[發明專利]彈性四連桿機械腿及其試驗平臺

有效

• 申請號: 201610206266.0
• 申請日: 2016-04-05
• 公開（公告）號: CN105752197B
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發明（設計）人: 李奇敏;任灝宇;李揚宇;楊壹;蔣建新;劉冰
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032;G01M17/00
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務所(普通合伙)50211
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發明屬于機械腿技術領域，具體地講，特別涉及一種彈性四連桿機械腿及其試驗平臺。

背景技術

目前，足式機器人由于擁有多種步態和一定的越障功能，相對于輪式、履帶式和蠕動式機器人應用范圍更加廣泛，特別是在復雜地形條件下進行探險、勘察等領域都能得到廣泛的應用。現有足式機器人腿部結構的形式多種多樣，但多數都包括大腿、小腿和足部，其中大腿的上端安裝在動力源的輸出軸上形成髖關節，大腿的下端與小腿鉸接形成膝關節，在膝關節上連接有電機用于實現小腿的轉動，小腿的下端與足部鉸接構成踝關節。這種結構，由于膝關節上的電機增加了腿部結構的重量，使腿部的慣性大，不利于腿部的及時響應和作用力的提高。

申請號為“201310690161 .3”的發明專利公開了一種帶有彈性四桿機構的四足機器人腿，該發明專利在大腿與足部的上端之間連接拉簧，在大腿與踝關節之間連接壓簧，并在髖關節與踝關節之間連接鋼絲繩，通過壓簧和鋼絲繩的收放實現膝關節的轉動，從而避免了直接在膝關節安裝電機。但是，鋼絲繩通過卷線輪的轉動實現收放，使小腿的響應仍然不夠及時，并且鋼絲繩的安裝調試麻煩、收放精度難以控制，很難確保四足的一致性。

并且，為了研究機械腿的各項性能、研發初期均需要在試驗平臺上對機械腿運動過程中的各項參數進行采集，現有的機械腿試驗平臺主要包括供機械腿跑動的傳動帶。受機械腿跑動距離的影響，現有的試驗平臺均存在占用空間大、生產成本高的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題之一在于提供一種響應及時、控制精確、傳力效果好的彈性四連桿機械腿。

本發明解決技術問題之一的技術方案如下：一種彈性四連桿機械腿，包括長條形的大腿和小腿，所述大腿的下端與小腿上端鉸接形成膝關節，在所述小腿上固定連接有被動輪，所述被動輪的中心軸與膝關節的中心軸重合，在所述大腿的上部固定有第一電機，在該第一電機的輸出軸上固套有主動輪，所述主動輪與被動輪通過同步帶相連；還包括長條形的足部，所述小腿的下端與足部的中部鉸接形成踝關節，在所述足部的上端與大腿的上部之間連接有第一減震彈簧，所述第一減震彈簧的兩端與大腿和足部均鉸接。

采用上述結構，在大腿上部固定第一電機，使第一電機通過同步帶、主動輪和被動輪控制膝關節的轉動，并在足部的上端與大腿的上部之間連接第一減震彈簧，從而提供了一種彈性四連桿機械腿，具有以下優點：

一、通過第一電機和同步帶實現膝關節的轉動，既避免了在膝關節上安裝電機造成腿部慣性大的問題，又有利于小腿的及時響應，并且第一電機和同步帶的控制更加精確，安裝調試方便，有利于確保四條腿的一致性；

二、大腿、小腿、足部的上部和第一減震彈簧構成彈性的四連桿機構，顯著地提高了足部下端的響應速度和作用力；

三、第一減震彈簧可以充當韌帶的作用，有利于緩沖沖擊。

在所述足部的下端鉸接有足底，所述足底的底面呈向下凸的弧面，該弧面沿前后方向彎折。這樣在足部下端鉸接足底，使足底呈被動的自由度，可以根據地面狀況調整接觸面，使足部與地面的接觸面積更大，行走更加平穩。

在所述足底的左右兩端與足部之間均連接有第二減震彈簧，所述第二減震彈簧的上端與足部鉸接，第二減震彈簧的下端與足底的對應端鉸接。這樣設置第二減震彈簧，一方面進一步減小了沖擊，另一方面有利于防止側向的外力，提高腿部的穩定性。

作為優選，所述膝關節4中心軸軸心到踝關節鉸接軸心的距離為d1，所述第一減震彈簧與大腿的鉸接點到膝關節4中心軸軸心的距離為d2，當第一減震彈簧處于自然狀態時、第一減震彈簧上下兩個鉸接點之間的距離為d3，所述第一減震彈簧與足部的鉸接點到踝關節鉸接軸心的距離為d4，所述d1:d2:d3:d4＝48:44 .97:53:34 .5。

本發明所要解決的技術問題之二在于提供一種占用空間小、成本低的彈性四連桿機械腿試驗平臺。

本發明解決技術問題之二的技術方案如下：除了上述技術方案的彈性四連桿機械腿，還包括位置相對固定的傳送帶和支承座，在所述支承座上安裝有豎向的導軌，在所述導軌上套裝有第一滑塊，在所述第一滑塊上固定有安裝塊，在所述安裝塊上連接有驅動裝置，在驅動裝置的驅動下，安裝塊沿導軌上下移動；在所述安裝塊上還固定有橫向的導桿，在所述導桿上活套有第二滑塊，在所述第二滑塊上鉸接有支撐塊，在所述支撐塊上固定有橫向的支撐桿，在所述支撐桿的另一端固定有連接塊，在所述連接塊上固定有第二電機，所述第二電機的輸出軸與所述彈性四連桿機械腿的大腿上端固定相連，所述彈性四連桿機械腿位于傳送帶上，在所述傳送帶上連接有動力源。