CN102390460A - 十二自由度混联腿结构四足步行器 - Google Patents

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Abstract

一种十二自由度混联腿结构四足步行器，包括机架和四条结构对称的混联腿，单条混联腿包括三个直线驱动器、腿部机架、前摆杆、后摆杆、连杆、小腿以及足部，单条混联腿具有三个驱动自由度，第一直线驱动器驱动整个腿部进行侧摆运动，第二直线驱动器和第三直线驱动器可协同驱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。步行器四条腿采用对称布置或同向布置，整体具有十二个驱动自由度，通过一定的步态输出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

十二自由度混联腿结构四足步行器
技术领域
本发明涉及一种十二自由度混联腿结构四足步行器，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，属于机械工程中机器人技术领域。
背景技术
高速、高承载四足步行器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，四足步行器技术一直是国内外机器人领域研究的热点之一。在四足步行器机械结构设计方面，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，直线驱动器结构简单、布置容易，使用直线驱动器可以使步行器腿部结构更加简单、紧凑，并可以提高步行器的驱动力和运动速度。
经检索发现，申请号为201010279765.5，申请日为2010年9月13日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。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步行器在野外作业时高速、高承载力的要求。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种十二自由度混联腿结构四足步行器。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种十二自由度混联腿结构四足步行器，包括机架和四条结构对称的混联腿，混联腿位于机架的下方，所述混联腿包括足部和小腿，足部与小腿之间为弹性缓冲连接。
所述混联腿还包括：第一直线驱动器、腿部机架、前摆杆、第二直线驱动器、后摆杆、第三直线驱动器、连杆，其中，第一直线驱动器的两端分别与腿部机架和机架活动连接，腿部机架的两端分别与机架活动连接，前摆杆的三端分别与腿部机架、第二直线驱动器的一端、小腿活动连接，第二直线驱动器的另一端与腿部机架活动连接；后摆杆的三端分别与腿部机架、第三直线驱动器的一端以及连杆的一端活动连接，第三直线驱动器的另一端与腿部机架活动活动连接，连杆的另一端与小腿活动连接。
所述活动连接为铰链连接。
所述四条混联腿的布置方式采用对称布置或同向布置。
所述弹性缓冲连接为刚性弹簧连接或气动弹簧连接。
实际作业时，单条混联腿具有三个驱动自由度，第一直线驱动器驱动整个腿部进行侧摆运动，第二直线驱动器和第三直线驱动器可协同带动足部在腿部机构平面内进行平面并联运动输出。步行器整体具有十二个驱动自由度，通过一定的步态输出可实现机器人的全方位运动。
本发明具有实质性特点和显著进步。本发明所采用的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；直线驱动器布置容易，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为本发明结构示意图。
图1中，1为机架，2为第一直线驱动器，3为腿部机架，4为前摆杆，5为第二直线驱动器，6为后摆杆，7为第三直线驱动器，8为连杆， 9为小腿，10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。
图1为本发明结构示意图。如图1所示，本发明主要包括：机架1和四条结构对称的混联腿。
所述混联腿包括：第一直线驱动器 2，腿部机架3、前摆杆4、第二直线驱动器 5、后摆杆6、第三直线驱动器 7、连杆8、小腿9以及足部10。第一直线驱动器 2的两端分别通过铰链与腿部机架3以及机架1相连，腿部机架3的两端通过铰链分别与机架1相连，前摆杆4的三端分别通过铰链与腿部机架3、第二直线驱动器 5的一端以及小腿 9相连，第二直线驱动器 5的另一端通过铰链与腿部机架 3相连；后摆杆 6的三端分别通过铰链与腿部机架3、第三直线驱动器 7的一端以及连杆8的一端相连，第三直线驱动器 7的另一端通过铰链与腿部机架3相连，连杆8的另一端通过铰链与小腿9相连；足部10与小腿9之间为弹性缓冲连接，所述弹性缓冲连接为刚性弹簧连接或气动弹簧连接。
本发明中的四条混联腿的布置方式可采用对称布置或同向布置。
本发明中采用的所有直线驱动器可根据应用情况替换为任意类型能满足驱动要求的直线驱动系统。
实际作业时，单个的混联腿具有三个驱动自由度，第一直线驱动器驱动整个腿部进行侧摆运动，第二直线驱动器和第三直线驱动器可协同驱动足部在腿部机构平面内进行平面并联运动输出。步行器整体具有十二个驱动自由度，通过一定的步态输出可实现机器人的全方位运动。

Claims (5)

1.一种十二自由度混联腿结构四足步行器，包括机架和四条结构对称的混联腿，混联腿位于机架的下方，其特征在于，所述混联腿包括足部和小腿，足部与小腿之间为弹性缓冲连接。
2.根据权利要求1所述的十二自由度混联腿结构四足步行器，其特征在于，所述混联腿还包括：第一直线驱动器、腿部机架、前摆杆、第二直线驱动器、后摆杆、第三直线驱动器、连杆，其中，第一直线驱动器的两端分别与腿部机架和机架活动连接，腿部机架的两端分别与机架活动连接，前摆杆的三端分别与腿部机架、第二直线驱动器的一端及小腿活动连接，第二直线驱动器的另一端与腿部机架活动连接；后摆杆的三端分别与腿部机架、第三直线驱动器的一端以及连杆的一端活动连接，第三直线驱动器的另一端与腿部机架活动连接，连杆的另一端与小腿活动连接。
3.根据权利要求2所述的十二自由度混联腿结构四足步行器，其特征在于，所述活动连接为铰链连接。
4.根据权利要求1所述的十二自由度混联腿结构四足步行器，其特征在于，所述四条混联腿的布置方式采用对称布置或同向布置。
5.根据权利要求1所述的十二自由度混联腿结构四足步行器，其特征在于，所述弹性缓冲连接为刚性弹簧连接或气动弹簧连接。
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