[發明專利]具有并聯腰結構的四足機器人

有效

• 申請號: 201510330474.7
• 申請日: 2015-06-15
• 公開（公告）號: CN104924294B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發明（設計）人: 高峰;陳先寶;金振林;奚達;潘陽
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 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,劉翠

技術領域

本發明涉及步行機器人技術領域，具體是一種具有并聯腰結構的快速四足機器人。

背景技術

足式機器人被廣泛用于復雜地面環境下的作業任務，如：核電站災害之后的探查工作、地震或塌方之后的救援任務等。與輪式及履帶式機器人不同，足式機器人能夠靈活選取獨立的落腳點來完成運動過程。足式機器人將機身與地面復雜環境通過機械腿隔離，使機身能夠穿越或避開各種障礙物，在其他機器人難以運動的環境下完成既定任務。

根據仿生研究顯示，動物在運動過程中，由于腰部的運動與變形，可以增大腿部的運動空間，加強蓄力能力從而提供瞬間加速和跳躍的爆發力，并利用彈性節省能量的消耗以及降低觸地時對身體的沖擊。靈巧的腰結構還可以幫助動物在狹屈曲的多障礙環境下扭曲身體，具有更好的通過性。在工程實際中，步行器往往需要快速通過障礙環境，因此，運動速度和越障能力是衡量其實際意義的重要指標之一。隨著速度的增大，要求足部的邁步步長和擺腿爆發力增大；復雜的障礙環境下，要求機器人能夠控制身體的姿態來躲避障礙物的阻擋。因此，步行器的腰部構造設計就顯得尤為重要。目前公布的足式機器人通常缺乏腰部結構或者腰部自由度極少，不能達到快速運動和靈活越障的要求。因此，提供一種帶有多自由度腰結構的足式機器人，成為目前行業內亟待解決的問題。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的上述不足，提供了一種具有并聯腰結構的四足機器人，該機器人運動快速靈巧，地形適應性好，越障能力強，適用于復雜非結構地形條件下的高速作業。。

本發明是通過以下技術方案實現的。

一種具有并聯腰結構的四足機器人，包括機架、并聯腰結構和四條并聯機械腿；其中，所述機架包括前部機架和后部機架，所述前部機架和后部機架之間通過并聯腰結構連接，所述并聯腰結構具有四個自由度；所述四條并聯機械腿平均安裝在前部機架和后部機架的兩側，其中每一條并聯機械腿均相對于機架具有三個自由度，所述前部機架和后部機架在并聯腰結構和四條并聯機械腿的配合下，分別具有三維平移和三維轉動六個自由度。

優選地，所述并聯腰結構包括一條輔支鏈和均布在輔支鏈周圍的四條具有相同結構、尺寸的主支鏈。

優選地，所述輔支鏈包括：兩根連架桿和一根輸出桿；其中，兩根連架桿的一端均鉸接在后部機架上，兩根連架桿的另一端均鉸接在輸出桿的一端上；所述輸出桿的另一端通過一個等效球鉸a活動連接在前部機架上。

優選地，所述輔支鏈的輸出桿與前部機架的連接點受到兩根連架桿的限制，僅存在前后方向的直線運動自由度。

優選地，每一條主支鏈均包括：腰部驅動電機、絲杠滑塊機構、腰部連桿；其中，所述絲杠滑塊機構固定在后部機架上，絲杠滑塊機構的一端通過皮帶連接腰部驅動電機，絲杠滑塊機構的另一端通過一個虎克鉸a推動腰部連桿；所述腰部連桿的末端通過球鉸連接到前部機架上。

優選地，四條主支鏈驅動前部機架進行前后移動和三維空間轉動。

優選地，每一條并聯機械腿均包括：三個驅動電機、三根驅動搖桿、三根驅動連桿、連接平臺和若干腿部桿件；其中，三個驅動電機分別固定在機架上，并分別直接驅動相對應的三根驅動搖桿的一端，三根驅動搖桿的另一端均通過虎克鉸b分別連接三根驅動連桿的一端，三根驅動連桿的另一端均連接到連接平臺上；所述連接平臺通過一個等效球鉸b帶動腿部桿件做空間運動；所述腿部桿件的末端相對于機架具有三個自由度。

優選地，所述并聯腰結構的四個自由度包括：前后移動自由度和三維空間轉動自由度。

優選地，所述并聯機械腿的三個自由度包括：腿部矢狀面上的二維移動自由度和繞機架前后軸的側擺運動自由度。

本發明提供的具有并聯腰結構的四足機器人，前部機架在輔支鏈的限制下，通過四條主支鏈并聯驅動，相對后部機架存在一個直線運動自由度和三個轉動自由度。四條并聯機械腿分別活動連接在前部機架和后部機架的兩側，由各自獨立的驅動系統控制運動。

與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：

1、機器人的機身(機架)分為前后兩個部分，兩部分中間通過一個四自由度的并聯腰結構連接。兩部分機身相對存在一個移動自由度和三個空間轉動(三維轉動)自由度，能模仿自然界動物結構，實現許多復雜的身體變形運動。相對于缺乏靈活腰結構的機器人，本發明對于窄門、洞穴、樓梯等運動空間扭曲的障礙環境的通過能力大大提升。