CN108423082B - 步行机器人直行、转弯方法及其串并混联机器人腿部构型 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种串并混联机器人腿部构型、步行机器人及其运动方法，属于机器人领域。所述串并混联机器人腿部构型包括静平台、动平台和串并混联机构，动平台包括腿部和足部，腿部与足部之间采用第一转动副连接，第一转动副上设置有第一转动驱动器；串并混联机构包括主动驱动支链和两个从动驱动支链；主动驱动支链包括采用转动副依次连接第二转动驱动器、第一连杆、和第二连杆，第二转动驱动器竖直设置于静平台的一端，第二转动副和第三转动副上分别设置有第三转动驱动器和第四转动驱动器。本发明运动空间大、转动惯量小、腿部机构灵活运动、不发生干涉，并且能够实现机器人的前进、转弯、避障等基本功能，适合水下工作。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，特别是指一种串并混联机器人腿部构型、步行机器人及其运动方法。
背景技术
在高速发展的今天，海洋作为蓝色国土，探索海洋成为当前重要的任务，因此各种水下机器人应运而生，主要以无人遥控潜水器(ROV)和无缆水下机器人(AUV)为主，但是这两种水下机器人只能够在弱海流环境下，而且需要有缆绳和母船的支撑。当受到较强潮流作用时，控制这两种机器人就会变得困难。
移动机器人包含轮式机器人、履带机器人、足式机器人以及复合式机器人等。轮式机器人适合在平坦的地形中执行工作任务，并可以进行高速移动，但行进不平稳易打滑，并且不适合在复杂的地形上面进行工作。履带式机器人适合在较为松软的地形中执行任务，履带与地面的接触面积大，平稳性高，但不适合在复杂的地形上执行工作任务。足式机器人擅长在各种复杂的地形上进行运动，并且其越障能力较强，但是运动速度低，重心不稳定，易侧翻。因此，在水下的复杂环境中，优先选用足式机器人。
足式机器人的腿部结构可分为串联机器人、并联机器人和混联机器人。串联机器人结构简单，控制方便，但是刚度小。并联机器人刚度大，载重自重比大，可高速运动，但是结构复杂，易干涉。串并混联机器人既具有串联机器人工作空间大的优点又具有并联机器人承载能力高的特点，但是现有的串并混联机器人都存在工作空间小、转动惯量大、驱动器的布置位置发生干涉等问题，不适合水下使用。因此有必要提供一种新的串并混联机器人腿部构型、步行机器人及其运动方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种运动空间大、转动惯量小、腿部机构灵活运动、不发生干涉，并且能够实现机器人的前进、转弯、避障等基本功能，适合水下工作的串并混联机器人腿部构型、步行机器人及其运动方法。
为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：
一种串并混联机器人腿部构型，包括静平台、动平台和设置于所述静平台与动平台之间的串并混联机构，其中：
所述动平台包括腿部和足部，所述腿部与足部之间采用第一转动副连接，所述第一转动副上设置有第一转动驱动器，所述第一转动副的轴线与所述静平台所在的平面平行；
所述串并混联机构包括主动驱动支链和两个相对于所述主动驱动支链对称布置且位于所述主动驱动支链下方的从动驱动支链；
所述主动驱动支链包括第二转动驱动器、第一连杆和第二连杆，所述第二转动驱动器竖直设置于所述静平台的一端，所述第一连杆的一端通过第二转动副连接在所述第二转动驱动器上，所述第一连杆的另一端通过第三转动副连接在所述第二连杆的一端，所述第二连杆的另一端通过第四转动副连接在所述腿部上，所述第二转动副和第三转动副上分别设置有第三转动驱动器和第四转动驱动器；
所述从动驱动支链包括U副、第三连杆和第四连杆，所述第三连杆的一端通过所述U副连接在所述静平台上，所述第三连杆的另一端通过第五转动副连接在所述第四连杆的一端，所述第四连杆的另一端通过第六转动副连接在所述腿部上。
进一步的，所述第二转动副、第三转动副和第四转动副的轴线相互平行且与所述第二转动驱动器的旋转轴线垂直，所述第五转动副和第六转动副的轴线均与所述第二转动驱动器的旋转轴线平行。
进一步的，所述静平台包括相互平行设置的上底盘和下底盘，所述上底盘和下底盘之间设置有壳体，所述第二转动驱动器设置于所述上底盘和下底盘之间并位于所述上底盘和下底盘的一端。
进一步的，所述腿部包括椭圆形平台和设置于所述椭圆形平台下端面的第一支腿，所述第四转动副和第六转动副设置于所述椭圆形平台上，所述足部包括采用所述第一转动驱动器与第一支腿连接的第二支腿和设置于所述第二支腿下端的船型平台。
进一步的，所述第一转动驱动器、第二转动驱动器、第三转动驱动器和第四转动驱动器均采用伺服电机。
