CN111071371A - 基于刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元及其智能机器人平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元，包括立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元和卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元，立式和卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元，均包括移动装置、移动驱动、转向架、升降架、弹簧装置和主动差动轮组等，再结合车架、驱动器组、电池组和控制箱，能构成多自由度并联机构平台；本发明提供的基于刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元的智能机器人平台，具有刚性调姿、弹性悬挂、刚柔耦合调姿功能，还可以自动适应地面不平的工况，不仅解决了现有调姿平台高度过高、运动误差大的问题，还具有对测量运载物测重和质心定位功能，有效拓展了移动调姿平台的使用范围。

Description

基于刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元及其智能机器人平台

技术领域

本发明涉及通用装备对接和装配辅助设备技术领域，具体涉及一种基于刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元及其立式全域多自由度移动调姿智能机器人平台，还涉及一种卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元及其卧式全域多自由度移动调姿智能机器人平台。

背景技术

在轮船、飞机、电力等装备制造领域，其产品一般由多个零部件组装而成，且由于这些零部件体积和质量较大，人工无法直接操作，因此需要借助移动调姿平台进行辅助调姿和装配。目前移动调姿平台有轮式搬运车和麦克那姆轮搬运车，由于这两种搬运车一般只具有平面移动和绕运载物平台法线转动等三个自由度，无法实现零部件空间六自由度的调整，导致零部件在对接过程中常常会发生无法对接的情况。为解决这一问题，本领域技术人员将搬运车与并联机构结合，例如中国专利CN109231065A公开的一种基于全向移动模块的六自由度调姿系统，其将多自由度并联调姿机构安装在搬运车上，实现搬运车的空间六自由度调姿。

由搬运车和并联机构组成的调姿系统本质上仍属于两套独立的系统，搬运车和并联机构在工作过程中所产生的运动误差相互累加，进而降低了移动调姿平台末端的运动精度，不利于零部件的高精度对接和装配；并且并联机构安装在车体上，整个调姿车体高度大大增加，降低了车体的通过性，无法完成一些低矮空间的设备装配和对接。运动和调姿集成与灵活及智能性较低。另外，这种组合调姿系统在调姿时无法实现对运载物质量、质心的测位，因此对于需要质心测位的工况下，此调姿系统是无法满足要求的。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元及全域多自由度移动调姿智能机器人平台；一种刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元分为立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元和卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元两种。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种基于刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元，其包括第二移动装置、第一升降架、第一移动驱动、第一移动机构、第一转向驱动、第一转向架、第一弹簧装置和第一主动差动轮组：两组第二移动装置通过第二滑块对称设置在第一升降架的两侧，所述第一移动驱动通过第一电机安装架固定于第一转向架的中部，所述第一移动机构的第一滑块和第一丝母成组安装于第一升降架的内侧，两组第一移动机构分别固连于第一转向架的两侧，且设有高度差；四组第一弹簧装置通过弹簧固定架对称固连于第一转向架的外侧底部四角，所述第一弹簧装置的弹簧压紧块对称固连于第一升降架的内部四角；所述第一转向驱动通过第一转向电机安装架固连于第一转向架内侧，所述第一转向驱动的转向从动同步轮固连于第一主动差动轮组的竖直轴顶端，所述第一主动差动轮组通过竖直轴转动安装于第一转向架底部中心；所述第二移动装置包括第一车体转接件、第二导轨、第二滑块、第二丝杠支撑座、第二丝杠、第二丝母、第二丝杠固定座、第二伺服电机和第二减速器，所述第二导轨分别固连于第一车体转接件两侧，所述第二滑块与第二导轨组成滑动副Pz2，所述第二丝杠的两端分别通过第二丝杠固定座和第二丝杠支撑座进行支撑，且轴线平行于第二导轨，所述第二丝母与第二丝杠组成螺旋副，所述第二伺服电机通过第二减速器与第二丝杠相连；所述第一移动驱动包括第一伺服电机、蜗轮蜗杆减速器、第一离合器、第一减速器、第一同步轴、第一高位主动同步轮、第一低位主动同步轮、第一电机安装架和第一同步带，所述第一伺服电机通过蜗轮蜗杆减速器与第一离合器的左端相连，所述第一离合器的右端与第一减速器固连，所述第一减速器通过第一电机安装架固连于第一转向架上，所述第一同步轴转动安装于第一电机安装架上，所述第一高位主动同步轮和第一低位主动同步轮分别与第一同步轴相连，所述第一减速器的输出轴与第一同步轴进行键连接；所述第一移动机构包括第一从动同步轮、第一丝杠固定座、第一丝杠、第一丝母、第一丝杠支撑座、第一导轨和第一滑块，所述第一导轨固连于第一转向架上，所述第一滑块与第一导轨形成移动副Pz1，所述第一丝杠的两端分别通过第一丝杠固定座和第一丝杠支撑座进行支撑，且轴线与第一导轨平行，所述第一丝母与第一丝杠组成螺旋副，所述第一从动同步轮固连于第一丝杠的输入端，所述第一从动同步轮通过第一同步带与第一高位主动同步轮、第一低位主动同步轮进行同步啮合连接；所述第一转向驱动包括第一转向电机、第一转向减速器、第一转向电机安装架、转向主动同步轮、转向同步带和转向从动同步轮，所述第一转向电机安装架固连于第一转向架内侧，所述第一转向电机通过第一转向减速器与转向主动同步轮相连，所述转向主动同步轮与转向从动同步轮之间通过转向同步带连接，所述转向从动同步轮与竖直轴固连，竖直轴与第一转向架相连并构成转动副Rz；所述第一主动差动轮组包括轮转电机安装架、竖直轴、十字轴、左车轮、右车轮、轮转从动同步轮、轮转同步带、轮转主动同步轮、轮转减速器、轮转电机和转角编码器，所述十字轴的横轴与竖直轴底部进行转动连接，形成转动副Rx，所述竖直轴的侧面设有转角编码器，所述左车轮和右车轮分别与十字轴纵轴的左端和右端相连，并形成转动副Ry1和转动副Ry2，两车轮与地面接触形成轮转副Rp，所述轮转电机固连于轮转减速器上，所述轮转减速器通过轮转电机安装架固连于十字轴上方，所述轮转主动同步轮固连于轮转减速器的输出轴上，所述轮转从动同步轮分别固连于左车轮和右车轮外侧，所述轮转主动同步轮和轮转从动同步轮之间通过轮转同步带连接；所述第一弹簧装置包括弹簧固定架、弹簧、弹簧滑筒、磁尺、磁头、弹簧压紧块和弹簧导柱，所述弹簧导柱与弹簧固定架固连，所述弹簧和弹簧滑筒滑动安装于弹簧导柱上，且弹簧安装于弹簧固定架和弹簧滑筒之间，所述弹簧固定架设置有上限位块，所述磁头固连于弹簧滑筒上，所述磁尺固连于弹簧固定架一侧，其方向与磁头移动方向一致。

