CN106882286A - 一种液压驱动式机器人腿足结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液压驱动式机器人腿足结构，属于机器人制造技术领域。液压系统为液压缸供油，液压缸的活塞部分推动液压杆运动。液压杆推动主连接件的前端，主连接件绕中间的销轴转动，承接件被拉伸，承接件带动小腿件产生偏转，小腿件与膝盖件的连接处产生转矩，膝盖件的上部带动大腿件产生向前的运动趋势，膝盖件的下部带动小腿件产生向后的运动趋势，小腿件配合承接件和膝盖件产生相对地面向后的摩擦力，与小腿件连接的足部件是弧形件，该弧形件产生转动，由此实现机械腿向前的运动。两条独立的机械腿在液压系统的单独驱动下完成向前行走。

Description

一种液压驱动式机器人腿足结构
技术领域
本发明公开了一种机器人腿足结构，属于机器人制造技术领域，尤其涉及一种液压驱动式机器人腿足结构。
背景技术
现有的步行机器人之所以吸引人们并不是它们的实用性，而是因为它们的新奇性，毕竟这样的机器人设计难度较大。随着科学技术的快速发展，各个设计团队研制出各种机器人，在模仿动物方面已经取得不菲的成就，但研制像人类行走自如的机器人仍存在一定差距。美国佛蒙特大学的最新计算机模拟显示，与动物进化十分相似的是，机器人将逐渐进化完善其行走能力。
现有的机械腿设计过程主要存在以下几个方面的问题：第一、两条机械腿的协调性能差，两条腿足在保证站立方面及相互独立模仿人“行走”过程不能协调一致的运动；第二、机械腿的连续性移动问题，机械腿的移动需要平稳，现有的公开的技术文件多是采用固定件及连接件或者多连杆机构保证稳定性，但是在保证机械腿移动过程的稳定则需要诸多控制源，多个控制源之间存在耦合现象，不利于对双足机械腿的运动控制；第三、机械腿的平稳协调运动一般采用电机驱动，电机重量一般需要配备平衡块，平衡块的重量对机械腿本身承重及平稳性非常关键。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种液压驱动式机器人腿足结构，通过该结构的连杆机构、辅助连接件结构、液压驱动系统以及弧形足部结构保证机器人腿足运动的协调、稳定性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种液压驱动式机器人腿足结构，该结构由两组结构相同且呈相互对称布置的单个机械腿组成，每条单个机械腿包括大腿件1、小腿件2、足部件3、膝盖件4、承接件5、主连接件6、液压缸7、液压杆11。两条单个机械腿通过机架连接。机架包括连接板8、平衡块9、组合板10，两块连接板8平行焊接在组合板10的两侧，两块连接板8和组合板10组成U形结构。
大腿件1和小腿件2通过膝盖件4连接，小腿件2的底部连接有足部件3，足部件3焊接在小腿件2的底部；大腿件1与膝盖件4之间以及膝盖件4与小腿件2之间均通过销轴连接，小腿件2与大腿件1、小腿件2、足部件3、膝盖件4连接组成机器人的主体运动构件；主连接件6、承接件5为机器人的辅助连接调节件；主连接件6上设有两个销孔，第一个销孔设置在主连接件6的中间位置，第二个销孔设置在主连接件6的底部位置；主连接件6的顶部与液压杆11连接，主连接件6的第一个销孔通过销轴与大腿件1的中间相连接，主连接件6的第二个销孔与承接件5的端部连接，承接件5的末端与小腿件2的侧部连接。大腿件1的顶部通过销轴连接安装在连接板8上，液压缸7固定在连接板8的一侧，液压缸7的活塞与液压杆11连接。平衡块9固定在连接板8的顶部，平衡块9与液压缸7相平衡。
主连接件6的中间为中空结构，两侧为对称结构，大腿件1的中间穿过主连接件6的中空结构并与之连接，主连接件6的对称布置能够提高机械腿的承载稳定性，并且中空结构能够减少机械腿的重量，能够有效增加整个机械腿的运动空间及灵活度。
足部件3为弧形件，运动过程中，足部件3与地面的接触为平滑过渡。
两条单个机械腿的液压缸7由同一液压系统驱动，两液压缸7为错位驱动，由此模拟机器人腿足的步行运动。错位驱动即液压系统对两液压缸7进行不同步、间断控油的方式进行驱动。
与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果。
1、机械腿采用两组结构相同且呈相互对称的布置形式，两者的机械结构主体是独立的，但两者的驱动系统是统一的，这样能够有效模拟腿部行走，机械的协同性能更加的稳定。
2、机械腿的足部件采用弧形件，足部件与地面的接触为平滑过渡，这样的结构能够满足整体结构的承重性能及稳定性。
3、每条机械腿分别由单独的液压缸进行连接驱动，系统的完备性能更高。
4、整个系统采用统一的液压系统，液压系统的力矩传递性能稳定、驱动力渐进、驱动方式平稳，在两个液压缸错位180°的方式进行步进驱动，能够更加逼真的模仿两只腿的间歇步进运动。
附图说明
图1为腿足结构的整体结构图。
图2为腿足结构的站立时的示意图。
图3为单个机械腿的连接结构示意图。
图4为单个机械腿的侧面示意图。
图5为腿足结构运动时的示意图。
图6为单个腿足结构运动时的示意图。
图7为机械腿的正面示意图。
图中：1、大腿件，2、小腿件，3、足部件，4、膝盖件，5、承接件，6、主连接件，7、液压缸，8、连接板，9、平衡块，10、组合板，11、液压杆。
具体实施方式
如图1所示为腿足结构的整体结构图。大腿件1和小腿件2通过膝盖件4连接，小腿件2的底部连接有足部件3，足部件3焊接在小腿件2的底部；大腿件1与膝盖件4之间以及膝盖件4与小腿件2之间均通过销轴连接，小腿件2与大腿件1、小腿件2、足部件3、膝盖件4连接组成机器人的主体运动构件；主连接件6、承接件5为机器人的辅助连接调节件；主连接件6上设有两个销孔，第一个销孔设置在主连接件6的中间位置，第二个销孔设置在主连接件6的底部位置；主连接件6的顶部与液压杆11连接，主连接件6的第一个销孔通过销轴与大腿件1的中间相连接，主连接件6的第二个销孔与承接件5的端部连接，承接件5的末端与小腿件2的侧部连接。大腿件1的顶部通过销轴连接安装在连接板8上，液压缸7固定在连接板8的一侧，液压缸7的活塞与液压杆11连接。平衡块9固定在连接板8的顶部，平衡块9与液压缸7相平衡。
如图2-7所示，液压系统为液压缸7供油，液压缸7的活塞部分推动液压杆11运动。液压杆11推动主连接件6的前端，主连接件6绕中间的销轴转动，承接件5被拉伸，承接件5带动小腿件2产生偏转，小腿件2与膝盖件4的连接处产生转矩，膝盖件4的上部带动大腿件1产生向前的运动趋势，膝盖件4的下部带动小腿件2产生向后的运动趋势，小腿件2配合承接件5和膝盖件4产生相对地面向后的摩擦力，与小腿件2连接的足部件3是弧形件，该弧形件产生转动，由此实现机械腿向前的运动。
两条独立的机械腿在液压系统的单独驱动下完成向前行走。

