[發明專利]一種用于仿生機器人前肢機械系統的串并混聯臂/腿機構

在審

• 申請號: 201910677918.2
• 申請日: 2019-07-25
• 公開（公告）號: CN110294043A
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發明（設計）人: 劉瓊;朱雅光;朱建偉;汪天喜;陳海江
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 王艾華

一種用于仿生機器人前肢機械系統的串并混聯臂/腿機構，包括機體、髖關節和支腿；兩個機體并排固定連接形成機體主體，機體主體的兩端分別設置有髖關節，每個髖關節的下方均連接有支腿；本發明包括機體部分、髖關節部分、支腿三部分，通過六支桿的運動可得到髖關節的各向平動、俯仰和橫擺，提升了串聯腿部的工作空間和關節靈活性。髖關節結構采用大小腿雙電機通過大腿行星架實現同軸結構，從而當腿部運動時可提高大腿和小腿擺轉的轉動精度，同時可提升行走的平穩性。

技術領域

本發明涉及智能機器人領域，特別涉及一種用于仿生機器人前肢機械系統的串并混聯臂/腿機構。

背景技術

隨著科技的日益發展，足式機器人的應用也越來越多，人們對于其工作性能的要求也越來越高。在精密制造業領域，很多工作不僅需要機器人有靈巧的雙手，更加需要機器人具有靈活且運動精確的雙臂/腿。然而，串聯結構的機械臂/腿雖然結構簡單，控制方便，但是剛度小。并聯機器人剛度大，載重自重比大，可高速運動，但是控制復雜，工作空間小且易干涉。這些問題都使得機器人在工作過程中動作僵硬、可達位置受機構自由度限制，難以完成精細化操作，更難以發揮出機器人本應具有的力量大且可精密操控的能力。

基于此，有必要提供一種用于仿生機器人前肢機械系統的串并混聯臂/腿機構，以解決上述問題。

現有的四足機器人的腿部機械結構幾乎都為串聯機構組成。這種串聯結構簡單，控制建模容易，但有以下幾個方面的限制：①驅動器多安裝在腿部，使得下級驅動器成為上級驅動器的負載，驅動能力要求高；②機器人剛度較小，較難承受重復性的高承載任務。國內外對混聯腿式機器人的研究多放在單足或雙足步行機器人方向。例如日本早稻田大學的WL系列步行椅的設計，廣瀨研究室的Para-Walker的設計。國內則有山東大學馬廣英等設計的串并混聯機器人腿部構型，結構簡單，但是單腿工作空間比較小，使得跨越障礙物的能力有限。燕山大學王洪波等提出的四足/兩足可重組步行器的構想，腿結構具有較大的剛度，可提高機器人的載重自重比，但在機構本身的工作空間方面受限，較難完成戶外多地形的行走和越障作業。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于仿生機器人前肢機械系統的串并混聯臂/腿機構，以解決上述問題。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種用于仿生機器人前肢機械系統的串并混聯臂/腿機構，包括機體、髖關節和支腿；兩個機體并排固定連接形成機體主體，機體主體的兩端分別設置有髖關節，每個髖關節的下方均連接有支腿；

機體包括機體支架和運動支鏈；每兩個運動支鏈形成一個支鏈組，若干個支鏈組垂直固定設置在機體支架的內側壁上；運動支鏈用于髖關節的各向平動、俯仰或橫擺運動；

髖關節包括殼體、驅動電機、編碼器連接軸、大腿行星架、大腿減速機、小腿行星架和小腿減速機；兩個驅動電機輸出端相對的同軸設置在殼體內，兩個驅動電機輸出端均設置有編碼器連接軸；一個驅動電機的輸出端連接大腿減速機，大腿減速機通過編碼器連接軸連接兩個大腿行星架，兩個大腿行星架固定連接；另一個驅動電機的輸出端連接小腿減速機，小腿減速機通過編碼器連接軸連接小腿行星架；

進一步的，支腿包括小腿連桿、大腿和小腿；大腿的一端與大腿行星架連接，大腿的另一端與小腿的一端鉸接，小腿連桿的一端與小腿行星架鉸接，另一端與小腿的端部鉸接。

進一步的，運動支鏈包括電機支座、電機、絲杠、絲杠滑塊和連接桿；電機固定設置在電機支座的內側一端，電機的輸出軸連接絲杠，絲杠的端部通過軸承連接在電機支座的另一端；絲杠上設置有絲杠滑塊，連接桿的一端鉸接在絲杠滑塊上，另一端鉸接在髖關節的殼體上。

進一步的，支鏈組共有三組，三組支鏈組成等邊三角形布置；連接桿的一端固定連接下虎克中心鉸，另一端固定連接上虎克中心鉸；絲杠滑塊通過上虎克中心鉸與連接桿鉸接；髖關節的殼體上相應位置設置有下虎克單鉸，連接桿通過下虎克中心鉸與下虎克單鉸相鉸接。