[發明專利]類雙A字臂懸掛式機器人胯部側偏減震系統

有效

• 申請號: 201310284936.7
• 申請日: 2013-07-08
• 公開（公告）號: CN103318290A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 羅慶生;黃焱崧;高劍鋒;周晨陽;張博希;劉芳政;柯志芳
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032;B60G11/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于仿生四足機器人技術領域，尤其涉及跑跳四足機器人的胯部減震。

背景技術

足式機器人，尤其多足機器人，其研制目的在于實現機器人腿部多自由度靈活運動。然而為了保證控制的穩定性，大多數足式機器人沒有為腿部設置側偏運動關節。這樣就大大降低了機器人抵御側向干擾的能力。目前，美國的Bigdog使用了液壓驅動的側偏關節，但是液壓系統難以應用于小型機器人。此外，僅僅實現側偏還是不夠的，對于受到地面一定頻率沖擊的機器人，腿與軀干連接的肩部或者胯部需要一套緩沖減震系統。因此，對于電控多足機器人來說，急需一種既能保證穩定性，又能實現側偏，同時還能實現類似于動物肩部和胯部緩沖減震功能的系統。

發明內容

從功能仿生原理出發，模仿四足動物肩部和胯部的結構特點和運動功能實現多足機器人的腿部側偏運動，同時保證具有足夠的緩沖吸振能力。為了圓滿實現上述目標，我們設計了類雙A字臂懸掛式多足機器人胯部側偏減震系統。該系統依托四連桿機構骨架，拉伸彈簧和側偏驅動裝置等部件，可以完成多足機器人胯部的側偏運動和減震功能。四連桿機構骨架具有很好的穩定性，絲桿傳動可以將電機的圓周轉動轉換為直線運動，從而完成側偏運動，提高了多足機器人全系統的穩定性，取得較好的仿生效果，也極大提高了機器人的靈活性。

本發明的技術實現方案：

類雙A字臂懸掛式機器人胯部側偏減震系統是由四連桿機構、絲桿滑臺驅動單元、大腿驅動單元、拉伸彈簧減震機構集成為一體的3自由度系統。

其中，四連桿機構的機架由軀干和滑塊確定，為了保證系統在完成側偏運動的同時也能夠減震，四連桿的機架可以隨絲桿滑臺中滑塊的位置變動而變動，上側連架桿、下側連架桿、與連桿的長度均不變，下側連架桿隨滑塊推動大腿側偏運動。為保證穩定性，抵御腿部傳遞的扭矩，上側連架桿形狀為A字臂，利用了三角形穩定性；兼顧穩定性和左右腿相向運動不干涉，下側連架桿保留A字臂的單邊。連桿設計為對合式結構，保證雙軸輸出驅動單元的安裝，連桿與驅動單元的輸出軸固連，驅動單元機身則與大腿固連，這樣就將大腿和四連桿機構穩定的集成在一起。

上側連架桿A字臂橫梁同時作為拉伸彈簧的上側固定端，拉伸彈簧的下側固定端位于一個與軀干固連的彈簧鋼片的內嵌軸上。這樣，在收到地面沖擊時，四連桿機構中上側和下側連架桿向上轉動，拉伸彈簧被拉伸，起到吸振功能。每一個轉動副均設有機械限位部分，防止沖擊過大影響驅動單元的穩定性。這就將四連桿機構和拉伸彈簧減震機構集成在一起。

下側連架桿的一端與滑塊鉸接，滑塊固定在絲桿的螺母上，絲桿有減速電機驅動，這樣就將側偏驅動單元與四連桿機構集成在一起。由于左右兩側的腿呈對稱分布，為了不讓絲桿滑塊和下側連架桿在運動過程中干涉，分別驅動左右兩側腿的絲桿滑臺機構并排布局，且省略了下側連架桿A字臂的一側臂。

該系統的優點：四連桿機構具有很好的穩定性，雙A字臂式的上下側連桿保證了機構的抗扭強度；大腿驅動單元為雙軸輸出，保證大腿與連桿連接處受力合理；絲桿滑臺水平布局，可以為側偏運動提供高效率動力源；多機構多單元融合為一體，集成度高，系統精簡，穩定可靠。

附圖說明

圖1所示為本發明一個實施例中四連桿機構軸測圖。

圖2所示為本發明一個實施例中絲桿滑臺驅動單元軸測圖。

圖3所示為本發明一個實施例中大腿驅動單元軸測圖。

圖4所示為本發明一個實施例中拉伸彈簧減震機構軸測圖。

圖5所示為本發明一個實施例中整體結構軸測圖。

圖6所示為本發明一個實施例中整體結構正視圖。

具體實施方式

如圖1-6所示，類雙A字臂懸掛式機器人胯部側偏減震系統由圖1四連桿機構、圖2絲桿滑臺驅動單元、圖3大腿驅動單元、圖4拉伸彈簧減震機構集成為一體的系統。

如圖1，為四連桿機構：1上側連架桿，2下側連架桿，對合式3連桿，6軀干，9滑塊。四連桿的機架為6軀干和9滑塊確定的連線，可以隨9滑塊的位置變動而變動，2下側連架桿隨滑塊推動大腿側偏運動。

如圖2，為絲桿滑臺驅動單元：2下側連架桿，9滑塊，10螺母，11絲桿，12減速電機，13支撐架，14聯軸器，通過計算側偏運動規律可以得到滑塊運動函數，以此作為絲桿設計和電機選型的參考數據。左右腿各具有一套該機構，兩套機構并排水平放置。

如圖3，為大腿驅動單元：3連桿，4大腿，7驅動單元,16連接軸。3連桿設計為對合式結構，7驅動單元選擇雙軸輸出舵機，3連桿與7驅動單元的輸出軸固連并且承接了四連桿機構，4大腿與7驅動單元的機身固連。