[發明專利]一種四足機器人平臺

有效

• 申請號: 201610538365.9
• 申請日: 2016-07-08
• 公開（公告）號: CN106005089B
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發明（設計）人: 張小俊;丁國帥;史延雷;張明路
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙)12210
• 代理人: 李濟群

技術領域

本發明涉及多足機器人平臺技術領域，具體為一種四足機器人平臺。該平臺基于改進的平面五桿機構柔性腿。

背景技術

在現有的多足機器人平臺機構研究中，機械結構的設計需要兼顧多個方面，一方面機器人負載能力和抗沖擊能力需要機器人具有高強度的支撐結構以及巧妙的柔性緩沖環節；另一方面機器人高速高機動高適應性的特點又要求機器人具有較低的運動慣性以及較高的剛性傳動來保證快速精確的運動響應能力。

目前四足機器人機身設計相對簡單，主要為簡單桁架結構。這些簡單的結構在進行機身附件的安裝中存在布置困難，且相對雜亂，零件布置沒有層次感，容易導致機身重心靠上等問題，不利于機器人行走過程中的穩定性。

現有多數四足機器人腿部結構主要以串聯機構為主，串聯機構結構簡單，控制方便，但是當驅動系統安裝在機器人腿部時，會導致機器人腿部運動慣性較大；同時由于串聯機構承載能力較差。并聯機構承載能力較強，運動響應速度快，能夠實現機器人足端的多方位移動，但是存在運動范圍較小等問題。同時，目前四足機器人腿一般為剛性結構或具有一定被動柔性的結構，這使得機器人在行進過程當中的足端沖擊無法有效減弱，這會對機器人的行走穩定性構成非常不利的影響，且過大的足端沖擊容易對四足機器人零部件造成損傷，降低零部件的可靠性和耐用性，同時這種結構形式使四足機器人在行走過程當中的能量損耗嚴重，且目前四足機器人一般為針對性的設計結構，缺少一款較通用的平臺，導致四足機器人各個零部件再采用其它形式的結構時形成了不必要的麻煩。另外，目前四足機器人的設計基本沒有成熟的平臺化，模塊化設計產品，四足機器人的各組成模塊在更換為不同形式模塊的過程當中存在困難。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是：提供一種四足機器人平臺，該四足機器人平臺基于平面五桿機構柔性腿或腿部結構，采用模塊化設計，具有腿部剛度控制能力，有效減弱機器人足端沖擊，極大的提高了機器人的能量利用效率；同時，機器人腿模塊改進的平面五桿機構設計方案，使整個腿機構具有較大的剛度質量比，有效提高了機器人的承載能力，并有效的減輕了腿質量，減輕了機器人行進過程當中的運動慣量，腿模塊足尖可以更換不同的形式，變剛度主動柔性關節也可以選用不同形式，甚至，整個機器人平臺的腿模塊都可以更換為不同形式。

本發明解決所述技術問題采用的技術方案是：設計一種四足機器人平臺，該平臺包括機身模塊和腿模塊，其特征在于所述的腿模塊為平面五桿機構柔性腿，該柔性腿包括俯仰驅動關節模塊、連桿機構模塊和足尖模塊；所述連桿機構一端連接俯仰驅動關節模塊，另一端連接足尖模塊；

所述俯仰驅動關節模塊包括變剛度主動柔性關節、驅動電機、諧波減速器、同步帶、諧波減速器及其驅動電機安裝在同一支撐架上，其中一個諧波減速器集成了變剛度主動柔性關節作為輸出；支撐架左側上部安裝兩個驅動電機，這兩個驅動電機的輸出軸穿過支撐架上對應得軸孔，驅動電機輸出軸在穿過對應軸孔后安裝著同步帶輪；在驅動電機的下方，有兩個諧波減速器對應的安裝在支撐架左側，諧波減速器的輸入軸穿過支撐架上對應的軸孔，諧波減速器輸入軸在穿過對應軸孔以后，安裝有同步帶輪；同步帶安裝在諧波減速器和對應驅動電機的同步帶輪上；在諧波減速器的右側，其中一個安裝著變剛度主動柔性關節；以上支撐架可以視作一個方形的框架結構，左右前后為四塊板材，上下部位為鏤空的，沒有板材之類的覆蓋，以上驅動電機，諧波減速器，變剛度主動柔性關節均安裝在支撐架構成的框架結構內；

所述足尖包括三維力學傳感器，三維力學傳感器支架和足弓；三維力學傳感器下面與三維力學傳感器支架連接，三維力學傳感器支架下面與足弓連接，足弓為對稱結構，足弓系數為0.33，采用彈簧鋼制成；

所述連桿機構具有(A)、(B)、(C)、(D)、(E)、(F)、(G)、(H)、(R)和(I)共10個鉸接點，利用所述的10個鉸接點，把各連桿鉸接為一個常規的四桿機構、一個帶有彈簧桿的四桿機構和一個平面五邊形五桿機構；其中，連桿AB、BG、GR和AR構成一個常規的平行四邊形四桿機構；連桿BC、CD、DE和EB構成另一個帶有彈簧桿的平行四邊形四桿機構，其中連桿CD是所述的彈簧桿；依次連接鉸接點(A)、(B)、(F)、(H)和(I)的各連桿構成一個平面五邊形五桿機構；鉸接點(A)、(R)、(I)用于把所述連桿機構固定在俯仰驅動關節上；

所述腿模塊采用順向對稱布置于機身模塊的下底板，其中，機身模塊左側兩個腿模塊的結構形式完全相同，右側兩個腿模塊的結構形式也完全相同，左右兩側的腿模塊在結構形式上呈鏡像對稱結構形式。