CN102390458B - 液压驱动空间混联腿结构四足机器人 - Google Patents

Abstract

一种液压驱动空间混联腿结构四足机器人，由机架和四条结构对称的空间混联腿构成。单条空间混联腿由三个液压驱动油缸、腿部机架、摇杆、连杆、大腿、小腿和足部构成。单条空间混联腿具有三个驱动自由度，液压驱动油缸A驱动整个腿部进行侧摆运动，液压驱动油缸B和液压驱动油缸C可共同带动足部在腿部机构平面内进行平面并联运动输出。足部采用缓冲连接，可在一个迈步周期内完成减震储能再利用。四条腿采用对称布置或同向布置，通过一定的步态可实现机器人的全方位运动。本发明结构简单、控制容易，运动精度高，具有高速响应能力及高承载能力，适用于野外复杂的非结构地形条件下的高速、高负载运输作业及危险环境作业。

Description

液压驱动空间混联腿结构四足机器人

技术领域

本发明涉及机械工程中机器人技术领域,尤其涉及一种用于野外复杂的非结构地形条件下的高速、高负载运输作业及危险环境作业液压驱动空间混联腿结构四足机器人。

背景技术

高速、高承载四足步行机器人是模仿四足动物运动形式的特种机器人，该类机器人能够在复杂的非结构环境中稳定的行走，可以代替人完成许多危险作业，在军事、矿山开采、核能工业、星球表面探测、消防及营救、建筑业、农林采伐、示教娱乐等行业 有着许多潜在的应用前景。长期以来，四足步行机器人技术一直是国内外机器人领域研究的热点之一。在四足机器人机械结构设计方面，空间混联腿结构结合了并联机构和串联机构的优点，可实现机器人全方位、高承载的运动；在驱动方面，液压驱动具有高精度，高驱动力，以及快速响应等特点，因此非常适用于高速、高承载四足步行机器人的设计要求。

申请号为201010279765.5的中国发明专利公开了一种基于混联机构的全方位四足步行移动装置，用于废墟等复杂地形及狭窄空间条件下搜索目标和运输作业。该发明由一个中心对称的机架，四个和机架连接的串、并混联三自由度腿部机构构成。每一个腿部机构组件由连杆、转动关节、驱动电机和联轴器组成；电机输出轴通过联轴器与主动连杆相连接，所有的主动连杆在一个平面内，和机架垂直的连杆与机架之间形成转动副；转动连杆上固定的两个电机驱动平面五杆机构的两个主动连杆，把电机的周转运动转化为足端的平面运动，三个电机输入实现了每个足端的3个自由度运动输出。四个腿部机构协调运动，实现四足步行移动装置的实际全方位步行输出。然而，该专利并未考虑行进过程中足端与地面之间的震荡冲击问题，并且采用驱动电机的驱动力和响应时间很难满足机器人野外作业时高速、高承载力的要求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种新型液压驱动空间混联腿结构四足机器人，以解决现有技术中，四组步行机器人不能满足野外复杂的非结构地形条件下的高速、高负载运输作业及危险环境作业需求的技术问题。

为达到上述目的，本发明提供一种液压驱动空间混联腿结构四足机器人，包括：机架和四条结构对称的空间混联腿，其中，

单条空间混联腿进一步包括，三个液压驱动油缸、腿部机架、摇杆、连杆、大腿、小腿和足部。液压驱动油缸A的两端分别通过铰链与腿部机架上的连接块A以及机架上的连接块B相连，腿部机架的两端通过铰链分别与机架相连，液压驱动油缸B的两端分别通过铰链与腿部机架以及摇杆相连，摇杆的两端分别通过铰链与腿部机架以及液压驱动油缸C相连，连杆的两端分别通过铰链与摇杆和大腿相连，大腿的两端通过铰链分别与腿部机架和小腿相连，小腿通过铰链与液压驱动油缸C相连，足部与小腿之间弹性缓冲连接。

依照本发明较佳实施例所述的一种液压驱动空间混联腿结构四足机器人，其四条空间混联腿的布置方式采用对称布置或同向布置。

依照本发明较佳实施例所述的一种液压驱动空间混联腿结构四足机器人，其三个液压驱动油缸采用任意类型能满足驱动要求的直线驱动系统替换。

实际作业时，单条空间混联腿具有三个驱动自由度，液压驱动油缸A驱动整个腿部进行侧摆运动，液压驱动油缸B和液压驱动油缸C可共同带动足部在腿部机构平面内进行平面并联运动输出。四条腿通过一定的步态可实现机器人的全方位运动。

本发明的有益效果为：本发明所采用的空间混联腿结构提高了四足机器人腿部结构的承载力和灵活性；液压油缸布置容易，使机器人腿部结构更加简单、紧凑，还提高了机器人的驱动力和运动相应速度；足部的缓冲可以减少机器人运动过程中的震荡冲击，同时为下一次迈步积蓄能量。本发明结构简单、控制容易、运动精度高、具有高速响应能力及高承载能力，适用于野外复杂的非结构地形条件下的高速、高负载运输作业及危险环境作业。

