[發明專利]一種欠驅動混聯行走機構

有效

• 申請號: 201310236161.6
• 申請日: 2013-06-14
• 公開（公告）號: CN103264735A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 肖永飛;王亞麗;吳昊;李文廣
• 申請（專利權）人: 山東省科學院自動化研究所
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 王吉勇

技術領域

本發明涉及一種機器人行走機構，尤其是一種欠驅動混聯行走機構。

背景技術

目前，代替人類在復雜和危險環境中工作的地面移動機器人越來越引起人們的關注，目前該類型機器人主要分為兩類：輪式（履帶式）和腿式機器人。腿式機器人可適應更為廣泛的地形，在近些年引起更多的關注。四足腿式機器人比輪式或履帶式機器人更為靈活，構建和控制性能上比六足更為簡單，而在運動上比雙足更為穩定，這些特點使其在軍事、航空航天、抗險救災以及示教娛樂上有著廣闊的應用前景。從腿部機構構型角度考慮，串聯構型腿部運動空間更大，整體更為靈活，并聯構型穩定性和承載能力更好。通常四足機器人單個腿部設計為2～4個自由度，四足機構多達8～16個自由度，多自由度的設計雖然增加了腿部動作的靈活性，但要實現四足行走與步態控制的難度和復雜度大大提升了。目前的常見的四足機器人的行走實際上一種多自由度的步態協調與控制方法，其設計難度、時間復雜度以及動態響應要求都是影響該技術實際應用的障礙。利用機構設計有效降低其腿部機構的自由度，并同時能實現要求的步態，便可有效改善該類型機器人的技術難度，降低其應用門檻。

發明內容

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種欠驅動混聯行走機構，該機構兼具串聯與并聯機構的混聯結構，在保證運動靈活性的同時，具有較好的穩定性和承載能力。通過機構設計有效實現了前后腿的步態控制，只通過單個或少量驅動便實現了前后腿的行走步態，大大減少了驅動部件的數目，從而降低控制的難度與復雜度，由于步態行走大部分是由機構實現，也在一定程度上提高了響應的及時性。其結構較傳統機構得到了較大的簡化、控制難度降低、響應速度快，適用于復雜地形結構下的快速行走與作業。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種欠驅動混聯行走機構，包括對稱安裝于機身下方的四條混聯行走腿機構，每條所述腿機構均由一個主動四邊形機構、一個隨動四邊形機構、一個三角架及隨動足部機構構成，其中，隨動四邊形機構和三角架均位于主動四邊形機構一側，三角架位于隨動四邊形機構上部，隨動足部機構位于隨動四邊形機構的下部，且所有相鄰機構之間均有共用組成部件；兩組相對應的前腿機構和后腿機構分別安裝于兩個不同偏心輪上，三角架的一個節點通過回轉副與機身相連。

每一組前后相對應的前腿機構和后腿機構的主動四邊形機構的相同位置的一個節點安裝于一個偏心輪上。

所述兩個偏心輪分別安裝在兩個不同的驅動軸上，兩個偏心輪均通過回轉副安裝于機身上，兩個偏心輪上均設有一個偏心軸。

所述兩個偏心輪安裝在同一個驅動軸上，兩個偏心輪均通過回轉副安裝于機身上，兩個偏心輪上均設有一個偏心軸，且兩個偏心軸相位差為180°。

所述主動四邊形機構是由第一至第四連桿首尾依次相連組成，且第一和第四連桿相連節點連接于偏心輪的偏心軸上。

所述三角架由第五連桿、第六連桿與主動四邊形機構的第二連桿首尾依次相連組成；第二連桿和第六連桿鉸接節點通過回轉副安裝于機身上。

所述隨動四邊形機構由第七連桿、足部關節、主動四邊形機構的第三連桿、三角架的第六連桿首尾依次相連組成。

所述各連桿連接節點均為鉸接并能回轉。

所述隨動足部機構底部，以及與隨動足部機構相連的隨動四邊形機構的第七連桿、主動四邊形機構的第三連桿底部均設有減震機構。

本發明包括4條混聯構型的腿機構，對稱安裝于機身下方，并通過偏心輪控制前后腿的步態協調，每個偏心輪控制前后2條腿。

欠驅動的說明：通常的四足行走機構的自由度要求多達8～16個，從理論上說，要實現整個機構的四足步態行走，要求的驅動部件也應該具有8～16個驅動部件。本發明從機構角度出發，將偏心輪與混聯機構結合，只通過單個驅動或最多2個驅動部件，就能實現多個自由度的四足直線行走步態控制，故稱之為欠驅動。

每個混聯腿構型由兩個四邊形機構（主動四邊形機構和隨動四邊形機構）、一個三角架以及隨動足部機構構成。腿部動作主要由偏心輪帶動該主動四邊形機構完成運動；三角架與機身通過回轉副相連，并在主動四邊形驅動下繞回轉副旋轉；足部機構在主動四邊形機構和隨動四邊形帶動下隨動。

通過偏心輪與主動四邊形驅動前后腿機構，進而實現四足直線步態運動，通過1個轉動驅動以及混聯機構實現多自由度兩足行走步態，偏心輪每轉動360°，則完成一次步態循環。

對稱兩側的前后腿足行走機構完全相同，通過兩側偏心輪位置差動，可實現四足步態變換，兩偏心輪相位差相差180°。