐腿相錯開，其另一端置于地面上。驅動電機4裝在每個URS中間的R副上，通過電機驅動R副轉動，可實現上、下平臺的交替運動。在立定靜止時，上下平臺之間的六條連接支鏈中的三條能脫開與下平臺之間的連接，如圖2、3和4所示，向前向外伸出，來實現采集、抓取、傳遞物品等功能，這時其余運動分支的萬向鉸中的轉動副鎖死，保證機器人穩定。