CN110843953A - 一种具有缓冲与助推功能的并联式机器人腿 - Google Patents

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黄强
康儒
范徐笑
朱鑫
孟非
刘华欣
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    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D57/00—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track
    • B62D57/02—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members
    • B62D57/032—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members with alternately or sequentially lifted supporting base and legs; with alternately or sequentially lifted feet or skid

Abstract

本发明提供了一种具有缓冲与助推功能的并联式机器人腿，具有缓冲与助推功能，能够适应复杂环境中的快速运动。本发明的机器人腿采用并联形式的腿部结构，实现腿部驱动模块高度集成，减轻了腿部连杆重量，同时加入弹性元件使机器人具有优越的运动能力，提高腿足机器人的环境适应性。

Description

一种具有缓冲与助推功能的并联式机器人腿
技术领域
本发明属于机器人退步设计技术领域，具体涉及一种具有缓冲与助推功能的并联式机器人腿。
背景技术
长期以来，四足机器人技术一直是国内外机器人领域研究的热点之一。高速、高承载四足机器人是模仿四足动物运动形式的特种机器人，该类机器人能够在复杂的非结构环境中稳定的行走，可以代替人完成许多危险作业，在军事、矿山开采、核能工业、星球表面探测、消防及营救、建筑业、农林采伐、示教娱乐等行业有着许多潜在的应用前景。
在四足机器人中，并联腿结构与串联腿结构相比，并联腿结构的应用大大提高了机器人的结构强度和稳定性，对提高机器人载重/自重比有着非常重要的意义；同时，并联腿结构可以实现自身重力的并联分配，提高机器人的负载能力。
经检索发现，现有申请号为201110314606.9，授权日为2013年5月22日的中国发明专利公开了《一种新型并联腿结构四足步行器》，包括机架，还包括四条结构相同的并联腿，所述四条并联腿安装于机架的下方，每条并联腿包括腿部机架、三个直线驱动器、三个连接件、T型腿以及足部。其中，单条并联腿具有三个支链，实际作业时，三个直线驱动器的协同作业可以驱动足部进行空间运动。足部采用缓冲连接，可在一个迈步周期内完成减震储能再利用。但是其中该结构采用的是直线驱动器，存在压杆失稳，驱动模块分散，无柔性环节等缺陷，难以适应复杂环境中的快速运动。
专利《仿四足动物爬楼机器人》(申请号为CN201310243950.2)，提出了一款有四条并联腿足机构的四足机器人，每条腿使用四根杆铰链连接构成，可通过两个驱动器实现平面二自由度运动。并未对驱动器集成方案进行描述，同时四连杆中缺少弹性模块，无法在运动中储能及减震，难以实现更好的运动性能和对环境的适应能力。
可见，现有的并联步行器结构不同时具有缓冲与助推功能，难以适应复杂环境中的快速运动。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种具有缓冲与助推功能的并联式机器人腿，具有缓冲与助推功能，能够适应复杂环境中的快速运动。
为实现上述目的，本发明的具有缓冲与助推功能的并联式机器人腿，包括驱动模块和并联腿模块；
所述驱动模块包括支撑部件、电机I、U型连接架I、电机II以及U型连接架II；
所述并联腿模块包括腿杆I、膝部连接件、支架、腿杆II、足部缓冲件、腿杆III、弹性元件以及腿杆IV；
其中，所述电机I以及电机II安装在支撑部件上；所述U型连接架I的一端与电机II连接，另一端与并联腿模块的腿杆IV连接；所述U型连接架II的一端与电机I连接，另一端与并联腿模块的腿杆I连接；
所述腿杆I和腿杆II之间以及所述腿杆III和腿杆IV之间分别通过膝部连接件连接；所述腿杆II和腿杆III之间通过踝部连接件连接；弹性元件两端分别通过支架与膝部连接件连接；所述足部缓冲件安装在腿杆II的最下端。
其中，所述膝部连接件是由两个抱紧箍通过轴承连接成的转动副。
其中，所述电机I与电机II同轴心。
其中，所述U型连接架I与U型连接架II在轴向上错位分布；所述腿杆IV和腿杆I的轴线位于同一矢状面上。
有益效果：
本发明的机器人腿采用并联形式的腿部结构，实现腿部驱动模块高度集成，减轻了腿部连杆重量，同时加入弹性元件使机器人具有优越的运动能力，提高腿足机器人的环境适应性。
附图说明
