直線驅動的步行機器人腿部構型及并聯六足步行機器人制造技術

本發明專利技術提供了一種直線驅動的步行機器人腿部構型，包括：腿部伸縮機構、并聯驅動機構以及直線驅動機構；所述直線驅動機構與并聯驅動機構驅動連接，所述并聯驅動機構與腿部伸縮機構驅動連接。同時提供了采用上述直線驅動的步行機器人腿部構型的并聯六足步行機器人。本發明專利技術提供的直線驅動的步行機器人腿部構型及并聯六足步行機器人，具有腿部質量輕、轉動慣量小、便于防護、驅動器規格統一的優點。本發明專利技術解決了機器人在地形復雜、環境惡劣的作業條件下行走的防護，機動性與重載作業的問題。

【技術實現步驟摘要】
直線驅動的步行機器人腿部構型及并聯六足步行機器人
本專利技術涉及機器人領域，具體式一種便于防護的直線驅動的步行機器人腿部構型及并聯六足步行機器人。
技術介紹
腿式機器人與輪式機器人和履帶式機器人的最大區別在于，腿式機器人具有更高的機動能力，它們更適合在復雜地形中執行作業任務，尤其是在突發災難的區域，如：地震、火災、廠房區內毒氣泄漏等。在腿式機器人中，六足機器人由于可以采用3-3式的波浪步態，具有較高的行走穩定性和更高的承載能力。通過在機器人身上搭載各種設備可以執行各種作業任務。因此，六足腿式機器人的研究有著重要的實際意義。腿式機器人在要完成指定的作業任務，通常需要應具備兩個很重要的特點：防護能力和承載能力。一方面，由于在惡劣的環境下作業，對于驅動器以及傳感器等電子元器件的防護要求較高。常規的串聯腿機器人由于腿部安裝了驅動器和相應的傳感器，很難實現較好的防護。這樣也增加了腿部較低位置的質量，增加了機器人的腿部轉動慣量，降低了腿部的機動性。另一方面，串聯腿部構型對于各個驅動而言存在較大的功率差，需要在設計、制造的過程中分別選用不同功率的執行器件。這增加了機器人設計復雜度，同時，大功率的驅動單元通常造價昂貴且功率自重比較低。為了解決這兩個問題，需要從機器人的腿部構型這個基本問題著手進行設計。綜上所述，常規的步行器的腿部設計存在機器人腿部轉動慣量較大，驅動以及電子器件不易防護的問題。同時，常規步行機器人的部分驅動單元功率較大而部分驅動單元功率較低，為了均衡各個驅動單元的功率分布，需要對機器人的腿部構型進行重新設計。
技術實現思路
針對現有技術中存在的上述不足，本專利技術的目的在于提供一種直線驅動的步行機器人腿部構型及并聯六足步行機器人，以解決現有步行器腿轉動慣量較大，驅動以及電子器件不容易防護，驅動器功率分布不均等問題。為達到上述目的，本專利技術是通過以下技術方案實現的。根據本專利技術的一個方面，提供了一種直線驅動的步行機器人腿部構型，包括：腿部伸縮機構、并聯驅動機構以及直線驅動機構；所述直線驅動機構與并聯驅動機構驅動連接，所述并聯驅動機構與腿部伸縮機構驅動連接；其中：所述腿部伸縮機構包括：側擺塊1、擺動桿2、傳動桿a3、傳動桿b6、小腿桿4和足部桿5，其中，所述側擺塊1通過與側擺塊1轉動軸線正交布置的轉動鉸鏈b與擺動桿2相連，實現腿部伸縮機構的前后擺動，所述擺動桿2分別通過轉動鉸鏈c和轉動鉸鏈d與傳動桿a3和傳動桿b6相連，所述傳動桿a3和傳動桿b6分別通過轉動鉸鏈e和轉動鉸鏈f與小腿桿4相連，所述小腿桿4通過彈簧伸縮機構與足部桿5相連；所述并聯驅動機構包括：驅動頭7、驅動桿a9、萬向節10、驅動桿b11、驅動桿c12、轉動組件a13和轉動組件b14，其中，所述驅動頭7、驅動桿a9和萬向節10分別為三個，所述驅動桿c12和轉動組件a13分別為兩個，兩個驅動桿c12分別設置于驅動桿b11的左右兩側，三個驅動頭7分別通過轉動鉸鏈g8驅動對應的驅動桿a9繞轉動鉸鏈g8上下擺動，三個驅動桿a9分別通過對應的萬向節10與驅動桿b11和驅動桿c12相連，驅動桿c12分別通過對應的轉動組件a13與驅動桿b11相連，所述驅動桿b11通過轉動組件b14與腿部伸縮機構的傳動桿b6相連，驅動腿部伸縮機構運動；所述直線驅動機構包括三組直線驅動部件15，三組直線驅動部件15分別與并聯驅動機構的三個驅動頭7相連，驅動三個驅動頭7沿直線上下運動。