[發(fā)明專利]一種尺蠖式微動步行機器人

有效

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• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN108482511B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發(fā)明（設計）人: 胡俊峰;程亮亮;趙永祥;趙鑫贏;何建康;張星星;楊明立;王文慧;林茂虎
• 申請（專利權）人: 江西理工大學
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 李冉

1.一種尺蠖式微動步行機器人，其特征在于，包括1個驅動單元（44）、2個箝位單元（43、45）組成，其中驅動單元（44）由2個對稱布置的驅動支鏈（26、27）和數量為2對的直角型柔性鉸鏈（22）組成，驅動支鏈（26、27）由1個杠桿式柔性結構組成，驅動單元（44）相對于箝位單元（43、45）能作往復微位移運動；箝位單元（43、45）由2個對稱布置的驅動支鏈和數量為2對的直角型柔性鉸鏈和底板組成，2個箝位單元（43、45）對稱連接于驅動單元（44）兩端；微動機器人采用驅動箝位單元一端并固定其底座，驅動結構進行伸長并帶動另一箝位單元作直線運動的運動形式仿生尺蠖運動規(guī)律；

2個箝位單元分別為第一箝位單元（43）和第二箝位單元（45），其結構相同：

第一箝位單元（43）的功能由箝位機構實現，箝位機構由對稱布置的數量為8對的直圓型柔性鉸鏈、數量為2對的直角型柔性鉸鏈、數量為2對的桿件組和底座結構（16）組成；第一直圓型柔性鉸鏈（8）和第二直圓型柔性鉸鏈（9）組成第一對直圓型柔性鉸鏈組，第三直圓型柔性鉸鏈（5）和第四直圓型柔性鉸鏈（6）組成第二對直圓型柔性鉸鏈組，第一對直圓型柔性鉸鏈組和第二對直圓型柔性鉸鏈組串聯(lián)連接，第五直圓型柔性鉸鏈（11）和第六直圓型柔性鉸鏈（12）組成第三對直圓型柔性鉸鏈組，驅動支鏈（17）向第一直角型柔性鉸鏈（7、14）傳遞力實現著地功能；第七直圓型柔性鉸鏈（13）和第八直圓型柔性鉸鏈（15）組成第四對直圓型柔性鉸鏈組，第三對直圓型柔性鉸鏈組和第四對直圓型柔性鉸鏈組串聯(lián)連接，驅動支鏈（18）利用柔順機構傳遞位移實現抬腳功能；將壓電驅動器（10）的輸入力和位移傳遞至桿件組，以使箝位結構能產生抬腳動作所需的位移和力；第一對直圓型柔性鉸鏈組和第二對直圓型柔性鉸鏈組、一對桿件組和一對直角型柔性鉸鏈，形成杠桿放大機構，能放大箝位單元壓電驅動器（10）的輸入位移；為了便于安裝固定，箝位單元頂部設計五個螺栓孔（4）；

第二箝位單元（45）的功能由箝位機構實現，箝位機構由對稱布置的數量為8對的直圓型柔性鉸鏈、數量為2對的直角型柔性鉸鏈、數量為2對的桿件組和底座結構（40）組成；第九直圓型柔性鉸鏈（32）和第十直圓型柔性鉸鏈（33）組成第五對直圓型柔性鉸鏈組，第十一直圓型柔性鉸鏈（29）和第十二直圓型柔性鉸鏈（30）組成第六對直圓型柔性鉸鏈組，第五對直圓型柔性鉸鏈組和第六對直圓型柔性鉸鏈組串聯(lián)連接，第十三直圓型柔性鉸鏈（35）和第十四直圓型柔性鉸鏈（36）組成第七對直圓型柔性鉸鏈組，驅動支鏈（41）向第二直角型柔性鉸鏈（31、38）傳遞力實現著地功能；第十五直圓型柔性鉸鏈（37）和第十六直圓型柔性鉸鏈（39）組成第八對直圓型柔性鉸鏈組，第七對直圓型柔性鉸鏈組和第八對直圓型柔性鉸鏈組串聯(lián)連接，驅動支鏈（42）利用柔順機構傳遞位移實現抬腳功能；將壓電驅動器（34）的輸入力和位移傳遞至桿件組，以使箝位結構能產生抬腳動作所需的位移和力；第五對直圓型柔性鉸鏈組和第六對直圓型柔性鉸鏈組、一對桿件組和一對直角型柔性鉸鏈，形成杠桿放大機構，能放大箝位機構壓電驅動器（34）的輸入位移；為了便于安裝固定，箝位單元頂部設計五個螺栓孔（28）；

驅動單元（44）的功能可由驅動機構實現，驅動機構由對稱布置的數量為8對的直圓型柔性鉸鏈、數量為2對的直角型柔性鉸鏈、數量為2對的桿件組組成；第十七直圓型柔性鉸鏈（23）和第十八直圓型柔性鉸鏈（24）組成第九對直圓型柔性鉸鏈組，第十九直圓型柔性鉸鏈（20）和第二十直圓型柔性鉸鏈（21）組成第十對直圓型柔性鉸鏈組，第九對直圓型柔性鉸鏈組和第十對直圓型柔性鉸鏈組串聯(lián)連接，驅動支鏈（26、27）向第三直角型柔性鉸鏈（22）傳遞力和位移驅動箝位單元實現邁步功能，將壓電驅動器（25）的輸入力和位移傳遞至桿件組；第九對直圓型柔性鉸鏈組和第十對直圓型柔性鉸鏈組、一對桿件組和一對直角型柔性鉸鏈形成杠桿放大機構，能放大驅動機構壓電驅動器（25）的輸入位移；為了便于安裝，箝位單元前后設計五個螺栓孔（19）；驅動支鏈（26、27）通過杠桿結構對支鏈輸入端的輸入位移進行了1級放大，提高了驅動單元的運動行程；

各設置五個螺栓，用于聯(lián)接驅動單元與2個箝位單元；

微動步行機器人仿尺蠖運動規(guī)律時的工作狀態(tài)如下：

①第一箝位單元工作沿著Z軸方向向上運動；②同時驅動驅動單元，可驅動第二箝位單元沿X負方向運動，則第二箝位單元沿X負方向前進一步；③第二箝位單元運動抓地；④第一箝位單元離開地面；⑤同時釋放驅動單元（44），驅動支鏈的各柔性鉸鏈彈性回復，帶動第一箝位單元沿X負方向運動，第一箝位單元沿X負方向再前進一步；⑥第二箝位單元停止驅動，微動步行機器人回到初始狀態(tài)，完成一個運動循環(huán)；重復該循環(huán)，可實現整體連續(xù)沿X負方向運動；通過控制第一箝位單元、第二箝位單元和驅動單元（44）的驅動順序，可使整體實現直線X正方向運動。

2.根據權利要求1所述的一種尺蠖式微動步行機器人，其特征在于，驅動單元的驅動支鏈利用柔順機構驅動箝位結構實現邁步動作，當驅動單元在驅動作用下，微動機器人可實現沿X正反方向的運動；箝位單元的驅動支鏈利用柔順機構傳遞位移實現抬腳和著地動作，當箝位單元在驅動作用下，機器人整體可實現沿Z軸正反方向的運動，應用2個箝位結構與驅動結構可實現微動機器人沿著X正反方向的回復運動。