[發明專利]一種便裝式帶自主分布動力的多關節仿生機械腿

在審

• 申請號: 201810771973.3
• 申請日: 2018-07-13
• 公開（公告）號: CN108583722A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 尹小林;韓建英
• 申請（專利權）人: 長沙紫宸科技開發有限公司
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032
• 代理公司: 長沙星耀專利事務所(普通合伙) 43205
• 代理人: 趙麗;寧星耀

一種便裝式帶自主分布動力的多關節仿生機械腿，包括大腿、小腿和足部，連接架，動力裝置和控制裝置，所述連接架、大腿、小腿和足部依次通過關節相連；所述小腿數量為至少兩個；所述動力裝置、控制裝置設于大腿和/或小腿和/或連接架的框架內。本發明之便裝式仿生腿，與仿生機器人主體固連、拆卸、更換方便，適用范圍廣，操作控制簡單。

技術領域

本發明涉及一種智能仿生機器人，尤其是涉及一種用于大型多足機器人的多關節仿生機械腿。

背景技術

具備多自由度的仿生機械腿的足式機器人活動矯健，靈活性和表演性大大增強，可跨越較大的障礙物，如溝、坎，具有極強的凸凹地形適應能力和運行穩定性，因而引起各國科技工作者的重視。

對于仿生機器人的關鍵部件——仿生機械腿，國內外的研究成果相當豐富，種類很多，主要可以概括為如下幾類。

第一類，采用機械傳動的仿生機械腿。如CN 201510404058.7公開了一種足式機器人的腿部結構，采用鏈條、鏈輪、多連桿機構實現腿部運動；這類仿生腿存在以下缺陷：一是動力集中在主體框架上，結構復雜，安裝維護不方便，可靠性差；二是運動模式單一，僅適合特定路面，無法適應崎嶇復雜地形；三是驅動器和關節運動呈非線性關系，導致控制系統復雜；四是由于結構復雜，多數僅采用2-3自由度，不便于自由度擴展來實現更多功能。

第二類，采用“伺服電機+減速機”驅動仿生腿關節回轉運動的仿生機械腿。如CN201220166860.9公開的一種電子機器人，以髖伺服機、腿伺服機、腳踝伺服機等伺服電機來實現腿部擺動或轉動運動，可執行跳舞、扭腰、步行和多種復雜運動；CN 201110142086.8公開了一種十二足機器人，以主伺服電機、活動伺服電機、旋轉伺服電機驅動腿部關節運動；這類仿生腿存在以下不足：一是這些仿生腿上無自身動力，動力集中在機器人主體框架上，需通過電纜輸送至仿生腿上，極易因連接線纜磨損而整機癱瘓；二是其整體式集中電源布置在仿生機器人主體上，存在充電時間長、充電效率低的問題，三是這些機械腿和主體框架上的動力相連，安裝維護大多不方便，四是采用集中的控制器來控制所有仿生腿的各個關節運動時，控制程序復雜，編程工作量大。

第三類，采用液壓動力驅動的仿生機械腿，如CN201510644743.7公開的一種四足機器人，采用電動伺服液壓源驅動系統驅動仿生腿關節運動；這些機器人的仿生腿雖解決了關節扭矩小的問題，適合大型多足機器人，但仍存在如下問題：其一，動力源集中在主體框架上，需由機器人主體框架上的液壓動力系統提供各個仿生腿的關節液壓動力，極易因連接線纜或液壓管道磨損而癱瘓；其二，其整體式集中電源布置在仿生機器人主體上，存在充電時間長、充電效率低的問題；其三，仿生腿及其中布置的連接線纜或/和液壓管道與機器人主體框架須直接相連接，拆裝維護極不方便；其四，一般考慮管路、線路和仿生機器人主體連接的可靠性和復雜性，通常僅設置自由度2-4個。

另一方面，多自由度的工業機器人目前已運用成熟，控制算法和控制精度均滿足實際工業需求，如CN201710689327.8公開了一種仿人雙臂多自由度工業機器人，包括軀干系統、機械臂系統、底座系統，所述機械臂系統包括肩關節、上臂桿、肘關節、前臂桿和腕關節，肩關節與肘關節之間通過上臂桿固定連接，肘關節與腕關節之間通過前臂桿固定連接；這類工業機器人多個自由度帶來的靈活性，以及多自由度的控制算法對足式機器人仿生腿開發具有很好的借鑒作用；但若直接作為仿生機械腿應用，存在如下缺陷：其一，工業機器人一般采用大型減速機和伺服電機來確保關節扭矩和運轉精度，體積和重量均較大，不適合在足式機器人的仿生腿上運用；其二，工業機器人多數采用伺服電機驅動，動作精度要求高，但帶來動作比較僵硬，不柔和，不適合足式機器人仿生腿運動的實際情況；其三，工業機器人多數采用外部動力控制，電纜線束復雜，極易因連接線纜磨損而癱瘓。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，克服現有技術的不足，提供一種結構簡單，工作可靠，拆裝維護方便，關節扭矩大，自由度多，動作靈活，控制系統簡單，充電效率高，適應于大型多足機器人的帶自主分布動力的多關節仿生機械腿。