一种步行机器人，包括四个上述任一所述的串并混联机器人腿部构型，所述四个串并混联机器人腿部构型依次为第一机器人腿部构型、第二机器人腿部构型、第三机器人腿部构型和第四机器人腿部构型且均匀设置在所述静平台的四周，形成四足步行机器人。
上述步行机器人的直行方法，包括：
步骤1：所述第一机器人腿部构型和第三机器人腿部构型的抬起：
所述第二机器人腿部构型和第四机器人腿部构型的足部为支撑点，保持原位置不动，所述第一机器人腿部构型和第三机器人腿部构型的主动驱动支链分别驱动第一机器人腿部构型的串并混联机构和第三机器人腿部构型的串并混联机构向上转动一定的角度，由此带动所述第一机器人腿部构型的动平台和所述第三机器人腿部构型的动平台上升一定的高度，完成所述第一机器人腿部构型和第三机器人腿部构型的抬起运动，其中，所述第三转动驱动器驱动第一连杆绕所述第二转动副向上转动一定的角度，第四转动驱动器驱动第二连杆绕所述第三转动副向上转动一定的角度；
步骤2：所述第一机器人腿部构型和第三机器人腿部构型的转动：
所述第一机器人腿部构型的第二转动驱动器驱动主动驱动支链绕所述第二转动驱动器的轴线逆时针转动一定的角度，同时第三机器人腿部构型的第二转动驱动器驱动主动驱动支链绕所述第二转动器的轴线顺时针转动一定的角度，由此完成所述第一机器人腿部构型和第三机器人腿部构型的整体转动；
步骤3：所述第一机器人腿部构型和第三机器人腿部构型的落下：
所述第一机器人腿部构型和第三机器人腿部构型的主动驱动支链分别驱动第一机器人腿部构型的串并混联机构和第三机器人腿部构型的串并混联机构向下转动一定的角度，由此带动所述第一机器人腿部构型的动平台和所述第三机器人腿部构型的动平台下降一定的高度，完成所述第一机器人腿部构型和第三机器人腿部构型的落地运动，其中，所述第三转动驱动器驱动第一连杆绕所述第二转动副向下转动一定的角度，第四转动驱动器驱动第二连杆绕所述第三转动副向下转动一定的角度；
步骤4：所述第二机器人腿部构型和第四机器人腿部构型的抬起：
所述第一机器人腿部构型和第三机器人腿部机器人构型的足部为支撑点，保持原位置不动，所述第二机器人腿部构型和第四机器人腿部构型的主动驱动支链分别驱动第二机器人腿部构型的串并混联机构和第四机器人腿部构型的串并混联机构向上转动一定的角度，由此带动所述第二机器人腿部构型的动平台和所述第四机器人腿部构型的动平台上升一定的高度，完成所述第二机器人腿部构型和第四机器人腿部构型的抬起运动，其中，所述第三转动驱动器驱动第一连杆绕所述第二转动副向上转动一定的角度，第四转动驱动器驱动第二连杆绕所述第三转动副向上转动一定的角度；
步骤5：所述第二机器人腿部构型和第四机器人腿部构型的转动：
所述第二机器人腿部构型的第二转动驱动器驱动主动驱动支链绕所述第二转动驱动器的轴线顺时针转动一定的角度，同时第四机器人腿部构型的第二转动驱动器驱动主动驱动支链绕所述第二转动器的轴线逆时针转动一定的角度，由此完成所述第二机器人腿部构型和第四机器人腿部构型的整体转动；
步骤6：所述第二机器人腿部构型和第四机器人腿部构型的落下：
所述第二机器人腿部构型和第四机器人腿部构型的主动驱动支链分别驱动第二机器人腿部构型的串并混联机构和第四机器人腿部构型的串并混联机构向下转动一定的角度，由此带动所述第二机器人腿部构型的动平台和所述第四机器人腿部构型的动平台下降一定的高度，完成所述第二机器人腿部构型和第四机器人腿部构型的落地运动，其中，所述第三转动驱动器驱动第一连杆绕所述第二转动副向下转动一定的角度，第四转动驱动器驱动第二连杆绕所述第三转动副向下转动一定的角度，从而完成所述步行机器人整体的直行动作；
步骤7：转至所述步骤1，准备执行下一个直行动作。
上述步行机器人的转弯方法，包括：
步骤1：所述第一机器人腿部构型和第三机器人腿部构型的抬起：
所述第二机器人腿部构型和第四机器人腿部构型的足部为支撑点，保持原位置不动，所述第一机器人腿部构型和第三机器人腿部构型的主动驱动支链分别驱动第一机器人腿部构型的串并混联机构和第三机器人腿部构型的串并混联机构向上转动一定的角度，由此带动所述第一机器人腿部构型的动平台和所述第三机器人腿部构型的动平台上升一定的高度，完成所述第一机器人腿部构型和第三机器人腿部构型的抬起运动，其中，所述第三转动驱动器驱动第一连杆绕所述第二转动副向上转动一定的角度，第四转动驱动器驱动第二连杆绕所述第三转动副向上转动一定的角度；
步骤2：所述第一机器人腿部构型或第三机器人腿部构型的转动：
当所述步行机器人左转弯时，所述第三机器人腿部构型保持不动，所述第一机器人腿部构型的第二转动驱动器驱动主动驱动支链绕所述第二转动驱动器的轴线逆时针转动一定的角度；
当所述步行机器人右转弯时，所述第一机器人腿部构型保持不动，所述第三机器人腿部构型的第二转动驱动器驱动主动驱动支链绕所述第二转动驱动器的轴线顺时针转动一定的角度。
步骤3：所述第一机器人腿部构型和第三机器人腿部构型的落下：
