CN104015833B - 轮式、足式和轮足复合式行走为一体的机器人步行腿机构 - Google Patents
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Abstract
集轮式、足式和轮足复合式行走为一体的机器人步行腿机构，它涉及一种机器人步行腿机构。本发明为了解决现有的轮腿式机构的足式行走部分存在无法应用于混合地形条件下运行的足式机器人和地面车辆上的问题。本发明包括前摆杆组件、侧摆杆组件、车轮轴(8)、车轮(18)和连接杆(2)，连接杆(2)竖直设置，前摆杆组件安装在连接杆(2)的上部，侧摆杆组件的一端安装在连接杆(2)的下部，且侧摆杆组件垂直于前摆杆组件设置，车轮轴(8)与侧摆杆组件的另一端连接，车轮(18)可转动套装在车轮轴(8)上。本发明用于机器人上。
Description
技术领域
本发明涉及一种四自由度平面连杆式机器人步行腿机构，具体涉及一种集轮式、足式和轮足复合式行走功能为一体的机器人步行腿机构。
背景技术
步行腿是足式行走机器人的重要的组成部分，步行腿的性能直接关系到机器人的行走速度、效率、越障能力、过沟能力和地形适应能力。相对于轮式机器人来说，足式机器人具有行走速度慢、驱动效率低等缺点，能量利用效率已经成为限制足式机器人有效载荷自重比的最重要因素；但同时足式移动也有越障能力强，移动方向可全方位调整，地形适应能力强，运动灵活性好的优点。
现有的轮腿式机构的足式行走部分主要分为两类：一类是单自由度的摆动机构，并不能实现真正的足式行走；另一类是多自由度开链结构，各关节耦合性强，控制复杂。因此，现有的轮腿式机构的足式行走部分存在无法应用于混合地形条件下运行的足式机器人和地面车辆上的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的轮腿式机构的足式行走部分存在无法应用于混合地形条件下运行的足式机器人和地面车辆上的问题。进而提供一种轮式、足式和轮足复合式行走为一体的机器人步行腿机构。
本发明的技术方案是：轮式、足式和轮足复合式行走为一体的机器人步行腿机构，它包括前摆杆组件、侧摆杆组件、车轮轴、车轮和连接杆，连接杆竖直设置，前摆杆组件安装在连接杆的上部，侧摆杆组件的一端安装在连接杆的下部，且侧摆杆组件垂直于前摆杆组件设置，车轮轴与侧摆杆组件的另一端连接，车轮可转动套装在车轮轴上，
所述前摆杆组件包括前摆第一连杆、前摆第三连杆、前摆第一铰链、前摆第二铰链、前摆第三铰链和前摆第四铰链，前摆第一连杆和前摆第三连杆平行设置，且前摆第一连杆的一端和前摆第三连杆的一端分别通过前摆第一铰链和前摆第四铰链与车体连接，前摆第一连杆的另一端和前摆第三连杆的另一端分别通过前摆第二铰链和前摆第三铰链与连接杆的上部连接，
所述侧摆杆组件包括侧摆第一连杆、侧摆第二连杆、侧摆第三连杆、侧摆第四连杆、侧摆第一铰链、侧摆第二铰链、侧摆第三铰链、侧摆第四铰链和侧摆移动副，侧摆第一连杆的一端通过侧摆第一铰链与连接杆的下部连接，侧摆第一连杆的另一端和侧摆第二连杆的一端之间通过侧摆移动副连接，侧摆第二连杆的另一端通过侧摆第二铰链与侧摆第三连杆的一端连接，侧摆第三连杆平行于连接杆，侧摆第三连杆的另一端与侧摆第四连杆的一端之间通过侧摆第三铰链连接，侧摆第四连杆的另一端通过侧摆第四铰链与连接杆的下端连接，车轮轴水平铰接在侧摆第三连杆上。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
1.本发明是一种集轮式行走、足式行走以及轮足复合式行走为一体的机器人步行腿机构，上述三种功能是这样实现的：
(1)轮式行走：控制锁死前摆第一铰链、侧摆第四铰链和侧摆移动副，使各杆间不存在相对运动，此时，通过车轮绕车轮轴的转动实现前进。
(2)足式行走：通过机器人上的电机或液压驱动前摆第三连杆绕前摆第一铰链转动，进而带动前摆杆组件运动来实现车轮的前后或上下摆动，由于连接杆、前摆第三连杆、前摆第一铰链和机架构成一个平行四杆机构，所以能够保证当前摆第三连杆绕前摆第一铰链转动时，连接杆能够始终与车体的机架保持平行，即侧摆杆组件所在平面始终与车体的机架平面垂直，实现了车轮前摆和侧摆的解耦，降低了控制难度；通过机器人上的电机或液压驱动侧摆第四连杆绕侧摆第四铰链的转动带动侧摆杆组来实现车轮的左右或上下摆动，通过液压缸或电机实现侧摆移动副的移动，实现调整车轮的倾斜角度，保证在崎岖路面下行走时，车轮能够时刻保持与地面垂直，增大轮地接触面积，提高机体稳定性；同时通过机器人上的电机或液压驱动前摆第三连杆和前摆第一铰链，能够使车轮在其工作空间内沿指定的轨迹运行，以实现足式行走。