附图说明

图1为本发明一种液压驱动空间混联腿结构四足机器人的结构示意图。

图1中，1为机架，2为液压驱动油缸A，3为腿部机架，4为连接块A，5为连接块B，6为液压驱动油缸B，7为摇杆，8为液压驱动油缸C，9为连杆，10为大腿，11为小腿，12为足部。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。

请参阅图1，一种液压驱动空间混联腿结构四足机器人 ，包括：机架1和四条结构对称的空间混联腿。

单条空间混联腿包括：液压驱动油缸A 2，腿部机架3、液压驱动油缸B 6、摇杆 7、液压驱动油缸C 8、连杆9、大腿 10、小腿11和足部12。液压驱动油缸A 2的两端分别通过铰链与腿部机架3上的连接块A 4以及机架 1上的连接块B 5相连，腿部机架 3的两端通过铰链分别与机架 1相连，液压驱动油缸B 6的两端分别通过铰链与腿部机架 3以及摇杆 7相连，摇杆 7的两端分别通过铰链与腿部机架 3以及液压驱动油缸C 8相连，连杆9的两端分别通过铰链与摇杆 7和大腿 10相连，大腿 10的两端通过铰链分别与腿部机架 3和小腿 11相连，小腿 11通过铰链与液压驱动油缸C 8相连，足部 12与小腿 11之间弹性缓冲连接。

在本发明的较佳实施例中，四条空间混联腿的布置方式既可采用对称布置还可以采用同向布置。体的布置方式可根据实际应用需要而定，应用非常灵活。

另外，还需要说明的是，在实际应用中，根据应用情况需要，上述本发明中采用的三个液压驱动油缸还可以替换为任意类型能满足驱动要求的直线驱动系统，因此，现有技术中任何能够实现满足驱动要求的直线驱动方式均应落在本发明的保护范围内，以上采用液压驱动油缸只是一个实施例，并不用于限定本发明。

实际作业时，单个的空间混联腿具有三个驱动自由度，液压驱动油缸A驱动整个腿部进行侧摆运动，液压驱动油缸B和液压驱动油缸C可共同带动足部在腿部机构平面内进行平面并联运动输出。向前行走时，液压驱动油缸A缩短（或伸长），带动腿部向外（或向内）侧移动，与此同时，液压驱动油缸B和液压驱动油缸C同时伸长，带动足端向前迈动。后退行走时驱动方向相反。四条腿通过一定的步态可实现机器人的全方位步行输出。

本发明的有益效果为：本发明所采用的空间混联腿结构提高了四足机器人腿部结构的承载力和灵活性；液压油缸布置容易，使机器人腿部结构更加简单、紧凑，还提高了机器人的驱动力和运动相应速度；足部的缓冲可以减少机器人运动过程中的震荡冲击，同时为下一次迈步积蓄能量。本发明结构简单、控制容易、运动精度高、具有高速响应能力及高承载能力，适用于野外复杂的非结构地形条件下的高速、高负载运输作业及危险环境作业。

以上所述，仅是本发明的较佳实施实例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施实例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种液压驱动空间混联腿结构四足机器人，其特征在于，包括：机架（1）和四条结构对称的空间混联腿，其中，

所述空间混联腿进一步包括：液压驱动油缸A（2）、腿部机架（3）、液压驱动油缸B（6）、摇杆（7）、液压驱动油缸C（8）、连杆（9）、大腿（10）、小腿（11）和足部（12），液压驱动油缸A（2）的两端分别通过铰链与腿部机架（3）上的连接块A（4）以及机架（1）上的连接块B（5）相连，腿部机架（3）的两端通过铰链分别与机架（1）相连，液压驱动油缸B（6）的两端分别通过铰链与腿部机架（3）以及摇杆（7）相连，摇杆（7）的两端分别通过铰链与腿部机架 （3）以及液压驱动油缸C（8）相连，连杆（9）的两端分别通过铰链与摇杆（7）和大腿（10）相连，大腿（10）的两端通过铰链分别与腿部机架（3）和小腿（11）相连，小腿（11）通过铰链与液压驱动油缸C（8）相连，足部（12）与小腿（11）之间弹性缓冲连接。

2.如权利要求1所述的一种液压驱动空间混联腿结构四足机器人，其特征在于，所述四条空间混联腿的布置方式采用对称布置或同向布置。

3.如权利要求2所述的一种液压驱动空间混联腿结构四足机器人，其特征在于，所述液压驱动油缸A（2）、液压驱动油缸B（6）、液压驱动油缸C（8）采用任意类型能满足驱动要求的直线驱动系统替换。

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