所述第一机器人腿部构型和第三机器人腿部构型的主动驱动支链分别驱动第一机器人腿部构型的串并混联机构和第三机器人腿部构型的串并混联机构向下转动一定的角度，由此带动所述第一机器人腿部构型的动平台和所述第三机器人腿部构型的动平台下降一定的高度，完成所述第一机器人腿部构型和第三机器人腿部构型的落地运动，其中，所述第三转动驱动器驱动第一连杆绕所述第二转动副向下转动一定的角度，第四转动驱动器驱动第二连杆绕所述第三转动副向下转动一定的角度；
步骤4：所述第二机器人腿部构型和第四机器人腿部构型的抬起：
所述第一机器人腿部构型和第三机器人腿部机器人构型的足部为支撑点，保持原位置不动，所述第二机器人腿部构型和第四机器人腿部构型的主动驱动支链分别驱动第二机器人腿部构型的串并混联机构和第四机器人腿部构型的串并混联机构向上转动一定的角度，由此带动所述第二机器人腿部构型的动平台和所述第四机器人腿部构型的动平台上升一定的高度，完成所述第二机器人腿部构型和第四机器人腿部构型的抬起运动，其中，所述第三转动驱动器驱动第一连杆绕所述第二转动副向上转动一定的角度，第四转动驱动器驱动第二连杆绕所述第三转动副向上转动一定的角度；
步骤5：所述第二机器人腿部构型或第四机器人腿部构型的转动：
当所述步行机器人左转弯时，所述第四机器人腿部构型保持不动，所述第二机器人腿部构型的第二转动驱动器驱动主动驱动支链绕所述第二转动驱动器的轴线逆时针转动一定的角度；
当所述步行机器人右转弯时，所述第二机器人腿部构型保持不动，所述第四机器人腿部构型的第二转动驱动器驱动主动驱动支链绕所述第二转动驱动器的轴线逆时针转动一定的角度；
步骤6：所述第二机器人腿部构型和第四机器人腿部构型的落下：
所述第二机器人腿部构型和第四机器人腿部构型的主动驱动支链分别驱动第二机器人腿部构型的串并混联机构和第四机器人腿部构型的串并混联机构向下转动一定的角度，由此带动所述第二机器人腿部构型的动平台和所述第四机器人腿部构型的动平台下降一定的高度，完成所述第二机器人腿部构型和第四机器人腿部构型的落地运动，其中，所述第三转动驱动器驱动第一连杆绕所述第二转动副向下转动一定的角度，第四转动驱动器驱动第二连杆绕所述第三转动副向下转动一定的角度。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明的串并混联机器人腿部构型通过采用主动驱动支链和两个从动驱动支链并联，并且主动驱动支链和从动驱动支链仅仅采用转动副、U副和连杆的结构即可完成机器人腿部构型的伸长与缩短，机器人腿部构型通过四个转动驱动器实现机器人腿部构型在X、Y、Z三个方向的转动自由度和Z方向的移动自由度共四个自由度，能够完全达到腿部机构灵活运动的功能，运动控制简单，可以实现步行机器人的直行、转弯和避障等功能。
2、本发明的串并混联机器人腿部构型中，主动驱动支链与两个从动驱动支链之间在空间范围内形成三角形结构，布局合理，由此增加了机器人腿部构型的稳定性，并且各支链之间不发生干涉。
3、本发明的步行机器人中，四个串并混联机器人腿部构型均匀布置在静平台的四周，并且四个第二转动驱动器均匀地竖直设置在静平台的四周，使得单个串并混联机器人腿部构型的绕Z轴的转动角度最大可达到90°，增加了步行机器人整体的运动空间和转动角度，有效实现步行机器人的直行、转弯和避障等功能。
4、本发明的步行机器人的腿部驱动器集中设置在主动驱动支链上，有利于步行机器人主体部分的防护，能够提高步行机器人水下作业的可靠性。
综上，与现有技术相比，本发明的串并混联机器人腿部构型、步行机器人及其运动方法，结构简单、运动灵活、控制方便简单，能够适应水下地形复杂、环境恶劣的作业条件，步行机器人可以实现较为灵活的移动、转弯和避障等基本功能。
附图说明
图1为本发明的串并混联机器人腿部构型的结构示意图；
图2为本发明的串并混联机器人腿部构型中足部抬起的结构示意图；
图3为本发明的串并混联机器人腿部构型的串并混联机构的结构示意图；
图4为本发明的步行机器人的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
一方面，本发明提供一种串并混联机器人腿部构型，如图1-4所示，包括静平台1、动平台3和设置于静平台1与动平台3之间的串并混联机构2，其中：
动平台3包括腿部3-1和足部3-4，腿部3-1与足部3-4之间采用第一转动副3-2连接，第一转动副3-2上设置有第一转动驱动器3-3，第一转动副3-2的轴线与静平台1所在的平面平行；
串并混联机构2包括主动驱动支链2-1和两个相对于主动驱动支链2-1对称布置且位于主动驱动支链2-1下方的从动驱动支链2-2、2-3；