優選地，所述轉動組件a13和轉動組件b14均采用如下任一種結構：-包括三個順序相連的轉動鉸鏈h，三個轉動鉸鏈h的旋轉中心交于一點；-采用一個球副鉸鏈。優選地，所述萬向節10包括兩個正交的轉動鉸鏈i。優選地，所述足部桿5的端部形成足尖結構，所述足尖結構具有前后、左右和上下三維運動輸出。優選地，所述足尖結構采用圓形結構。優選地，直線驅動部件15采用如下任一種形式：-液壓缸驅動；-旋轉電機驅動絲杠傳動；-直線電機驅動。根據本專利技術的另一個方面，提供了一種并聯六足步行機器人，包括機器人機架X和布置于機器人機架X上的六條上述直線驅動的步行機器人腿部構型，六條所述直線驅動的步行機器人腿部構型的側擺塊1通過轉動鉸鏈a在機器人機架X的下方前后對稱布置或同向布置，實現直線驅動的步行機器人腿部構型的腿部伸縮機構左右擺動，所述并聯驅動機構和直線驅動機構分別設置于機器人機架X的上方，其中，所述轉動鉸鏈g8與機器人機架X相連。本專利技術的工作原理為：每一條腿部伸縮機構的足尖結構均具有前后、左右和上下三維運動能力，相應的，傳動桿b6上故連的轉動組件b14也具有空間三維運動能力，通過控制該轉動組件b14的運動實現對足尖結構的運動控制；和該轉動組件b14連接的是一個三支鏈的并聯驅動機構，還包括驅動頭7、驅動桿a9、萬向節10、驅動桿b11、驅動桿c12、轉動組件a13和轉動組件b14；直線驅動部件15通過提供直線驅動力，帶動驅動頭7上下運動，各腿部構型的三個構件(腿部伸縮機構、并聯驅動機構以及直線驅動機構)通過協調運動，實現足部桿5的空間三維運動輸出。本專利技術提供的直線驅動的步行機器人腿部構型及并聯六足步行機器人，采用機器人機架、六條相同構型的腿部構型、六個相同的并聯驅動機構、每條腿都具有的三個直線驅動部件。足尖結構通過并聯驅動機構、直線驅動機構和腿部伸縮機構協同運動實現各種行走軌跡。1、本專利技術通過驅動腿部上方的并聯驅動機構控制腿部伸縮機構的三維空間運動，與常規腿部結構相比，本專利技術提供的腿部伸縮機構上沒有驅動裝置，通過優化結構和材料特性，可以最大限度的降低腿部伸縮機構的質量和轉動慣量，提高機器人的機動性能。2、本專利技術將驅動器集中在身體上方，便于統一防護，在復雜作業環境下，機器人具有更高的防護安全級別，在危險環境下作業可靠性更高；各驅動器功率相當，在設計制造時可以選用同款驅動器。3、各腿部伸縮機構的小腿桿會通過彈簧和伸縮裝置連接到足部桿5，使各腿部伸縮機構具有緩沖吸振功能。4、足部桿5的足尖結構具有圓形結構，以適應不同地形，同時采用柔韌材料降低沖擊。5、直線驅動部件提供直線驅動力帶動驅動頭，具體實現可以通過液壓缸，或者通過旋轉電機、絲杠傳動實現，也可以通過直線電機直接驅動，結構簡單易實現。6、本專利技術具有腿部質量輕、轉動慣量小、便于驅動器以及傳感器等電子元器件便于防護的優點。7、本專利技術解決了機器人在地形復雜、環境惡劣的作業條件下行走的防護與機動性問題。附圖說明通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本專利技術的其它特征、目的和優點將會變得更明顯：圖1為本專利技術直線驅動的步行機器人腿部構型的結構示意圖；圖2為本專利技術并聯六足步行機器人的結構示意圖。圖中：1為側擺塊，2為擺動桿，3為傳動桿a，4為小腿桿，5為足部桿，6為傳動桿b，7為驅動頭，8為轉動鉸鏈d，9為驅動桿a，10為萬向節，11為驅動桿b，12為驅動桿c，13為轉動組件a，14為轉動組件b，15為直線驅動部件，I為第一直線驅動的步行機器人腿部構型，II為第二直線驅動的步行機器人腿部構型，III為第三直線驅動的步行機器人腿部構型，IV為第四直線驅動的步行機器人腿部構型，V為第五直線驅動的步行機器人腿部構型，VI為第六直線驅動的步行機器人腿部構型，X為機器人機架，XI為直線驅動機構。