CN110562346A - 一种新型结构四足液压机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型结构的四足液压机器人，包括机身、腰部连接结构以及腿部结构；机身的两端采用镂空结构的端板，可以有效的减轻机器人的自重；腰部使用万向联轴器，既能够增大机器人的俯仰角度，又可以大大的缩小转弯半径，使机器人的运动更加灵活方便；机器人的四条腿均匀对称分布在机身的四周，每条腿由三组液压缸驱动，分别控制腿的横向摆动，髋关节的转动和膝关节的转动；本发明解决了现有的四足机器人转弯困难、转弯半径过大，增大了机器人俯仰幅度，提高了对不同环境的适应能力，整体结构简单紧凑，加工和装配工艺性良好。
Description
技术领域
本发明涉及四足机器人领域, 尤其涉及一种四足液压机器人，通过仿生结构，使机器人结构简单紧凑，腰部联轴器的应用使机器人运动更加灵活、方便，可以保证机器人安全、可靠的完成给定的任务。
背景技术
四足机器人相比于轮式和履带式机器人对地形的适应性强，相比双足机器人的稳定性更好，又比六足的机器人结构简单，便于控制。在探测排险、军事、航天等领域有广阔的应用前景。
目前，机器人常见的驱动形式主要有电动、气动和液压三种方式，但是电机驱动负载功率小，气动系统的功率-重量比低、控制精度差、相应速度低，相比之下，液压驱动具有体积小、控制精度高、响应速度快、负载能力强等优点。
现有的四足机器人机构，其腰部普遍采用刚性结构，限制机器人的工作空间和灵活程度；部分腰部可俯仰四足机器人腰部采用闭链铰接机构，但只能增加俯仰方向的幅度，仍不便于转弯和横向移动。
发明内容
本发明的目的在于改善现有的四足机器人的结构，提供一种腰部可俯仰、可横摆的机器人，提高了运动的灵活性。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种新型结构的四足液压机器人,其特征在于，包括机身由端板和连杆组成，端板采用镂空结构以减少机器人自身重量，在机身中间使用万向联轴器连接且将机身对称的分为前腰和后腰，四条结构相同的机械腿均匀对称分布在机身的四周。
机器人腰部采用万向联轴器，可以有效的改善四足机器人转弯困难、转弯半径过大等问题，提高了机器人的俯仰幅度，进而增强机器人的灵活性和对环境的适应性，并具有结构简单、仿生效果好等优点。
所述机械腿机器人腿由连杆、大腿、小腿和三组液压缸组成，通过连杆和横摆液压缸将机械腿与机身相连，大腿结构为中空，液压缸嵌入其中，小腿内部为空腔，腔内装有弹簧，与地面接触的足端使用橡胶防滑垫且内部设有压力传感器；三组液压缸分别控制机器人的横摆、髋关节的旋转和膝关节的旋转。
进一步地，机器人共有十六个自由度，每条腿有四个自由度，三组液压缸分别控制机器人的横摆、髋关节的旋转和膝关节的旋转为三个主动自由度，和一个被动自由度。
进一步地，横摆液压缸一端与机身铰接，一端与连杆铰接，控制腿部左右移动，大腿部的液压缸，两端分别与连杆和大腿上部铰接，控制髋关节的旋转，小腿部的液压缸，两端分别与大腿上部和小腿上部铰接，控制膝关节的旋转，且大腿上部与连杆，大腿下部与小腿上部都采用铰接结构。
进一步地，小腿装有弹簧，使得小腿具有缓冲吸震的效果，有效的避免刚性冲击。
进一步地，足底采用橡胶防滑垫且内部设有压力传感器，可以保证足底具有较大的阻尼及摩擦系数，并将信息反馈到下位机能够更好的控制机器人的运动。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的正视图；
图3为本发明的左视图；
图4为本发明的俯视图；
图5为本发明的机身结构示意图；
图6为本发明的腿部结构示意图；
图7为本发明的小腿结构示意图；