主动驱动支链2-1包括第二转动驱动器2-1-1、第一连杆2-1-4和第二连杆2-1-7，第二转动驱动器2-1-1竖直设置于静平台1的一端，第一连杆2-1-4的一端通过第二转动副2-1-2连接在第二转动驱动器2-1-1上，第一连杆2-1-4的另一端通过第三转动副2-1-5连接在第二连杆2-1-7的一端，第二连杆2-1-7的另一端通过第四转动副2-1-8连接在腿部3-1上，第二转动副2-1-2和第三转动副2-1-5上分别设置有第三转动驱动器2-1-3和第四转动驱动器2-1-6；
从动驱动支链2-2和2-3均包括U副2-2-1、第三连杆2-2-2和第四连杆2-2-4，第三连杆2-2-2的一端通过U副2-2-1连接在静平台1上，第三连杆2-2-2的另一端通过第五转动副2-2-3连接在第四连杆2-2-4的一端，第四连杆2-2-4的另一端通过第六转动副2-2-5连接在腿部3-1上。
进一步的，第二转动副2-1-2、第三转动副2-1-5和第四转动副2-1-8的轴线相互平行且与第二转动驱动器2-1-1的旋转轴线垂直，第五转动副2-2-3和第六转动副2-2-5的轴线均与第二转动驱动器2-1-1的旋转轴线平行。
本发明的串并混联机器人腿部构型采用主动驱动支链2-1和两个从动驱动支链2-2、2-3并联在静平台1与动平台3之间，主动驱动支链2-1和从动驱动支链2-2、2-3分别采用转动副、U副和连杆串联连接方式构成串并混联机构2，主动驱动支链2-1和从动驱动支链2-2、2-3在空间范围内形成三角形结构，布局合理，并且只采用转动副、U副和连杆的连接方式即可完成机器人腿部构型的伸长与缩短，机器人腿部构型通过四个转动驱动器实现机器人腿部构型在X、Y、Z三个方向的转动自由度和Z方向的移动自由度共四个自由度，能够完全达到腿部机构灵活运动的功能，运动控制简单，可以实现步行机器人的直行、转弯和避障等功能。
其中，第一转动驱动器3-3能够驱动足部3-4相对腿部3-1抬起和落下，以避开较大的障碍物；第二转动驱动器2-2-1驱动串并混联机构2和动平台3绕第二转动驱动器2-2-1的轴线转动，以实现机器人腿部构型的直行和转弯；第三转动驱动器2-1-3和第四转动驱动器2-1-6能够驱动串并混联机构2和动平台3的抬起和落下，以实现机器人腿部构型的抬起和落下。
本发明的串并混联机器人腿部构型中，主动驱动支链与两个从动驱动支链之间在空间范围内形成三角形结构，布局合理，由此增加了机器人腿部构型的稳定性，并且各支链之间不发生干涉。
本发明的串并混联机器人腿部构的驱动器集中设置在主动驱动支链上，有利于步行机器人主体部分的防护，能够提高步行机器人水下作业的可靠性。
综上，与现有技术相比，本发明的串并混联机器人腿部构型，结构简单、运动灵活、控制方便简单，能够适应水下地形复杂、环境恶劣的作业条件，使得步行机器人可以实现较为灵活的移动、转弯和避障等基本功能。
进一步的，静平台1优选包括相互平行设置的上底盘1-1和下底盘1-3，上底盘1-1和下底盘1-3之间设置有壳体1-2，第二转动驱动器2-1-1设置于上底盘1-1和下底盘1-3之间并位于上底盘1-1和下底盘1-2的一端。上底盘1-1和下底盘1-3之间既可以保护步行机器人的控制系统舌部又可以设置壳体1-2以装载各种侦测、维修和抢险等具备复杂功能的拓展设备，便于步行机器人在水下的各种活动的实施与展开。并且这种结构还可以给机器人腿部构型的运动留出一定的转动空间，增大了机器人腿部构型的左右转动角度，第二转动驱动器2-1-1驱动机器人腿部构型绕Z轴转动的角度可以达到90°。
本发明中，由于第四转动副2-1-8和第六转动副2-2-5连接在腿部3-1上，并且腿部3-1在串并混联机构2的驱动下移动时，腿部3-1的上表面需要一直与地面保持水平。因此，在保证腿部3-1在串并混联机构2的带动下的运动空间尽可能大的前提下尽量减少材料的使用，腿部3-1优选采用椭圆形平台和支腿相结合的结构方式，具体的，腿部3-1可以包括椭圆形平台3-1-1和设置于椭圆形平台3-1-1下端面的第一支腿3-1-2，第四转动副2-1-8和第六转动副2-2-5设置于椭圆形平台3-1-1上。
此外，机器人腿部构型在落地时，为了减小足部3-4受到的冲击，以便于平稳地落地，足部3-4优选包括采用第一转动驱动器3-3与第一支腿3-1-2连接的第二支腿3-4-1和设置于第二支腿3-4-1下端的船型平台3-4-2。足部3-4采用第二支腿3-4-1和船型平台3-4-2相结合的结构方式，当机器人腿部构型在相对平坦的地面上行走时，船型平台3-4-2的矩形摩擦面可以提供摩擦力以供步行机器人行走；当机器人腿部构型爬坡或越过小型障碍物时，第一转动驱动器3-3驱动足部3-4转动一定的角度，使第二支腿3-4-1和船型平台3-4-2形成的矩形沟槽落地时紧贴在斜坡面或小型障碍物上，在防止机器人腿部构型滑倒的同时可以减缓冲击，使得足部3-4平稳落地。
进一步的，第一转动驱动器3-3、第二转动驱动器2-1-1、第三转动驱动器2-1-3和第四转动驱动器2-1-6均优选采用伺服电机。
