CN108482508A - 步行机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种步行机器人，包括下平台、中间平台和上平台；所述下平台通过三维平动机构与所述中间平台相连；所述上平台上设置有多个支撑腿，所述上平台与所述中间平台之间通过转动副连接；所述三维平动机构平动过程中，能够使所述下平台和支撑腿交替着地。本发明步行机器人能够实现灵活的转向功能、且具有结构简单、控制简单等优点，可以广泛应用在搬运、载人步行、娱乐等方面。

Description

步行机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种步行机器人。

背景技术

多足机器人自由度多、可变性大、结构复杂，所以控制较为繁琐，但在运动特性方面具有独特的优点，良好的步行灵活性使其具有很强的地面适应能力，而其机构学研究作为多足步行机器人机体设计的理论基础也备受关注。

例如，中国专利申请（CN106697103A），公开了一种基于3-RPC 并联机构的多足步行机器人，通过上下平台的两组腿交替支撑机身和向前移动，只要步长的大小满足使机器人重心始终落在起支撑作用的三条腿所确定的三角形区域内，就能使机器人在平面行走时没有倾覆的危险。此发明用3-RPC并联机构实现上平台的空间平动，但其为了获得足够的运动能力，上平台做的相对较大，易发生侧翻；且无法实现机器人的转向，功能单一。

发明内容

基于现存步行机器人功能单一、无法转向等问题，本发明要解决的技术问题是提供一种能够转向、结构简单的步行机器人。

一种步行机器人，包括下平台、中间平台和上平台；所述下平台通过三维平动机构与所述中间平台相连；所述上平台上设置有多个支撑腿，所述上平台与所述中间平台之间通过转动副连接；所述三维平动机构平动过程中，能够使所述下平台和支撑腿交替着地。

在其中一个实施例中，三维平动机构包括四条支链，所述支链包括摆动杆、伸缩杆、连接摆动杆与伸缩杆的移动副、连接伸缩杆与中间平台的第一虎克铰、以及连接摆动杆与下平台的第二虎克铰。

在其中一个实施例中，所述下平台上的四个第一虎克铰、以及中间平台上的四个第二虎克铰均呈正方形分布。

在其中一个实施例中，所述下平台与所述中间平台均为正方形或十字形。

在其中一个实施例中，所述上平台为圆形平台，所述中间平台与上平台之间通过沿两者中心轴线设置的转轴转动连接。

在其中一个实施例中，所述支撑腿设置有四条，四条支撑腿的着地端呈正方形分布。

在其中一个实施例中，所述下平台的尺寸大于所述中间平台的尺寸；所述中间平台的尺寸大于所述上平台的尺寸。

在其中一个实施例中，所述第一虎克铰的每根转动轴线与第二虎克铰的每根转动轴线分别对应平行；所述第一虎克铰和第二虎克铰各自的两根转动轴线相互垂直。

在其中一个实施例中，所述移动副和所述转动副均为主动驱动副。

在其中一个实施例中，所述支撑腿为弧形杆结构。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：上述步行机器人，通过三维平动机构，实现了上平台与下平台的交替平动；通过转动副，实现了上平台的灵活转向功能，从而实现步行机器人整体的行走；上平台可以放置物体，实现机器人的搬运功能。上述的步行机器人具有结构简单、刚度大、增加转向功能、运动学反解较易实现、控制简单等优点，可以广泛应用在搬运、载人步行、娱乐等方面。

附图说明

图1为本发明步行机器人的结构示意图；

图2为本发明步行机器人的部分结构示意图，图示未示出上平台和支撑腿；

附图标记说明：

下平台100；中间平台200；上平台300；

支链400；摆动杆410；伸缩杆420；第一虎克铰430；第二虎克铰440；

转轴500；

支撑腿600。

具体实施方式

以下将结合说明书附图对本发明的具体实施方案进行详细阐述，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参照图1，本发明的一个实施例中的步行机器人，包括下平台、中间平台和上平台。下平台、中间平台和上平台之间相互平行。下平台通过三维平动机构与中间平台相连，通过三维平动机构，中间平台能够相对下平台，在三维空间平动。上平台上设置有多个支撑腿，上平台与中间平台之间通过转动副连接。三维平动机构平动过程中，能够使下平台和支撑腿交替着地，即当下平台着地时，中间平台带动上平台在三维空间平动；当上平台的支撑腿着地时，下平台在三维空间平动，通过控制三维平动机构，实现上平台与下平台的交替平动。上平台与中间平台之间通过转动副连接，从而可以实现上平台的灵活转向功能，从而实现步行机器人整体的行走。

上述的步行机器人，通过三维平动机构，实现了上平台与下平台的交替平动；通过转动副，实现了上平台的灵活转向功能；上平台可以放置物体，实现机器人的搬运功能。上述的步行机器人具有结构简单、刚度大、增加转向功能、运动学反解较易实现、控制简单等优点，可以广泛应用在搬运、载人步行、娱乐等方面。

