[發明專利]凸輪連桿組合機構驅動的步行機器人

有效

• 申請號: 201611224174.1
• 申請日: 2016-12-27
• 公開（公告）號: CN106809294B
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發明（設計）人: 王良文;肖艷秋;杜文遼;王新杰;孟凡念;王才東;宋康康;穆亞林;李安生;岳磊
• 申請（專利權）人: 鄭州輕工業學院
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 張紹琳;栗改

本發明提出了一種凸輪連桿組合機構驅動的步行機器人，包括機架、控制系統和單腿行走系統。所述單腿行走系統的數量設有四個，四個單腿行走系統平行、對稱設置在機架的兩側，單腿行走系統包括凸輪連桿組合機構和行走腿。凸輪連桿組合機構驅動行走腿，控制系統固定在機架上，控制系統與單腿行走系統的凸輪連桿組合機構的驅動電機相連接。本發明采用凸輪連桿組合機構驅動的單腿行走系統，結構簡單，剛性好；采用包含步距驅動電機及步距凸輪、步距調整電機及步高凸輪來控制足端的軌跡跨距與高度，可用來形成不同的足端軌跡；采用步距驅動電機與步距調整電機協調驅動，步距調整電機一旦調定后，不再調整，控制簡單，能夠有效地節省驅動能耗。

技術領域

本發明涉及步行機器人的技術領域，具體涉及一種凸輪連桿組合機構驅動的步行機器人。

背景技術

機器人技術自20世紀60年代問世以來，經過多年發展取得了實質性的進展。移動機器人的運動形式主要有：輪式、履帶式和足式。其中，輪式機器人和履帶式機器人在運動過程中的越障能力相對弱些。足式的步行機器人在非結構環境中具有較強的機動性和適應特殊地形的能力，在許多行業有著廣泛的應用前景。步行機器人的研究已成為機器人學中一個熱門的話題，目前的機器人的單腿較多采用連桿關節串聯驅動的方式。每個關節采用一個伺服電機控制，其控制系統復雜成本高。近期，一些新的步行機器人構型及控制系統研發出來。

日本豐田自動車株式會社的森平智久提供了一種兩足步行機器人控制方法和兩足步行機器人控制系統(公開號為CN104793622A)，兩足步行機器人控制方法用于兩足步行機器人的步行的主從式控制。武漢大學的肖曉暉等發明了一種基于柔性驅動器的欠驅動雙足步行機器人(公開號為CN105599822A)，該步行機器人由四個基于柔性驅動器的主動關節模塊、大(小) 腿連桿和兩個欠驅動足部組成，在所搭建的運動環境中，機器人整體可在矢狀面內做平面運動。上海交通大學的高峰等發明了一種直線驅動的步行機器人腿部構型(公開號為 CN104925160A)，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。江蘇科技大學劉芳華等發明了一種三維仿人雙足步行機器人的機械結構(公開號為CN104890756A)，從上至下依次包括軀干、對稱設置的兩個髖關節、角平分機構、手臂-大腿耦合機構及對稱設置的腿機構，其中，每一側腿機構從上至下依次包括大腿、膝關節、小腿、踝關節及足底；軀干上安裝有主控芯片。哈爾濱工業大學臧希喆等發明了一種帶髖部振子準被動雙足步行機器人系統(公開號為CN104724201A)，包括髖部總成、兩個腿部總成和兩個足部總成，髖部總成和兩個足部總成之間各布置有一個腿部總成；它還包括髖部振子，髖部振子包括減速機、支座、錐齒輪副、聯軸器和齒輪軸；髖部總成包括圓筒、齒條、導軌和兩個環狀連接銷軸；每個足部總成主要由足板組成；每個腿部總成包括髖腿連接銷軸、直腿和腿足連接銷軸，直腿的上端與髖腿連接銷軸連接。北京工業大學趙旭等發明了六足步行機器人(公開號為 CN105691483A)，該機器人包括機身和腿足結構，機身為機器人的主體結構，該主體結構的平面為六邊形；腿足結構由三級關節組成，共六組，該六組結構分設在六邊形的機身六個角上。

從目前設計的步型機器人結構看，比較多的采用關節結構加伺服電機的模式，機械結構相對簡單，但伺服電機較多，控制系統復雜，成本較高；普遍存在腿結構剛度弱等問題。為了提高結構剛度，簡化機器人的控制系統，本發明提出了一種新型的凸輪連桿組合機構驅動的步行機器人，包含機架、控制系統和四套結構相同由凸輪連桿組合機構驅動的單腿行走系統，單腿行走系統由一個步距驅動電機和一個步距調整電機驅動，其結構簡單，成本低，剛度好，具有廣闊的應用前景。

發明內容

針對現有步行機器人普遍存在控制系統復雜，結構剛度弱等技術問題，本發明提出一種凸輪連桿組合機構驅動的步行機器人，采用的凸輪連桿組合機構驅動的單腿行走系統，結構簡單，剛性好，控制系統簡單，四套單腿行走系統在控制系統的協調驅動下，能夠使機器人順利完成行走運動。