CN104163216B - 步行机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种步行机器人，包括运载平台，运载平台下表面连接有串并混联结构的机器人腿；串并混联结构的机器人腿包括依次相连接的根部部件、运动平台、转动关节和腿部末端部件。采用仿哺乳动物腿结构设计，机器人的四条腿合理规划生成四足或者四足以上的步行机器人行走步态，可以有效提高步行机器人的能量利用率。本步行机器人还具有结构简单、紧凑，具有更高的可靠性和灵活性。
Description
技术领域
本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种步行机器人。
背景技术
目前国内外机器人分为串联机器人和并联机器人，机器人的行走机构按移动方式分为轮式、腿式、履带式等。但是，它们各自都存在着相应的缺陷，轮式结构机器人速度快、控制灵活，但跨越障碍的能力有限；腿式机构机器人适应能力强，控制复杂，能耗大；履带式移动机器人重量大，能耗高。
发明内容
本发明的目的是提供一种步行机器人，解决了现有技术中存在的移动行走机器人不能兼顾结构简单、控制方便、反应快速灵活、适应能力强的不足的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种步行机器人，包括运载平台，运载平台下表面连接有串并混联结构的机器人腿；串并混联结构的机器人腿包括依次相连接的根部部件、运动平台、转动关节和腿部末端部件。
本发明的特点还在于，
串并混联结构的机器人腿至少设置有4个，串并混联结构的机器人腿成对设置。
根部部件包括法兰盘、中间约束支链和三个主动运动支链，中间约束支链与法兰盘的中心转动连接，法兰盘的下表面均匀连接有三个主动运动支链；每个主动运动支链包括根部电机、第一电机架、主动杆和从动杆；第一电机架固定在法兰盘的下表面，根部电机固定在电机支架上，主动杆的一端通过键联接固定在根部电机的转动轴伸出端上，主动杆的另一端通过转轴与从动杆的上端转动连接，从动杆的另一端通过转轴与运动平台转动相连接。
中间约束支链采用虎克铰，中间约束支链的一端通过转动副与法兰盘的中心转动连接；另一端通过虎克铰与运动平台转动连接。
法兰盘的上表面焊接有U形连接件，根部部件通过U形连接件与运载平台相连接。
转动关节包括转动关节电机、第二电机架、从动锥齿轮和主动锥齿轮，第二电机架固定设置于运动平台的下端；转动关节电机内置固定于第二电机架中；转动关节电机的伸出端通过键联接与主动锥齿轮连接，主动锥齿轮和从动锥齿轮通过齿轮传动连接，主动锥齿轮和从动锥齿轮两者呈90°角配合。
腿部末端部件包括小腿和足端，小腿的一端与第二电机架转动连接，小腿的一端固定连接有足端，足端为中空的半球形，足端采用橡胶。
每个根部电机和每个转动关节电机均是独立控制的。
本发明的有益效果是：
(1)采用将伺服电机作为串并混联步行机器人腿结构的一部分的设计方式，大大简化了串并混联步行机器人的机械结构，使步行机器人结构简单、紧凑，具有更高的可靠性和灵活性。
(2)采用仿哺乳动物腿结构设计，尤其是机器人采用四条腿合理规划生成四足步行机器人行走步态，可以有效提高四足步行机器人的能量利用率。
(3)本串并混联步行机器人的每条腿都采用串并混联结构，使得本发明兼有并联机器人刚度大、精度高的优点和串联机器人工作空间大的优点。
(4)本串并混联步行机器人结构简单、布局合理。
(5)本串并混联步行机器人的腿部在法兰盘和运动平台之间设计的中间约束支链，提高了转动精度，使得机器人腿部的活动范围大、承载能力强，同时方便装配。
附图说明
图1是本发明步行机器人的结构示意图；
图2是本发明步行机器人腿部根部部件示意图；
图3是本发明步行机器人中间约束支链的结构示意图；
图4是本发明步行机器人腿的转动关节的示意图。
图中，1.运载平台，2.根部部件，3.运动平台，4.转动关节，5.腿部末端部件，6.法兰盘，7.根部电机，8.第一电机架，9.主动杆，10.从动杆，11.转动关节电机，12.从动锥齿轮，13.主动锥齿轮，14.中间约束支链，15.第二电机架，16.U形连接件，17.小腿，18.足端。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供一种步行机器人，如图1所示，包括运载平台1，运载平台1下表面连接有串并混联结构的机器人腿；串并混联结构的机器人腿包括依次相连接的根部部件2、运动平台3、转动关节4和腿部末端部件5。
串并混联结构的机器人腿至少设置有4个，串并混联结构的机器人腿成对设置。
