[發明專利]一種可重構并聯-閉鏈連桿腿式機器人

有效

• 申請號: 202110287566.7
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113120113B
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發明（設計）人: 秦建軍;曹鈺;高磊;李東琦;孟圓
• 申請（專利權）人: 北京建筑大學
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032
• 代理公司: 合肥市上嘉專利代理事務所(普通合伙) 34125
• 代理人: 葉洋軍

本發明公開了一種可重構并聯?閉鏈連桿腿式機器人，包括機架和在機架前后左右位置設置的四個單腿結構，該單腿結構包括第一動力臂、第二動力臂、上搖桿、下搖桿、機架連接三幅桿、機架連接桿、末端連桿、以及著地腿，這些桿件構成了第一曲柄搖桿機構ABCE、第二曲柄搖桿機構ABC’D、以及平行四桿機構AEHF，其中，所述第一曲柄搖桿機構ABCE和第二曲柄搖桿機構ABC’D關于AB連線上下對稱布置，構成運動生成機構，所述平行四桿機構AEHF用于將F點和E點的軌跡進行合成。本單腿結構具有閉鏈機構承載能力強，控制簡單的特性，同時具有并聯機構與開鏈機構步態多樣、運動靈活的優點。

技術領域

本發明涉及四足機器人，尤其涉及一種可重構并聯-閉鏈連桿腿式機器人。

背景技術

目前，以桿組作為單腿結構的四足機器人樣式很多，大體可劃分為三類：開鏈機構、閉鏈機構和并聯機構。

在四足腿式機器人的發展中，開鏈機構(串聯腿結構)雖然連桿步態靈活，地形適應能力強，但對關節驅動電機的要求很高，控制精度難以保證，因而控制難度高，承載能力差。

隨著科技的發展，逐漸出現了使用閉環五桿機構作為機器人腿結構的四足機器人，如賓夕法尼亞大學的Minitaur，斯坦福的開源機器狗Stanford Doggo，以及武漢大學的并聯五桿結構四足機器人。

閉鏈五桿結構雖然控制簡單，負載能力高，但是步調單一，難以適應復雜地形。

并聯五桿結構步態靈活，負載能力高，但桿件關聯性弱，控制難度較高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可重構并聯-閉鏈連桿腿式機器人，其單腿結構能夠用于閉鏈機構，其控制簡單，負載能力高，步態多樣，還能夠用于并聯機構。

為此，本發明提供了一種可重構并聯-閉鏈連桿腿式機器人，包括機架和在機架前后左右位置設置的四個單腿結構，所述單腿結構包括第一動力臂、第二動力臂、上搖桿、下搖桿、機架連接三幅桿、機架連接桿、末端連桿、以及著地腿，所述第一動力臂和第二動力臂二者同軸心布置，其軸心位置為B點，所述機架連接桿和所述機架連接三幅桿的鉸接位置為A點，其中，A鉸點和B鉸點均與機架連接，二者位置固定不動，所述第一動力臂、下搖桿、機架連接桿順次鉸接、構成第一曲柄搖桿機構ABCE，第一動力臂與下搖桿的鉸接位置為C點，下搖桿與機架連接桿的鉸接位置為E點，所述第二動力臂、上搖桿、機架連接三幅桿順次鉸接、構成第二曲柄搖桿機構ABC’D，上搖桿與第二搖臂的鉸接位置為C’點，上搖桿與機架連接三幅桿的鉸接位置為D點，所述著地腿與下搖桿鉸接于E點，所述末端連桿的一端與所述機架連接三幅桿鉸接于F點，另一端與著地腿鉸接于H點，構成平行四桿機構AEHF，其中，所述第一曲柄搖桿機構ABCE和第二曲柄搖桿機構ABC’D關于AB連線上下對稱布置，構成運動生成機構，所述平行四桿機構AEHF用于將F點和E點的軌跡進行合成。

進一步地，上述單腿結構為單自由度閉鏈機構，其中，所述單腿結構還包括用于驅動所述第一動力臂和第二動力臂二者勻速轉動的驅動電機。

進一步地，上述著地腿具有多種末端軌跡形狀，其中，所述第一動力臂和第二動力臂的夾角可調，所述著地腿的末端軌跡形狀由所述第一動力臂和第二動力臂的夾角唯一確定。

進一步地，上述第一動力臂和第二動力臂由一個動力臂代替。

進一步地，上述機器人的步態包括慢走步態和間歇小跑步態。

進一步地，上述單腿結構還包括用于驅動所述第一動力臂轉動的第一伺服電機和用于驅動第二動力臂轉動的第二伺服電機，其中，所述第一伺服電機和第二伺服電機的運動參數獨立控制。

進一步地，通過選擇伺服電機的各自運動參數，使單腿結構在單自由度閉鏈機構與雙自由度并聯機構之間切換。

進一步地，上述機器人的步態包括慢走步態、間歇小跑步態、以及彈跳步態。