另一方面，本发明提供一种步行机器人，包括四个上述任一的串并混联机器人腿部构型，四个串并混联机器人腿部构型依次为第一机器人腿部构型10、第二机器人腿部构型20、第三机器人腿部构型30和第四机器人腿部构型40且均匀设置在静平台1的四周，形成四足步行机器人。
本发明的步行机器人中，第一机器人腿部构型10、第二机器人腿部构型20、第三机器人腿部构型30和第四机器人腿部构型40均匀布置在静平台1的四周，并且四个第二转动驱动器均匀地竖直设置在静平台1的四周，使得单个串并混联机器人腿部构型的绕Z轴的转动角度最大可达到90°，增加了步行机器人整体的运动空间和转动角度，有效实现步行机器人的直行、转弯和避障等功能。
本发明的步行机器人的驱动器集中设置在主动驱动支链上，有利于步行机器人主体部分的防护，能够提高步行机器人水下作业的可靠性。
此外，为了使步行机器人更好的适应水下环境，步行机器人应优选采用防水材料制成，如防水用亚克力板、铝材等材料。
再一方面，本发明还提供了上述步行机器人的运动方法，包括直行方法、转弯方法和避障方法，其中，上述步行机器人的直行方法优选采用对角步态形式进行直行运动，包括：
步骤1：第一机器人腿部构型10和第三机器人腿部构型30的抬起：
第二机器人腿部构型20和第四机器人腿部构型40的足部为支撑点，保持原位置不动，第一机器人腿部构型10和第三机器人腿部构型30的主动驱动支链分别驱动第一机器人腿部构型10的串并混联机构和第三机器人腿部构型30的串并混联机构向上转动一定的角度，由此带动第一机器人腿部构型10的动平台和第三机器人腿部构型30的动平台上升一定的高度，完成第一机器人腿部构型10和第三机器人腿部构型30的抬起运动，其中，第三转动驱动器2-1-3驱动第一连杆2-1-4绕第二转动副2-1-2向上转动一定的角度，第四转动驱动器2-1-6驱动第二连杆2-1-7绕第三转动副2-1-5向上转动一定的角度；
步骤2：第一机器人腿部构型10和第三机器人腿部构型30的转动：
第一机器人腿部构型10的第二转动驱动器2-1-1驱动主动驱动支链2-1绕第二转动驱动器2-1-3的轴线逆时针转动一定的角度，同时第三机器人腿部构型30的第二转动驱动器驱动主动驱动支链绕第二转动器的轴线顺时针转动一定的角度，由此完成第一机器人腿部构型10和第三机器人腿部构型30的整体转动；
步骤3：第一机器人腿部构型10和第三机器人腿部构型30的落下：
第一机器人腿部构型10和第三机器人腿部构型30的主动驱动支链分别驱动第一机器人腿部构型10的串并混联机构和第三机器人腿部构30型的串并混联机构向下转动一定的角度，由此带动第一机器人腿部构型10的动平台和第三机器人腿部构型30的动平台下降一定的高度，完成第一机器人腿部构型10和第三机器人腿部构型30的落地运动，其中，第三转动驱动器驱动第一连杆绕第二转动副向下转动一定的角度，第四转动驱动器驱动第二连杆绕第三转动副向下转动一定的角度；
步骤4：第二机器人腿部构型20和第四机器人腿部构型40的抬起：
第一机器人腿部构型10和第三机器人腿部机器人构型30的足部为支撑点，保持原位置不动，第二机器人腿部构型20和第四机器人腿部构型40的主动驱动支链分别驱动第二机器人腿部构型20的串并混联机构和第四机器人腿部构型40的串并混联机构向上转动一定的角度，由此带动第二机器人腿部构型20的动平台和第四机器人腿部构型40的动平台上升一定的高度，完成第二机器人腿部构型20和第四机器人腿部构型40的抬起运动，其中，第三转动驱动器驱动第一连杆绕第二转动副向上转动一定的角度，第四转动驱动器驱动第二连杆绕第三转动副向上转动一定的角度；
步骤5：第二机器人腿部构型20和第四机器人腿部构型40的转动：
第二机器人腿部构型20的第二转动驱动器驱动主动驱动支链绕第二转动驱动器的轴线顺时针转动一定的角度，同时第四机器人腿部构型40的第二转动驱动器驱动主动驱动支链绕第二转动器的轴线逆时针转动一定的角度，由此完成第二机器人腿部构型20和第四机器人腿部构型40的整体转动；
步骤6：第二机器人腿部构型20和第四机器人腿部构型40的落下：
第二机器人腿部构型20和第四机器人腿部构型40的主动驱动支链分别驱动第二机器人腿部构型20的串并混联机构和第四机器人腿部构型40的串并混联机构向下转动一定的角度，由此带动第二机器人腿部构型20的动平台和第四机器人腿部构型40的动平台下降一定的高度，完成第二机器人腿部构型20和第四机器人腿部构型40的落地运动，其中，第三转动驱动器驱动第一连杆绕第二转动副向下转动一定的角度，第四转动驱动器驱动第二连杆绕第三转动副向下转动一定的角度，从而完成步行机器人整体的直行动作；
步骤7：转至步骤1，准备执行下一个直行动作。
上述步行机器人的转弯方法可以包括：
步骤1：第一机器人腿部构型10和第三机器人腿部构型30的抬起：
