[發(fā)明專利]一種混聯(lián)機(jī)械腿及其控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810183405.1
• 申請(qǐng)日: 2018-03-06
• 公開（公告）號(hào): CN108216421A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張伏;王亞飛;陳新輝;鄭莉敏;馬田樂;陳天華;陳自均;徐銳良;王甲甲;付三玲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B62D57/032
• 分類號(hào): B62D57/032
• 代理公司: 洛陽(yáng)公信知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 41120
• 代理人: 陳佳麗

一種混聯(lián)機(jī)械腿及其控制方法，涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，包括由上至下依次連接的固定頂板、髖關(guān)節(jié)、大腿、膝蓋關(guān)節(jié)、小腿以及足，所述髖關(guān)節(jié)包括3組球鉸組件；所述大腿為并聯(lián)結(jié)構(gòu)，包括大腿支撐架和2個(gè)電動(dòng)缸，大腿支撐架與其中一個(gè)球鉸連接件連接，2個(gè)電動(dòng)缸分別與另外2個(gè)球鉸連接件連接，電動(dòng)缸的下端通過(guò)電動(dòng)缸固定架與大腿支撐架連接，電動(dòng)缸的伸縮變化帶動(dòng)大腿支撐架動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)大腿的俯仰運(yùn)動(dòng)和橫滾運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明有益效果：本發(fā)明提供的機(jī)械腿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理，靈活性較高，為多足機(jī)器人的研究提供基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種混聯(lián)機(jī)械腿及其控制方法。

背景技術(shù)

機(jī)器人是近年來(lái)最活躍的研究領(lǐng)域之一，按照運(yùn)動(dòng)方式不同，機(jī)器人可以分為輪式、履帶式和足式機(jī)器人等。 相對(duì)于輪式和履帶式機(jī)器人，足式機(jī)器人具有很好的環(huán)境適應(yīng)性，能在坑洼、爍石、草地、崎嶇山地等復(fù)雜環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)，可以幫助人們?cè)谖ｋU(xiǎn)環(huán)境下完成救援和探險(xiǎn)任務(wù)。軍事上，足式機(jī)器人既可以完成戰(zhàn)場(chǎng)物質(zhì)搬運(yùn)，也可以攜帶軍用偵查、作戰(zhàn)裝備協(xié)助士兵作戰(zhàn)。 因此，足式機(jī)器人的設(shè)計(jì)與開發(fā)具有廣闊的應(yīng)用前景。但現(xiàn)有足式機(jī)器人的機(jī)械腿不夠靈活，設(shè)計(jì)不夠簡(jiǎn)單，且沒有對(duì)機(jī)械腿運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行控制的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種混聯(lián)機(jī)械腿及其控制方法，解決現(xiàn)有機(jī)械腿不夠靈活，沒有可準(zhǔn)確控制機(jī)械腿運(yùn)動(dòng)軌跡的方法的問題，為多足機(jī)器人的研究提供基礎(chǔ)。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種混聯(lián)機(jī)械腿，包括由上至下依次連接的固定頂板、髖關(guān)節(jié)、大腿、膝蓋關(guān)節(jié)、小腿以及足，所述髖關(guān)節(jié)包括3組球鉸組件，所述球鉸組件由依次連接的球鉸座、球鉸和球鉸連接件構(gòu)成，球鉸座設(shè)置于固定頂板的底部；所述大腿為并聯(lián)結(jié)構(gòu)，包括大腿支撐架和2個(gè)電動(dòng)缸，大腿支撐架與其中一個(gè)球鉸連接件連接，2個(gè)電動(dòng)缸分別與另外2個(gè)球鉸連接件連接，電動(dòng)缸的下端通過(guò)電動(dòng)缸固定架與大腿支撐架連接，電動(dòng)缸的伸縮變化帶動(dòng)大腿支撐架動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)大腿的俯仰運(yùn)動(dòng)和橫滾運(yùn)動(dòng)；所述膝蓋關(guān)節(jié)上端與大腿支撐架的底端鉸接，下端與小腿固定連接，膝蓋關(guān)節(jié)上設(shè)有用于驅(qū)動(dòng)膝蓋關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括伺服電機(jī)、同步輪、同步帶、減速輪和行星減速器，所述伺服電機(jī)與設(shè)置于大腿支撐架上的同步輪連接以驅(qū)動(dòng)同步輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，減速輪設(shè)置于膝蓋關(guān)節(jié)與大腿支撐架的鉸接軸的軸端，且減速輪與行星減速器連接，同步帶套設(shè)于同步輪和減速輪上，伺服電機(jī)通過(guò)同步輪、同步帶、減速輪和行星減速器驅(qū)動(dòng)膝蓋關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)機(jī)械腿的小腿抬起和放下；所述小腿為串聯(lián)結(jié)構(gòu)，小腿連接于膝蓋關(guān)節(jié)的下端部且小腿與膝蓋關(guān)節(jié)之間設(shè)有緩沖彈簧和三維力傳感器；足固定設(shè)置于小腿的下端部。

本發(fā)明所述膝蓋關(guān)節(jié)與小腿之間通過(guò)直線軸承和內(nèi)螺紋光軸連接，直線軸承固定于膝蓋關(guān)節(jié)上，內(nèi)螺紋光軸一端設(shè)置于直線軸承內(nèi)，另一端穿過(guò)小腿上開設(shè)的通孔，隨著緩沖彈簧的壓縮變形和復(fù)原，內(nèi)螺紋光軸在直線軸承內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)以配合緩沖彈簧的伸縮。

本發(fā)明所述大腿支撐架為倒“U”型，膝蓋關(guān)節(jié)為“U”型。

本發(fā)明所述機(jī)械腿的足為球形。

一種混聯(lián)機(jī)械腿的控制方法，包括以下步驟：

（1）獲取機(jī)械腿大腿關(guān)節(jié)角度或者髖關(guān)節(jié)角度B，機(jī)械腿膝蓋關(guān)節(jié)角度A，機(jī)械腿大腿等效長(zhǎng)度L₁，機(jī)械腿小腿長(zhǎng)度L₂；

（2）由下式計(jì)算機(jī)械腿的足端軌跡：

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