具體本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種直線驅動的步行機器人腿部構型，其特征在于，包括：腿部伸縮機構、并聯驅動機構以及直線驅動機構；所述直線驅動機構與并聯驅動機構驅動連接，所述并聯驅動機構與腿部伸縮機構驅動連接；其中：所述腿部伸縮機構包括：側擺塊(1)、擺動桿(2)、傳動桿a(3)、傳動桿b(6)、小腿桿(4)和足部桿(5)，其中，所述側擺塊(1)通過與側擺塊(1)轉動軸線正交布置的轉動鉸鏈b與擺動桿(2)相連，實現腿部伸縮機構的前后擺動，所述擺動桿(2)分別通過轉動鉸鏈c和轉動鉸鏈d與傳動桿a(3)和傳動桿b(6)相連，所述傳動桿a(3)和傳動桿b(6)分別通過轉動鉸鏈e和轉動鉸鏈f與小腿桿(4)相連，所述小腿桿(4)通過彈簧伸縮機構與足部桿(5)相連；所述并聯驅動機構包括：驅動頭(7)、驅動桿a(9)、萬向節(10)、驅動桿b(11)、驅動桿c(12)、轉動組件a(13)和轉動組件b(14)，其中，所述驅動頭(7)、驅動桿a(9)和萬向節(10)分別為三個，所述驅動桿c(12)和轉動組件a(13)分別為兩個，兩個驅動桿c(12)分別設置于驅動桿b(11)的左右兩側，三個驅動頭(7)分別通過轉動鉸鏈g(8)驅動對應的驅動桿a(9)繞轉動鉸鏈g(8)上下擺動，三個驅動桿a(9)分別通過對應的萬向節(10)與驅動桿b(11)和驅動桿c(12)相連，驅動桿c(12)分別通過對應的轉動組件a(13)與驅動桿b(11)相連，所述驅動桿b(11)通過轉動組件b(14)與腿部伸縮機構的傳動桿b(6)相連，驅動腿部伸縮機構運動；所述直線驅動機構包括三組直線驅動部件(15)，三組直線驅動部件(15)分別與并聯驅動機構的三個驅動頭(7)相連，驅動三個驅動頭(7)沿直線上下運動。...

【技術特征摘要】
1.一種直線驅動的步行機器人腿部構型，其特征在于，包括：腿部伸縮機構、并聯驅動機構以及直線驅動機構；所述直線驅動機構與并聯驅動機構驅動連接，所述并聯驅動機構與腿部伸縮機構驅動連接；其中：所述腿部伸縮機構包括：側擺塊(1)、擺動桿(2)、傳動桿a(3)、傳動桿b(6)、小腿桿(4)和足部桿(5)，其中，所述側擺塊(1)通過與側擺塊(1)轉動軸線正交布置的轉動鉸鏈b與擺動桿(2)相連，實現腿部伸縮機構的前后擺動，所述擺動桿(2)分別通過轉動鉸鏈c和轉動鉸鏈d與傳動桿a(3)和傳動桿b(6)相連，所述傳動桿a(3)和傳動桿b(6)分別通過轉動鉸鏈e和轉動鉸鏈f與小腿桿(4)相連，所述小腿桿(4)通過彈簧伸縮機構與足部桿(5)相連；所述并聯驅動機構包括：驅動頭(7)、驅動桿a(9)、萬向節(10)、驅動桿b(11)、驅動桿c(12)、轉動組件a(13)和轉動組件b(14)，其中，所述驅動頭(7)、驅動桿a(9)和萬向節(10)分別為三個，所述驅動桿c(12)和轉動組件a(13)分別為兩個，兩個驅動桿c(12)分別設置于驅動桿b(11)的左右兩側，三個驅動頭(7)分別通過轉動鉸鏈g(8)驅動對應的驅動桿a(9)繞轉動鉸鏈g(8)上下擺動，三個驅動桿a(9)分別通過對應的萬向節(10)與驅動桿b(11)和驅動桿c(12)相連，驅動桿c(12)分別通過對應的轉動組件a(13)與驅動桿b(11)相連，所述驅動桿b(11)通過轉動組件b(14)與腿部伸縮機構的傳動桿b(6)相連，驅動腿部伸縮...

【專利技術屬性】
技術研發人員：高峰，陳先寶，金振林，潘陽，
申請(專利權)人：上海交通大學，
類型：發明
國別省市：上海;31