第二机器人腿部构型20和第四机器人腿部构型40的足部为支撑点，保持原位置不动，第一机器人腿部构型10和第三机器人腿部构型30的主动驱动支链分别驱动第一机器人腿部构型10的串并混联机构和第三机器人腿部构型30的串并混联机构向上转动一定的角度，由此带动第一机器人腿部构型10的动平台和第三机器人腿部构型30的动平台上升一定的高度，完成第一机器人腿部构型10和第三机器人腿部构型30的抬起运动，其中，第三转动驱动器驱动第一连杆绕第二转动副向上转动一定的角度，第四转动驱动器驱动第二连杆绕第三转动副向上转动一定的角度；
步骤2：第一机器人腿部构型10或第三机器人腿部构型30的转动：
当步行机器人左转弯时，第三机器人腿部构型30保持不动，第一机器人腿部构型10的第二转动驱动器驱动主动驱动支链绕第二转动驱动器的轴线逆时针转动一定的角度；
当步行机器人右转弯时，第一机器人腿部构型10保持不动，第三机器人腿部构型30的第二转动驱动器驱动主动驱动支链绕第二转动驱动器的轴线顺时针转动一定的角度。
步骤3：第一机器人腿部构型10和第三机器人腿部构型30的落下：
第一机器人腿部构型10和第三机器人腿部构型30的主动驱动支链分别驱动第一机器人腿部构型10的串并混联机构和第三机器人腿部构型30的串并混联机构向下转动一定的角度，由此带动第一机器人腿部构型10的动平台和第三机器人腿部构型30的动平台下降一定的高度，完成第一机器人腿部构型10和第三机器人腿部构型30的落地运动，其中，第三转动驱动器驱动第一连杆绕第二转动副向下转动一定的角度，第四转动驱动器驱动第二连杆绕第三转动副向下转动一定的角度；
步骤4：第二机器人腿部构型20和第四机器人腿部构型40的抬起：
第一机器人腿部构型10和第三机器人腿部机器人构型30的足部为支撑点，保持原位置不动，第二机器人腿部构型20和第四机器人腿部构型40的主动驱动支链分别驱动第二机器人腿部构型20的串并混联机构和第四机器人腿部构型40的串并混联机构向上转动一定的角度，由此带动第二机器人腿部构型20的动平台和第四机器人腿部构型40的动平台上升一定的高度，完成第二机器人腿部构型20和第四机器人腿部构型40的抬起运动，其中，第三转动驱动器驱动第一连杆绕第二转动副向上转动一定的角度，第四转动驱动器驱动第二连杆绕第三转动副向上转动一定的角度；
步骤5：第二机器人腿部构型20或第四机器人腿部构型40的转动：
当步行机器人左转弯时，第四机器人腿部构型40保持不动，第二机器人腿部构型20的第二转动驱动器驱动主动驱动支链绕第二转动驱动器的轴线逆时针转动一定的角度；
当步行机器人右转弯时，第二机器人腿部构型20保持不动，第四机器人腿部构型40的第二转动驱动器驱动主动驱动支链绕第二转动驱动器的轴线逆时针转动一定的角度；
步骤6：第二机器人腿部构型20和第四机器人腿部构型40的落下：
第二机器人腿部构型20和第四机器人腿部构型40的主动驱动支链分别驱动第二机器人腿部构型20的串并混联机构和第四机器人腿部构型40的串并混联机构向下转动一定的角度，由此带动第二机器人腿部构型20的动平台和第四机器人腿部构型40的动平台下降一定的高度，完成第二机器人腿部构型20和第四机器人腿部构型40的落地运动，其中，第三转动驱动器驱动第一连杆绕第二转动副向下转动一定的角度，第四转动驱动器驱动第二连杆绕第三转动副向下转动一定的角度。
上述步行机器人在直行和转弯时过程中，若遇到较小的障碍物时，可以直接通过机器人腿部构型的抬起运动进行避障，而当遇到较大的障碍物使得抬腿运动无法避开时，可以控制第一转动驱动器3-3驱动足部3-4绕第一转动副3-2转动相应的角度，以达到越过障碍物的效果。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种步行机器人的直行方法，其特征在于，
所述步行机器人包括四个串并混联机器人腿部构型，所述串并混联机器人腿部构型包括静平台、动平台和设置于所述静平台与动平台之间的串并混联机构，四个串并混联机器人腿部构型依次为第一机器人腿部构型、第二机器人腿部构型、第三机器人腿部构型和第四机器人腿部构型且均匀设置在所述静平台的四周，形成四足步行机器人；
所述动平台包括腿部和足部，所述腿部与足部之间采用第一转动副连接，所述第一转动副上设置有第一转动驱动器，所述第一转动副的轴线与所述静平台所在的平面平行；
所述串并混联机构包括主动驱动支链和两个相对于所述主动驱动支链对称布置且位于所述主动驱动支链下方的从动驱动支链；
所述主动驱动支链包括第二转动驱动器、第一连杆和第二连杆，所述第二转动驱动器竖直设置于所述静平台的一端，所述第一连杆的一端通过第二转动副连接在所述第二转动驱动器上，所述第一连杆的另一端通过第三转动副连接在所述第二连杆的一端，所述第二连杆的另一端通过第四转动副连接在所述腿部上，所述第二转动副和第三转动副上分别设置有第三转动驱动器和第四转动驱动器；