具体地，如图2所示，三维平动机构包括四条支链，四条支链均为相同的UPU支链，组成4-UPU并联机构。其中，每条支链包括摆动杆、伸缩杆、连接摆动杆与伸缩杆的移动副（P）、连接伸缩杆与中间平台的第一虎克铰（U）、以及连接摆动杆与下平台的第二虎克铰（U）。其中，移动副为主动驱动副，可以通过液压或电驱动方式实现。具体地，第一虎克铰的每根转动轴线与第二虎克铰的每根转动轴线分别对应平行；第一虎克铰和第二虎克铰各自的两根转动轴线相互垂直。四条UPU支链与上平台与中间平台之间的转动副（R）组成一个4-UPU&R混联机构。其中，转动副也为主动驱动副。

4-UPU并联机构能够能实现中间平台和下平台在空间的三维平动，在很大程度上提高步行机器人的载重、行走效率及精度。在其他的实施例中，三维平动机构并不局限于4-UPU并联机构，能够实现三维空间平动的并联机构及混联机构均可。

具体地，下平台上的四个第一虎克铰、以及中间平台上的四个第二虎克铰均呈正方形分布，进一步能够提高中间平台和下平台三维平动时的稳定性。

优选地，下平台与中间平台均为正方形或十字形。第一虎克铰和第二虎克铰分别设置在正方形的边角处或十字形的四个端部处。

进一步地，下平台的尺寸大于中间平台的尺寸；中间平台的尺寸大于上平台的尺寸。使得步行机器人的主体结构上小下大，保持较低的重心，不易侧翻，即使在大步伐的情况下也不易发生侧翻，稳定性更好。同时，在产生侧翻倾向时，支撑脚还能够起到稳定支撑的作用，防止步行机器人进一步倾斜。

具体地，上平台为圆形平台，中间平台与上平台之间通过沿两者中心轴线设置的转轴转动连接。支撑腿围绕圆形平台均匀分布。支撑腿优选与上平台可拆卸地连接。

在本实施例中，支撑腿的数量优选与支链的数量相同，设置有四条，四条支撑腿均布，其着地端呈正方形分布，增加了支撑点和支撑范围，进一步增强了支撑效果，保证了步行机器人行走的稳定性。上述的步行机器人为四足机器人，可以理解的是，在其他的实施例中，支撑腿的数量并不局限于四条。

进一步地，支撑腿为弧形杆结构，支撑强度大。支撑腿的着地端还可以设置支撑脚（未示出），以增大与地面的接触面积。

下面具体说明步行机器人的工作方法：

直线行走：首先，上平台的支撑腿与地面接触保持不动，通过四条支链使下平台提升、横移，然后下降，待下平台与地面接触后，保持下平台不动，再控制中间平台提升、横移、下降，进而带动上平台提升、横移、下降，直到上平台上的支撑腿与地面接触，如此重复，实现步行机器人的连续直线行走。

转向：首先，上平台的支撑腿与地面接触保持不动，通过四条支链使下平台提升离开地面，通过控制转动副，使中间平台相对上平台转动一定角度，即相对地面转动一定角度，最后控制下平台下降，实现转向。转向功能可以在步行机器人静止时实现，也可以在行走过程中实现。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种步行机器人，其特征在于，包括下平台、中间平台和上平台；所述下平台通过三维平动机构与所述中间平台相连；所述上平台上设置有多个支撑腿，所述上平台与所述中间平台之间通过转动副连接；所述三维平动机构平动过程中，能够使所述下平台和支撑腿交替着地。

2.根据权利要求1所述的步行机器人，其特征在于，三维平动机构包括四条支链，所述支链包括摆动杆、伸缩杆、连接摆动杆与伸缩杆的移动副、连接伸缩杆与中间平台的第一虎克铰、以及连接摆动杆与下平台的第二虎克铰。

3.根据权利要求2所述的步行机器人，其特征在于，所述下平台上的四个第一虎克铰、以及中间平台上的四个第二虎克铰均呈正方形分布。

4.根据权利要求3所述的步行机器人，其特征在于，所述下平台与所述中间平台均为正方形或十字形。

5.根据权利要求4所述的步行机器人，其特征在于，所述上平台为圆形平台，所述中间平台与上平台之间通过沿两者中心轴线设置的转轴转动连接。

6.根据权利要求2所述的步行机器人，其特征在于，所述支撑腿设置有四条，四条支撑腿的着地端呈正方形分布。

7.根据权利要求2所述的步行机器人，其特征在于，所述下平台的尺寸大于所述中间平台的尺寸；所述中间平台的尺寸大于所述上平台的尺寸。

8.根据权利要求2所述的步行机器人，其特征在于，所述第一虎克铰的每根转动轴线与第二虎克铰的每根转动轴线分别对应平行；所述第一虎克铰和第二虎克铰各自的两根转动轴线相互垂直。

9.根据权利要求2所述的步行机器人，其特征在于，所述移动副和所述转动副均为主动驱动副。

10.根据权利要求1所述的步行机器人，其特征在于，所述支撑腿为弧形杆结构。