如图2和图3所示，根部部件2包括法兰盘6、中间约束支链14和三个主动运动支链，中间约束支链14与法兰盘6的中心转动连接，法兰盘6的下表面均匀连接有三个主动运动支链；法兰盘6的上端焊接有U形连接件16，所述根部部件2通过U形连接件16与运载平台1相连接。每个主动运动支链包括根部电机7、第一电机架8、主动杆9和从动杆10；第一电机架8固定在法兰盘6的下表面，根部电机7固定在电机支架8上，主动杆9的一端通过键联接固定在根部电机7的转动轴伸出端上，主动杆9的另一端通过转轴与从动杆10的上端转动连接，从动杆10的另一端通过转轴与运动平台3转动相连接。该运动平台3由三个主动运动支链上的三个相互独立的腿部电机7驱动，能够实现空间三个自由度的转动，当腿部电机7接受指令后运转，可以控制运动平台3的前摆和后摆、内摆和外摆运动，从而可以实现机器人腿的抬起和落下，内摆和外摆的动作。
中间约束支链14采用虎克铰，中间约束支链14的一端通过转动副与法兰盘6的中心转动连接，另一端通过虎克铰与运动平台3转动连接。
法兰盘6的上表面焊接有U形连接件16，根部部件2通过U形连接件16与运载平台1相连接。
如图4所示，转动关节4包括转动关节电机11、第二电机架15、从动锥齿轮12和主动锥齿轮13，第二电机架15固定设置于运动平台3的下端；转动关节电机11内置固定于第二电机架15中；转动关节电机11的伸出端通过键联接与主动锥齿轮13连接，主动锥齿轮13和从动锥齿轮12通过齿轮传动连接，主动锥齿轮13和从动锥齿轮12两者呈90°角配合；转动关节驱动电机11接收到指令后转动，会带动腿部末端部件5运动，从而实现机器人腿部的前摆和后摆。
腿部末端部件5包括小腿17和足端18，小腿17的一端与第二电机架15转动连接，小腿17的一端固定连接有足端18，足端18为中空的半球形，足端18采用橡胶；其落足后与地面为柔性接触面而非刚性接触，既可以防止串并混联四足步行机器人在行走时打滑又可以减小地面冲击，有效的提高了机器人对环境的适应性。
每个根部电机7和每个转动关节电机11均是独立控制的。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以对其作出种种变化。
Claims (7)
1.一种步行机器人，其特征在于，包括运载平台(1)，所述运载平台(1)下表面连接有串并混联结构的机器人腿；串并混联结构的机器人腿包括依次相连接的根部部件(2)、运动平台(3)、转动关节(4)和腿部末端部件(5)；
所述根部部件(2)包括法兰盘(6)、中间约束支链(14)和三个主动运动支链，所述中间约束支链(14)的一端与法兰盘(6)的中心转动连接，所述法兰盘(6)的下表面均匀连接有三个主动运动支链；每个主动运动支链包括根部电机(7)、第一电机架(8)、主动杆(9)和从动杆(10)；所述第一电机架(8)固定在法兰盘(6)的下表面，根部电机(7)固定在第一电机架(8)上，主动杆(9)的一端通过键联接固定在根部电机(7)的转动轴伸出端上，主动杆(9)的另一端通过转轴与从动杆(10)的上端转动连接，从动杆(10)的另一端通过转轴与运动平台(3)转动相连接。
2.根据权利要求1所述的步行机器人，其特征在于，所述串并混联结构的机器人腿至少设置有4个，串并混联结构的机器人腿成对设置。
3.根据权利要求1所述的步行机器人，其特征在于，所述中间约束支链(14)采用虎克铰，中间约束支链(14)的一端通过转动副与法兰盘(6)的中心转动连接；另一端通过虎克铰与运动平台(3)转动连接。
4.根据权利要求1所述的步行机器人，其特征在于，所述法兰盘(6)的上表面焊接有U形连接件(16)，所述根部部件(2)通过U形连接件(16)与运载平台(1)相连接。
5.根据权利要求1所述的步行机器人，其特征在于，所述转动关节(4)包括转动关节电机(11)、第二电机架(15)、从动锥齿轮(12)和主动锥齿轮(13)，所述第二电机架(15)固定设置于运动平台(3)的下端；转动关节电机(11)内置固定于第二电机架(15)中；转动关节电机(11)的伸出端通过键联接与主动锥齿轮(13)连接，主动锥齿轮(13)和从动锥齿轮(12)通过齿轮传动连接，主动锥齿轮(13)和从动锥齿轮(12)两者呈90°角配合；所述腿部末端部件(5)包括小腿(17)和足端(18)，小腿(17)的一端与第二电机架(15)转动连接，小腿(17)的一端固定连接有足端(18)，所述足端(18)为中空的半球形，所述足端(18)采用橡胶。
6.根据权利要求5所述的步行机器人，其特征在于，每个转动关节电机(11)均是独立控制的。
7.根据权利要求1所述的步行机器人，其特征在于，每个根部电机(7)均是独立控制的。
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