[發明專利]直線驅動的步行機器人腿部構型及并聯四足步行機器人

有效

• 申請號: 201510332392.6
• 申請日: 2015-06-15
• 公開（公告）號: CN104986240B
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發明（設計）人: 高峰;陳先寶;金振林;潘陽
• 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,劉翠

技術領域

本發明涉及機器人技術領域，具體是一種便于防護的直線驅動的步行機器人腿部構型及并聯四足步行機器人。

背景技術

腿式機器人與輪式機器人和履帶式機器人的最大區別在于，腿式機器人具有更高的機動能力，它們更適合在復雜地形中執行作業任務，尤其是在突發災難的區域，如：地震、火災、廠房區內毒氣泄漏等，一般的器械都無法有效、快速的將探測、救援設備運送到目的地。腿式機器人(步行器)具備較高的越障能力更適合被派遣到這些地方進行工作。因此，對于軍用、民用腿式機器人的研究有著重要的實際意義。

腿式機器人在復雜作業環境下，應具備兩個很重要的特點：機動性和防護能力。由于地形復雜，機器人為了適應地形，腿部應非常靈活。這需要機器人的腿部質量和轉動慣量較小。另一方面，由于在惡劣的環境下作業，對于驅動器以及傳感器等電子元器件的防護要求較高。常規的串聯腿機器人由于腿部安裝了驅動器和相應的傳感器，很難實現較好的防護。同時，這樣也增加了腿部較低位置的質量，增加了機器人的腿部轉動慣量，降低了腿部的機動性。

另一方面，常規的機器人腿部各驅動功率需求大小相差較大，比如在行走過程中，膝關節需要較大功率的驅動器，而髖關節需要的功率較小。這對于機器人的制造成本、驅動的選型都帶來了一定的不便。為了解決這兩個問題，需要從機器人的腿部構型這個基本問題著手進行設計。

綜上所述，常規的步行器的腿部設計可能導致機器人腿部轉動慣量較大，驅動以及電子器件不易防護、驅動器功率分布不均勻等問題。為了應對復雜作業環境，需要對機器人的腿部構型進行重新設計。

發明內容

針對現有技術中存在的上述不足，本發明的目的在于提供一種直線驅動的步行機器人腿部構型及并聯四足步行機器人，以解決現有步行器(腿式機器人)腿轉動慣量較大、驅動以及電子器件不容易防護以及驅動器功率分布不均勻等問題。

為達到上述目的，本發明是通過以下技術方案實現的。

根據本發明的一個方面，提供了一種直線驅動的步行機器人腿部構型，包括：腿部伸縮機構、并聯驅動機構以及直線驅動機構；所述直線驅動機構與并聯驅動機構驅動連接，所述并聯驅動機構與腿部伸縮機構驅動連接；其中：

所述腿部伸縮機構包括：側擺塊1、擺動桿2、傳動桿a3、傳動桿b6、小腿桿4和足部桿5，其中，所述側擺塊1通過與側擺塊1轉動軸線正交布置的轉動鉸鏈b與擺動桿2相連，實現腿部伸縮機構的前后擺動，所述擺動桿2分別通過轉動鉸鏈c和轉動鉸鏈d與傳動桿a3和傳動桿b6相連，所述傳動桿a3和傳動桿b6分別通過轉動鉸鏈e和轉動鉸鏈f與小腿桿4相連，所述小腿桿4通過彈簧伸縮機構與足部桿5相連；

所述并聯驅動機構包括：驅動頭7、萬向節8、驅動桿a9、驅動桿b10、驅動桿c11、轉動組件a12和轉動組件b13，其中，所述驅動頭7和萬向節8分別為三個，三個驅動頭7通過對應的萬向節8分別與驅動桿a9、驅動桿b10和驅動桿c11相連，所述驅動桿b10和驅動桿c11通過轉動組件a12與驅動桿a9相連，所述驅動桿a9通過轉動組件b13與腿部伸縮機構的傳動桿b6相連，驅動腿部伸縮機構運動；

所述直線驅動機構包括三組直線驅動部件14，三組直線驅動部件14分別與并聯驅動機構的三個驅動頭7相連，驅動三個驅動頭7沿直線上下運動。

優選地，所述轉動組件a12和轉動組件b13均采用如下任一種結構：

-包括三個順序相連的轉動鉸鏈g，三個轉動鉸鏈g的旋轉中心交于一點；

-采用一個球副鉸鏈。

優選地，所述萬向節8包括兩個正交的轉動鉸鏈h。

優選地，所述足部桿5的端部形成足尖結構，所述足尖結構具有前后、左右和上下三維運動輸出。

優選地，所述足尖結構采用圓形結構。

優選地，直線驅動部件14采用如下任一種形式：

-液壓缸驅動；

-旋轉電機驅動絲杠傳動；

-直線電機驅動。

根據本發明的另一個方面，提供了一種并聯四足步行機器人，包括身體機架V和布置于身體機架V上的四條上述直線驅動的步行機器人腿部構型，四條所述直線驅動的步行機器人腿部構型的側擺塊1通過轉動鉸鏈a在身體機架V的下方前后對稱布置或同向布置，實現直線驅動的步行機器人腿部構型的腿部伸縮機構左右擺動，所述并聯驅動機構和直線驅動機構分別設置于身體機架V的上方。

本發明的工作原理為：