图中，1、前腰；2、万向联轴器；3、后腰；4、伺服阀；5、连杆轴；6、大腿；7、小腿；8、足端；9、膝关节；10、伺服阀；11、髋关节；12、端板；13、连杆；14、侧摆关节；15、缸体；16、伺服阀；17、弹簧。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明提供的一种新型结构四足液压机器人包括机身和腿部机构。所述机身包括万向联轴器2连接的前腰1和后腰3，前腰1和后腰3都是由端板12和连杆13组成，端板12采用镂空结构以减少机器人自身重量，四条结构相同的机械腿均匀对称分布在机身的四周。
具体地，腿部结构是由伺服阀4驱动连杆5实现腿的左右摆动，伺服阀16驱动大腿6实现髋关节11的旋转，伺服阀10驱动小腿7实现膝关节9的旋转，小腿7上部空腔内装有弹簧17，可以起到缓冲减震及蓄能的作用。
具体地，机器人足端8材料选用橡胶防滑垫，可以保证其具有较大的阻尼及摩擦系数，能为足式机器人提供更好的摩擦力和缓冲效果，足端还装有压力传感器，将信息反馈给控制系统。
在机器人外部设有动力源、液压系统、散热系统、电控系统；电机作为动力源为液压系统输入动力；液压系统包括液压泵、相关控制阀、过滤器、蓄能器、液压油箱、流量压力相关传感器等；散热系统包括液压散热系统和电气散热系统，为液压系统及电控系统正常工作提供温度环境保障；电控系统包括相关电气硬件及软件，是控制液压系统的控制系统。
在机器人的控制系统中，按照模块功能可划分为上位计算机、下位计算机；上位计算机是系统的核心控制器，可实现重复编程存储多种操作程序、步态规划与控制以及与下位机CAN总线通讯等任务；下位控制机用于实现关节伺服阀控缸位移信号采集和位置控制、足端力传感器信号采集以及与主控计算机进行CAN总线通讯等任务。
机器人的运动过程如下：（1）通过任务目标规划期望的落脚点的时间和位置；（2）根据落脚点的时间和位置规划合理的末端运动轨迹；（3）由传感器获得当前的速度，对照期望速度得到修正值，将修正值引入步态规划器的输入端，确定下一个步态周期的落脚点；如此往复，直到机器人完成任务。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (7)
1.一种新型结构的四足液压机器人，其特征在于：包括采用铝合金材质的机身，机身中间使用万向联轴器，四条机械腿均匀对称分布在机身的四周，且四条腿的结构完全相同。
2.根据权利要求1所述的一种新型结构的四足液压机器人，其特征在于：机身外部设有动力源、液压系统、散热系统和控制系统。
3.根据权利要求1所述的一种新型结构的四足液压机器人，其特征在于：机身两端分别设有镂空的前端板和后端板，两端板间由六根水平的连杆连接，前后端板下部有孔洞，孔内有轴承，与腿部的横摆轴连接。
4.根据权利要求1所述的一种新型结构的四足液压机器人，其特征在于：机身中间的万向联轴器将机身分为前腰和后腰，且前腰和后腰对称。
5.根据权利要求1所述的一种新型结构的四足液压机器人，其特征在于：机器人腿由连杆、大腿、小腿和三组液压缸组成，通过连杆和横摆液压缸将机械腿与机身相连，大腿结构为中空，液压缸嵌入其中，小腿内部为空腔，腔内装有弹簧，与地面接触的足端使用橡胶防滑垫且内部设有压力传感器；三组液压缸分别控制机器人的横摆、髋关节的旋转和膝关节的旋转。
6.根据权利要求1所述的一种新型结构的四足液压机器人，其特征在于：每条腿的三组液压缸分别由三组伺服阀进行控制。
7.根据权利要求1所述的一种新型结构的四足液压机器人，其特征在于：控制横摆的液压缸与横摆连杆铰接，横摆连杆与大腿上端、大腿下端与小腿上端都采用铰接。
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