Claims (5)

1.一种液压驱动式机器人腿足结构，其特征在于：该结构由两组结构相同且呈相互对称布置的单个机械腿组成，每条单个机械腿包括大腿件(1)、小腿件(2)、足部件(3)、膝盖件(4)、承接件(5)、主连接件(6)、液压缸(7)、液压杆(11)；两条单个机械腿通过机架连接；机架包括连接板(8)、平衡块(9)、组合板(10)，两块连接板(8)平行焊接在组合板(10)的两侧，两块连接板(8)和组合板(10)组成U形结构；
大腿件(1)和小腿件(2)通过膝盖件(4)连接，小腿件(2)的底部连接有足部件(3)，足部件(3)焊接在小腿件(2)的底部；大腿件(1)与膝盖件(4)之间以及膝盖件(4)与小腿件(2)之间均通过销轴连接，小腿件(2)与大腿件(1)、小腿件(2)、足部件(3)、膝盖件(4)连接组成机器人的主体运动构件；主连接件(6)、承接件(5)为机器人的辅助连接调节件；主连接件(6)上设有两个销孔，第一个销孔设置在主连接件(6)的中间位置，第二个销孔设置在主连接件(6)的底部位置；主连接件(6)的顶部与液压杆(11)连接，主连接件(6)的第一个销孔通过销轴与大腿件(1)的中间相连接，主连接件(6)的第二个销孔与承接件(5)的端部连接，承接件(5)的末端与小腿件(2)的侧部连接；大腿件(1)的顶部通过销轴连接安装在连接板(8)上，液压缸(7)固定在连接板(8)的一侧，液压缸(7)的活塞与液压杆(11)连接；平衡块(9)固定在连接板(8)的顶部，平衡块(9)与液压缸(7)相平衡。
2.根据权利要求1所述的一种液压驱动式机器人腿足结构，其特征在于：主连接件(6)的中间为中空结构，两侧为对称结构，大腿件(1)的中间穿过主连接件(6)的中空结构并与之连接，主连接件(6)的对称布置能够提高机械腿的承载稳定性，并且中空结构能够减少机械腿的重量，能够有效增加整个机械腿的运动空间及灵活度。
3.根据权利要求1所述的一种液压驱动式机器人腿足结构，其特征在于：足部件(3)为弧形件，运动过程中，足部件(3)与地面的接触为平滑过渡。
4.根据权利要求1所述的一种液压驱动式机器人腿足结构，其特征在于：两条单个机械腿的液压缸(7)由同一液压系统驱动，两液压缸(7)为错位驱动，由此模拟机器人腿足的步行运动。
5.根据权利要求1所述的一种液压驱动式机器人腿足结构，其特征在于：液压系统为液压缸(7)供油，液压缸(7)的活塞部分推动液压杆(11)运动；液压杆(11)推动主连接件(6)的前端，主连接件(6)绕中间的销轴转动，承接件(5)被拉伸，承接件(5)带动小腿件(2)产生偏转，小腿件(2)与膝盖件(4)的连接处产生转矩，膝盖件(4)的上部带动大腿件(1)产生向前的运动趋势，膝盖件(4)的下部带动小腿件(2)产生向后的运动趋势，小腿件(2)配合承接件(5)和膝盖件(4)产生相对地面向后的摩擦力，与小腿件(2)连接的足部件(3)是弧形件，该弧形件产生转动，由此实现机械腿向前的运动；
两条独立的机械腿在液压系统的单独驱动下完成向前行走。
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