(3)轮足复合式行走：在车轮绕车轮轴转动使机器人向前运动时，通过机器人上的电机或液压驱动前摆第三连杆绕前摆第一铰链转动和第四连杆绕侧摆第四铰链的转动带动侧摆杆组来实现车轮位置和高度的调整以主动适应崎岖地形以保持机体运行平稳或躲避简单障碍。
因此，当本发明行走在地形相对较为平坦时，可采用轮式行走，本发明中提高行进速度了驱动效率；地形较为崎岖时，可采用足式或轮足复合式行走，增强对地形的适应性，也就是说本发明的前摆杆组件和侧摆杆组件即能够单独运动以调整车身的高度或车轮的支撑位置，也能够联动实现复杂的运动，并通过调整车轮在竖直方向的倾角，以适应各种地形结构。进而有效的解决了现有的轮腿式机构的足式行走部分存在无法应用于混合地形条件下运行的足式机器人和地面车辆上的问题。
2.本发明结构简单、控制灵活。
附图说明
图1是本发明的主视图；图2是图1的侧视图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式的轮式、足式和轮足复合式行走为一体的机器人步行腿机构包括前摆杆组件、侧摆杆组件、车轮轴8、车轮18和连接杆2，连接杆2竖直设置，前摆杆组件安装在连接杆2的上部，侧摆杆组件的一端安装在连接杆2的下部，且侧摆杆组件垂直于前摆杆组件设置，车轮轴8与侧摆杆组件的另一端连接，车轮18可转动套装在车轮轴8上，
所述前摆杆组件包括前摆第一连杆1、前摆第三连杆3、前摆第一铰链4、前摆第二铰链5、前摆第三铰链6和前摆第四铰链7，前摆第一连杆1和前摆第三连杆3平行设置，且前摆第一连杆1的一端和前摆第三连杆3的一端分别通过前摆第一铰链4和前摆第四铰链7与车体连接，前摆第一连杆1的另一端和前摆第三连杆3的另一端分别通过前摆第二铰链5和前摆第三铰链6与连接杆2的上部连接，
所述侧摆杆组件包括侧摆第一连杆9、侧摆第二连杆10、侧摆第三连杆11、侧摆第四连杆12、侧摆第一铰链13、侧摆第二铰链14、侧摆第三铰链15、侧摆第四铰链16和侧摆移动副17，侧摆第一连杆9的一端通过侧摆第一铰链13与连接杆2的下部连接，侧摆第一连杆9的另一端和侧摆第二连杆10的一端之间通过侧摆移动副17连接，侧摆第二连杆10的另一端通过侧摆第二铰链14与侧摆第三连杆11的一端连接，侧摆第三连杆11平行于连接杆2，侧摆第三连杆11的另一端与侧摆第四连杆12的一端之间通过侧摆第三铰链15连接，侧摆第四连杆12的另一端通过侧摆第四铰链16与连接杆2的下端连接，车轮轴8水平铰接在侧摆第三连杆11上。
具体实施方式二：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式的前摆第一连杆1和前摆第三连杆3的长度相等，前摆第一铰链4、前摆第二铰链5、前摆第三铰链6和前摆第四铰链7的轴线相互平行，前摆第一连杆1、连接杆2的上部、前摆第三连杆3、车体、前摆第一铰链4、前摆第二铰链5、前摆第三铰链6和前摆第四铰链7构成一个平行四杆机构。如此设置，便于通过机器人上的电机或液压驱动前摆第一铰链4或前摆第四铰链7实现本发明前后方向的主动摆动。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式的侧摆第一铰链13和侧摆第四铰链16之间的距离与侧摆第二铰链14和侧摆第三铰链15之间的距离相等，侧摆第一铰链13、侧摆第二铰链14、侧摆第三铰链15和侧摆第四铰链16的轴线相互平行并与前摆第一铰链4的轴线相垂直，连接杆2的下部、侧摆第一连杆9、侧摆第二连杆10、侧摆第三连杆11、侧摆第四连杆12、侧摆第一铰链13、侧摆第二铰链14、侧摆第三铰链15和侧摆第四铰链16构成一个平面四杆机构。如此设置，便于通过机器人上的电机或液压驱动侧摆第一铰链13或侧摆第四铰链16，来实现本发明侧向的主动摆动。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式的侧摆第一铰链13和侧摆第四铰链16之间的距离与侧摆第二铰链14和侧摆第三铰链15之间的距离相等，且侧摆第一铰链13和侧摆第二铰链14之间的距离与侧摆第二铰链14和侧摆第三铰链15之间的距离相等，侧摆第一铰链13、侧摆第二铰链14、侧摆第三铰链15和侧摆第四铰链16的轴线相互平行并与前摆第一铰链4的轴线相垂直，连接杆2的下部、侧摆第一连杆9、侧摆第二连杆10、侧摆第三连杆11、侧摆第四连杆12、侧摆第一铰链13、侧摆第二铰链14、侧摆第三铰链15和侧摆第四铰链16构成一个平行四杆机构。如此设置，便于通过机器人上的电机或液压驱动侧摆第一铰链13或侧摆第四铰链16，来实现本发明侧向的主动摆动。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明的，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其他变化，以及应用到本发明未提及的领域中，当然，这些依据本发明精神所做的变化都应包含在本发明所要求保护的范围内。