所述从动驱动支链包括U副、第三连杆和第四连杆，所述第三连杆的一端通过所述U副连接在所述静平台上，所述第三连杆的另一端通过第五转动副连接在所述第四连杆的一端，所述第四连杆的另一端通过第六转动副连接在所述腿部上；
所述直行方法包括：
步骤1：所述第一机器人腿部构型和第三机器人腿部构型的抬起：
所述第二机器人腿部构型和第四机器人腿部构型的足部为支撑点，保持原位置不动，所述第一机器人腿部构型和第三机器人腿部构型的主动驱动支链分别驱动第一机器人腿部构型的串并混联机构和第三机器人腿部构型的串并混联机构向上转动一定的角度，由此带动所述第一机器人腿部构型的动平台和所述第三机器人腿部构型的动平台上升一定的高度，完成所述第一机器人腿部构型和第三机器人腿部构型的抬起运动，其中，所述第三转动驱动器驱动第一连杆绕所述第二转动副向上转动一定的角度，第四转动驱动器驱动第二连杆绕所述第三转动副向上转动一定的角度；
步骤2：所述第一机器人腿部构型和第三机器人腿部构型的转动：
所述第一机器人腿部构型的第二转动驱动器驱动主动驱动支链绕所述第二转动驱动器的轴线逆时针转动一定的角度，同时第三机器人腿部构型的第二转动驱动器驱动主动驱动支链绕所述第二转动器的轴线顺时针转动一定的角度，由此完成所述第一机器人腿部构型和第三机器人腿部构型的整体转动；
步骤3：所述第一机器人腿部构型和第三机器人腿部构型的落下：
所述第一机器人腿部构型和第三机器人腿部构型的主动驱动支链分别驱动第一机器人腿部构型的串并混联机构和第三机器人腿部构型的串并混联机构向下转动一定的角度，由此带动所述第一机器人腿部构型的动平台和所述第三机器人腿部构型的动平台下降一定的高度，完成所述第一机器人腿部构型和第三机器人腿部构型的落地运动，其中，所述第三转动驱动器驱动第一连杆绕所述第二转动副向下转动一定的角度，第四转动驱动器驱动第二连杆绕所述第三转动副向下转动一定的角度；
步骤4：所述第二机器人腿部构型和第四机器人腿部构型的抬起：
所述第一机器人腿部构型和第三机器人腿部机器人构型的足部为支撑点，保持原位置不动，所述第二机器人腿部构型和第四机器人腿部构型的主动驱动支链分别驱动第二机器人腿部构型的串并混联机构和第四机器人腿部构型的串并混联机构向上转动一定的角度，由此带动所述第二机器人腿部构型的动平台和所述第四机器人腿部构型的动平台上升一定的高度，完成所述第二机器人腿部构型和第四机器人腿部构型的抬起运动，其中，所述第三转动驱动器驱动第一连杆绕所述第二转动副向上转动一定的角度，第四转动驱动器驱动第二连杆绕所述第三转动副向上转动一定的角度；
步骤5：所述第二机器人腿部构型和第四机器人腿部构型的转动：
所述第二机器人腿部构型的第二转动驱动器驱动主动驱动支链绕所述第二转动驱动器的轴线顺时针转动一定的角度，同时第四机器人腿部构型的第二转动驱动器驱动主动驱动支链绕所述第二转动器的轴线逆时针转动一定的角度，由此完成所述第二机器人腿部构型和第四机器人腿部构型的整体转动；
步骤6：所述第二机器人腿部构型和第四机器人腿部构型的落下：
所述第二机器人腿部构型和第四机器人腿部构型的主动驱动支链分别驱动第二机器人腿部构型的串并混联机构和第四机器人腿部构型的串并混联机构向下转动一定的角度，由此带动所述第二机器人腿部构型的动平台和所述第四机器人腿部构型的动平台下降一定的高度，完成所述第二机器人腿部构型和第四机器人腿部构型的落地运动，其中，所述第三转动驱动器驱动第一连杆绕所述第二转动副向下转动一定的角度，第四转动驱动器驱动第二连杆绕所述第三转动副向下转动一定的角度，从而完成所述步行机器人整体的直行动作；
步骤7：转至所述步骤1，准备执行下一个直行动作。
2.一种步行机器人的转弯方法，其特征在于，
所述步行机器人包括四个串并混联机器人腿部构型，所述串并混联机器人腿部构型包括静平台、动平台和设置于所述静平台与动平台之间的串并混联机构，四个串并混联机器人腿部构型依次为第一机器人腿部构型、第二机器人腿部构型、第三机器人腿部构型和第四机器人腿部构型且均匀设置在所述静平台的四周，形成四足步行机器人；
所述动平台包括腿部和足部，所述腿部与足部之间采用第一转动副连接，所述第一转动副上设置有第一转动驱动器，所述第一转动副的轴线与所述静平台所在的平面平行；
所述串并混联机构包括主动驱动支链和两个相对于所述主动驱动支链对称布置且位于所述主动驱动支链下方的从动驱动支链；
所述主动驱动支链包括第二转动驱动器、第一连杆和第二连杆，所述第二转动驱动器竖直设置于所述静平台的一端，所述第一连杆的一端通过第二转动副连接在所述第二转动驱动器上，所述第一连杆的另一端通过第三转动副连接在所述第二连杆的一端，所述第二连杆的另一端通过第四转动副连接在所述腿部上，所述第二转动副和第三转动副上分别设置有第三转动驱动器和第四转动驱动器；
