[發明專利]基于三自由度平面并聯機械腿的多足步行器

有效

• 申請號: 202210190328.9
• 申請日: 2022-02-28
• 公開（公告）號: CN114475849B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 金振林;李新基;馮海兵
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032
• 代理公司: 北京孚睿灣知識產權代理事務所(普通合伙) 11474
• 代理人: 劉翠芹

本發明涉及一種基于三自由度平面并聯機械腿的多足步行器，其包括機架、多個機械腿和控制單元，控制單元固定設于機架的上端面，且機架的內部設有電池組，多個機械腿通過機架連接件對稱設于機架的兩側，每個機械腿中的小腿連桿、第一H形連桿、第二H形連桿、第三H形連桿、第一直線驅動器、第二直線驅動器、第四H形連桿、機架連接件以及第三直線驅動器之間均通過轉動副連接。本發明多足步行器中的每條機械腿采用三自由度平面并聯機構設計，運動特征明確，腿部足端件在實現擺動的同時，還能實現平面內兩個方向的移動，同時多個機械腿對稱布置于機架兩側，使得多足步行器具有較大的腿部工作空間和良好承載能力。

技術領域

本發明屬于機器人技術領域，特別涉及一種基于三自由度平面并聯機械腿的多足步行器。

背景技術

隨著機器人技術的不斷發展，移動式機器人已經逐漸的參與到工、農業生產以及服務業中。多足步行器作為移動式機器人的一種，相比于輪式與履帶式移動機器人，它具有落足點離散，運動靈活及對地面適應性強等特點，是山地、丘陵、樓梯等非結構地面中理想的移動運載平臺，并且多足步行器在行走過程中多采用三角步態，其穩定性和承載能力較好，以至于其在實際工程應用中的執行能力較強。因此，多足步行器的研究有重要的實際意義。

機械腿作為多足步行器運動和承載的關鍵部件，對步行器的性能有重要影響。現有的多足步行器的機械腿主要有串聯和并聯兩種形式，其中串聯機械腿的主要特點為工作空間大、運動靈活、控制簡單、腿部擺動慣性力較大、剛度較低、自重/負荷比大；并聯機械腿的主要特點為結構緊湊、剛度大、自重/負荷比小、工作空間較小，控制較復雜。在并聯形式的機械腿中，同時具有較好的承載能力和較大的腿部工作空間的多足步行器并不多見。因此，設計同時具有更大腿部工作空間和更好承載能力的多足步行器，對拓寬移動式步行器應用范圍有重要價值。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種腿部工作空間大、承載能力強的基于三自由度平面并聯機械腿的多足步行器，多足步行器中的每條機械腿采用三自由度平面并聯機構設計，腿部足端件在實現擺動的同時，還能實現平面內兩個方向的移動，有利于增大腿部足端件末端的工作空間。

本發明采用的技術方案是一種基于三自由度平面并聯機械腿的多足步行器，其包括機架、多個機械腿和控制單元，所述控制單元固定設于所述機架的上端面，且所述機架的內部設有電池組，所述多個機械腿通過機架連接件對稱設于所述機架的兩側；每個所述機械腿均包括小腿連桿、第一H形連桿、第二H形連桿、第三H形連桿、第一直線驅動器、第二直線驅動器、第四H形連桿、機架連接件和第三直線驅動器，所述小腿連桿包括足端件和足端連桿，所述足端件與所述足端連桿的下端固定連接，且所述小腿連桿的中間部通過第一轉動軸與所述第一H形連桿的第一端連接，所述小腿連桿的第一端通過第四轉動軸與所述第三H形連桿的第一端轉動連接，所述第一H形連桿的中間部通過第二轉動軸與所述第二H形連桿的第一端轉動連接，且所述第一H形連桿的第二端通過第三轉動軸與所述第一直線驅動器的第一端轉動連接，所述第一直線驅動器的第二端通過第七轉動軸與所述機架連接件的底端轉動連接，且所述第二H形連桿的中間部通過第五轉動軸與所述第三H形連桿的第二端以及所述第二直線驅動器的第一端轉動連接，所述第二直線驅動器的第二端通過第九轉動軸與所述機架連接件的中間部以及所述第四H形連桿的第一端轉動連接，且所述第四H形連桿的第二端通過第六轉動軸與所述第二H形連桿的第二端轉動連接，所述第四H形連桿的中間部通過第八轉動軸與所述第三直線驅動器的第一端轉動連接，且所述第三直線驅動器的第二端通過第十轉動軸與所述機架連接件的頂端連接，所述小腿連桿、第一H形連桿、第二H形連桿以及所述第三H形連桿構成平面四桿機構，通過所述第一直線驅動器、第二直線驅動器以及第三直線驅動器的協調驅動，能實現每個所述機械腿在運動平面內的協調運動，繼而能通過所述多個機械腿帶動多足步行器進行運動。

進一步地，每個所述機械腿中的第一轉動軸中心軸線、第二轉動軸中心軸線、第三轉動軸中心軸線、第四轉動軸中心軸線、第五轉動軸中心軸線、第六轉動軸中心軸線、第七轉動軸中心軸線、第八轉動軸中心軸線、第九轉動軸中心軸線以及第十轉動軸中心軸線均相互平行。