Claims (4)
1.一种轮式、足式和轮足复合式行走为一体的机器人步行腿机构，其特征在于：它包括前摆杆组件、侧摆杆组件、车轮轴(8)、车轮(18)和连接杆(2)，连接杆(2)竖直设置，前摆杆组件安装在连接杆(2)的上部，侧摆杆组件的一端安装在连接杆(2)的下部，且侧摆杆组件垂直于前摆杆组件设置，车轮轴(8)与侧摆杆组件的另一端连接，车轮(18)可转动套装在车轮轴(8)上，
所述前摆杆组件包括前摆第一连杆(1)、前摆第三连杆(3)、前摆第一铰链(4)、前摆第二铰链(5)、前摆第三铰链(6)和前摆第四铰链(7)，前摆第一连杆(1)和前摆第三连杆(3)平行设置，且前摆第一连杆(1)的一端和前摆第三连杆(3)的一端分别通过前摆第一铰链(4)和前摆第四铰链(7)与车体连接，前摆第一连杆(1)的另一端和前摆第三连杆(3)的另一端分别通过前摆第二铰链(5)和前摆第三铰链(6)与连接杆(2)的上部连接，
所述侧摆杆组件包括侧摆第一连杆(9)、侧摆第二连杆(10)、侧摆第三连杆(11)、侧摆第四连杆(12)、侧摆第一铰链(13)、侧摆第二铰链(14)、侧摆第三铰链(15)、侧摆第四铰链(16)和侧摆移动副(17)，侧摆第一连杆(9)的一端通过侧摆第一铰链(13)与连接杆(2)的下部连接，侧摆第一连杆(9)的另一端和侧摆第二连杆(10)的一端之间通过侧摆移动副(17)连接，侧摆第二连杆(10)的另一端通过侧摆第二铰链(14)与侧摆第三连杆(11)的一端连接，侧摆第三连杆(11)平行于连接杆(2)，侧摆第三连杆(11)的另一端与侧摆第四连杆(12)的一端之间通过侧摆第三铰链(15)连接，侧摆第四连杆(12)的另一端通过侧摆第四铰链(16)与连接杆(2)的下端连接，车轮轴(8)水平铰接在侧摆第三连杆(11)上。
2.根据权利要求1所述的轮式、足式和轮足复合式行走为一体的机器人步行腿机构，其特征在于：前摆第一连杆(1)和前摆第三连杆(3)的长度相等，前摆第一铰链(4)、前摆第二铰链(5)、前摆第三铰链(6)和前摆第四铰链(7)的轴线相互平行，前摆第一连杆(1)、连接杆(2)的上部、前摆第三连杆(3)、车体、前摆第一铰链(4)、前摆第二铰链(5)、前摆第三铰链(6)和前摆第四铰链(7)构成一个平行四杆机构。
3.根据权利要求1或2所述的轮式、足式和轮足复合式行走为一体的机器人步行腿机构，其特征在于：侧摆第一铰链(13)和侧摆第四铰链(16)之间的距离与侧摆第二铰链(14)和侧摆第三铰链(15)之间的距离相等，侧摆第一铰链(13)、侧摆第二铰链(14)、侧摆第三铰链(15)和侧摆第四铰链(16)的轴线相互平行并与前摆第一铰链(4)的轴线相垂直，连接杆(2)的下部、侧摆第一连杆(9)、侧摆第二连杆(10)、侧摆第三连杆(11)、侧摆第四连杆(12)、侧摆第一铰链(13)、侧摆第二铰链(14)、侧摆第三铰链(15)和侧摆第四铰链(16)构成一个平面四杆机构。
4.根据权利要求1或2所述的轮式、足式和轮足复合式行走为一体的机器人步行腿机构，其特征在于：侧摆第一铰链(13)和侧摆第四铰链(16)之间的距离与侧摆第二铰链(14)和侧摆第三铰链(15)之间的距离相等，且侧摆第一铰链(13)和侧摆第二铰链(14)之间的距离与侧摆第二铰链(14)和侧摆第三铰链(15)之间的距离相等，侧摆第一铰链(13)、侧摆第二铰链(14)、侧摆第三铰链(15)和侧摆第四铰链(16)的轴线相互平行并与前摆第一铰链(4)的轴线相垂直，连接杆(2)的下部、侧摆第一连杆(9)、侧摆第二连杆(10)、侧摆第三连杆(11)、侧摆第四连杆(12)、侧摆第一铰链(13)、侧摆第二铰链(14)、侧摆第三铰链(15)和侧摆第四铰链(16)构成一个平行四杆机构。
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