所述从动驱动支链包括U副、第三连杆和第四连杆，所述第三连杆的一端通过所述U副连接在所述静平台上，所述第三连杆的另一端通过第五转动副连接在所述第四连杆的一端，所述第四连杆的另一端通过第六转动副连接在所述腿部上；
所述转弯方法包括：
步骤1：所述第一机器人腿部构型和第三机器人腿部构型的抬起：
所述第二机器人腿部构型和第四机器人腿部构型的足部为支撑点，保持原位置不动，所述第一机器人腿部构型和第三机器人腿部构型的主动驱动支链分别驱动第一机器人腿部构型的串并混联机构和第三机器人腿部构型的串并混联机构向上转动一定的角度，由此带动所述第一机器人腿部构型的动平台和所述第三机器人腿部构型的动平台上升一定的高度，完成所述第一机器人腿部构型和第三机器人腿部构型的抬起运动，其中，所述第三转动驱动器驱动第一连杆绕所述第二转动副向上转动一定的角度，第四转动驱动器驱动第二连杆绕所述第三转动副向上转动一定的角度；
步骤2：所述第一机器人腿部构型或第三机器人腿部构型的转动：
当所述步行机器人左转弯时，所述第三机器人腿部构型保持不动，所述第一机器人腿部构型的第二转动驱动器驱动主动驱动支链绕所述第二转动驱动器的轴线逆时针转动一定的角度；
当所述步行机器人右转弯时，所述第一机器人腿部构型保持不动，所述第三机器人腿部构型的第二转动驱动器驱动主动驱动支链绕所述第二转动驱动器的轴线顺时针转动一定的角度；
步骤3：所述第一机器人腿部构型和第三机器人腿部构型的落下：
所述第一机器人腿部构型和第三机器人腿部构型的主动驱动支链分别驱动第一机器人腿部构型的串并混联机构和第三机器人腿部构型的串并混联机构向下转动一定的角度，由此带动所述第一机器人腿部构型的动平台和所述第三机器人腿部构型的动平台下降一定的高度，完成所述第一机器人腿部构型和第三机器人腿部构型的落地运动，其中，所述第三转动驱动器驱动第一连杆绕所述第二转动副向下转动一定的角度，第四转动驱动器驱动第二连杆绕所述第三转动副向下转动一定的角度；
步骤4：所述第二机器人腿部构型和第四机器人腿部构型的抬起：
所述第一机器人腿部构型和第三机器人腿部机器人构型的足部为支撑点，保持原位置不动，所述第二机器人腿部构型和第四机器人腿部构型的主动驱动支链分别驱动第二机器人腿部构型的串并混联机构和第四机器人腿部构型的串并混联机构向上转动一定的角度，由此带动所述第二机器人腿部构型的动平台和所述第四机器人腿部构型的动平台上升一定的高度，完成所述第二机器人腿部构型和第四机器人腿部构型的抬起运动，其中，所述第三转动驱动器驱动第一连杆绕所述第二转动副向上转动一定的角度，第四转动驱动器驱动第二连杆绕所述第三转动副向上转动一定的角度；
步骤5：所述第二机器人腿部构型或第四机器人腿部构型的转动：
当所述步行机器人左转弯时，所述第四机器人腿部构型保持不动，所述第二机器人腿部构型的第二转动驱动器驱动主动驱动支链绕所述第二转动驱动器的轴线逆时针转动一定的角度；
当所述步行机器人右转弯时，所述第二机器人腿部构型保持不动，所述第四机器人腿部构型的第二转动驱动器驱动主动驱动支链绕所述第二转动驱动器的轴线逆时针转动一定的角度；
步骤6：所述第二机器人腿部构型和第四机器人腿部构型的落下：
所述第二机器人腿部构型和第四机器人腿部构型的主动驱动支链分别驱动第二机器人腿部构型的串并混联机构和第四机器人腿部构型的串并混联机构向下转动一定的角度，由此带动所述第二机器人腿部构型的动平台和所述第四机器人腿部构型的动平台下降一定的高度，完成所述第二机器人腿部构型和第四机器人腿部构型的落地运动，其中，所述第三转动驱动器驱动第一连杆绕所述第二转动副向下转动一定的角度，第四转动驱动器驱动第二连杆绕所述第三转动副向下转动一定的角度。
3.一种串并混联机器人腿部构型，应用于权利要求1所述的直行方法或权利要求2所述的转弯方法，其特征在于：所述第二转动副、第三转动副和第四转动副的轴线相互平行且与所述第二转动驱动器的旋转轴线垂直，所述第五转动副和第六转动副的轴线均与所述第二转动驱动器的旋转轴线平行。
4.根据权利要求3所述的串并混联机器人腿部构型，其特征在于，所述静平台包括相互平行设置的上底盘和下底盘，所述上底盘和下底盘之间设置有壳体，所述第二转动驱动器设置于所述上底盘和下底盘之间并位于所述上底盘和下底盘的一端。
5.根据权利要求4所述的串并混联机器人腿部构型，其特征在于，所述腿部包括椭圆形平台和设置于所述椭圆形平台下端面的第一支腿，所述第四转动副和第六转动副设置于所述椭圆形平台上，所述足部包括采用所述第一转动驱动器与第一支腿连接的第二支腿和设置于所述第二支腿下端的船型平台。
6.根据权利要求5所述的串并混联机器人腿部构型，其特征在于，所述第一转动驱动器、第二转动驱动器、第三转动驱动器和第四转动驱动器均采用伺服电机。
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