图1是一种具有缓冲与助推功能的并联式机器人腿侧视图；
图2是一种具有缓冲与助推功能的并联式机器人腿驱动模块总体结构图；
图3是本发明一种具有缓冲与助推功能的并联式机器人腿总体结构图；
其中，1-驱动模块，2-并联腿模块，11-支撑部件，12-电机I，13-U型连接架I，14-电机II，15-U型连接架II，21-腿杆I，22-膝部连接件，23-支架，24-腿杆II，25-足部缓冲件，26-腿杆III，27-弹性元件，28-腿杆IV。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提出的一种具有缓冲与助推功能的并联式机器人腿，采用带弹性元件的并联形式的腿部结构，实现腿部驱动模块高度集成，减轻腿部连杆重量，同时加入弹性元件使机器人具有优越的运动能力，提高腿足机器人的环境适应性。
如图1所示，本发明提出的一种具有缓冲与助推功能的并联式机器人腿包括驱动模块1和并联腿模块2，整腿的驱动部分都集成于驱动模块1，减轻了并联腿模块2的重量。
如图2所示，所述驱动模块1包括支撑部件11、电机I 12、U型连接架I 13、电机II14以及U型连接架II 15。
如图3所示，所述并联腿模块2包括腿杆I 21、膝部连接件22、支架23、腿杆II 24、足部缓冲件25、腿杆III 26、弹性元件27以及腿杆IV 28。
所述支撑部件11是整个并联单腿的安装基体，所述电机I 12以及电机II 14分别与支撑部件11通过螺钉等紧固件连接，具体地，所述电机I 12与电机II 14同轴心固定在支撑部件11上；所述U型连接架I 13的一端与电机II 14连接，另一端与并联腿模块2的腿杆IV28连接；所述U型连接架II 15的一端与电机I 12连接，另一端与并联腿模块2的腿杆I 21连接；
所述腿杆I 21和腿杆II 24之间以及所述腿杆III 26和腿杆IV 28之间分别通过膝部连接件22连接；所述腿杆II 24和腿杆III 26之间通过踝部连接件连接；弹性元件27两端分别通过支架23与膝部连接件22连接；所述足部缓冲件25安装在腿杆II 24的最下端。
其中，所述膝部连接件22是由两个抱紧箍通过轴承连接成的转动副，结构简单，安装方便。所述支架23与膝部连接件22连接，并联腿的两膝关节通过弹性元件连接，提高了并联腿的动态性能，具体为所述弹性元件27的两端分别通过支架23与两个膝关节连接，所述弹性元件27有两个，并联连接，在落地受到冲击时，腿杆IV 28和腿杆I 21受力张开，弹性元件27被拉长，弹性元件27拉长产生的弹性势能抵消部分足端冲击，实现缓冲效果，同时由于弹性元件27被拉长产生的弹性势能，在下次起跳时释放，用于推动机器人起跳，实现助推效果；所述足部缓冲件25安装在腿杆II 24的最下端，足部缓冲件25可以减小腿部着地时的冲击，提高环境适应性。
为实现整体结构紧凑，所述电机I 12与电机II 14同轴心固定在支撑部件11上。为实现腿部驱动模块高度集成以及结构紧凑，同时减轻腿部连杆重量，所述U型连接架I 13与U型连接架II 15在轴向上错位分布；所述腿杆IV 28和腿杆I21的轴线位于同一矢状面上。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种具有缓冲与助推功能的并联式机器人腿，其特征在于，包括驱动模块(1)和并联腿模块(2)；
所述驱动模块(1)包括支撑部件(11)、电机I(12)、U型连接架I(13)、电机II(14)以及U型连接架II(15)；
所述并联腿模块(2)包括腿杆I(21)、膝部连接件(22)、支架(23)、腿杆II(24)、足部缓冲件(25)、腿杆III(26)、弹性元件(27)以及腿杆IV(28)；
其中，所述电机I(12)以及电机II(14)安装在支撑部件(11)上；所述U型连接架I(13)的一端与电机II(14)连接，另一端与并联腿模块(2)的腿杆IV(28)连接；所述U型连接架II(15)的一端与电机I(12)连接，另一端与并联腿模块(2)的腿杆I(21)连接；
所述腿杆I(21)和腿杆II(24)之间以及所述腿杆III(26)和腿杆IV(28)之间分别通过膝部连接件(22)连接；所述腿杆II(24)和腿杆III(26)之间通过踝部连接件连接；弹性元件(27)两端分别通过支架(23)与膝部连接件(22)连接；所述足部缓冲件(25)安装在腿杆II(24)的最下端。
2.如权利要求1所述的具有缓冲与助推功能的并联式机器人腿，其特征在于，所述膝部连接件(22)是由两个抱紧箍通过轴承连接成的转动副。
3.如权利要求1所述的具有缓冲与助推功能的并联式机器人腿，其特征在于，所述电机I(12)与电机II(14)同轴心。
4.如权利要求1所述的具有缓冲与助推功能的并联式机器人腿，其特征在于，所述U型连接架I(13)与U型连接架II(15)在轴向上错位分布；所述腿杆IV(28)和腿杆I(21)的轴线位于同一矢状面上。
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