优选地，移动副Pz2的轴线与移动副Pz1的轴线、转动副Rz的轴线以及第一弹簧装置的轴线均平行，转动副Rx的轴线与转动副Rz的轴线、转动副Ry1的轴线以及转动副Ry2的轴线均垂直，转动副Ry1和转动副Ry2的轴线重合，移动副Pz1与第一弹簧装置构成并联，移动副Pz2与第一弹簧装置构成串联。

优选地，所述第一丝杠为无自锁功能的滚珠丝杠，所述第二丝杠为具有自锁功能的滑动丝杠。

一种立式全域多自由度移动调姿智能机器人平台，包括车架、驱动器组、电池组和控制箱，所述立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元对称分布于车架的边缘，并通过第一车体转接件进行连接，从而构成多腿调姿的并联机构平台，并联机构平台能包含三条、四条、六条、八条立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元；各立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元中转动副Rz的轴线彼此平行、并垂直于车架平面，所述驱动器组、电池组和控制箱固定于车架的内部。

一种卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元，包括转向装置、第四移动装置、第三移动驱动、第三移动机构、第二转向架、第二主动差动轮组、第二升降架和第二弹簧装置，两组第四移动装置均通过转盘转接件与所述转向装置中的大齿轮转盘轴承相连，所述第三移动驱动通过第三电机安装架固连于第二转向架的中部；所述第三移动机构中的第三导轨与第二转向架相连，所述第三移动机构中的第三滑块与第二升降架的内侧面相连，两组第三移动机构设有高度差；所述第二主动差动轮组通过第二竖直轴与第二转向架的底部相连；所述四组第二弹簧装置通过第二弹簧固定架对称固连于第二转向架的内侧中部，所述四组第二弹簧装置通过第二弹簧压紧块对称固连于第二升降架内侧；所述转向装置包括第二车体转接件、第二转向电机安装架、第二转向减速器、第二转向电机、小齿轮和大齿轮转盘轴承，所述大齿轮转盘轴承的内圈上表面与第二车体转接件相连，所述第二转向电机通过第二转向减速器与小齿轮相连，所述小齿轮与大齿轮转盘轴承进行外啮合，形成转动副Rz；所述第四移动装置包括转盘转接件、第四滑块、第四导轨、第四伺服电机、第四减速器、第四丝杠固定座、第四丝杠、第四丝母和第四丝杠支撑座，所述第四滑块与第四导轨组成移动副Pz2，所述第四导轨固定于转盘转接件的内部；所述第四丝杠通过所述第四丝杠固定座、第四丝杠支撑座进行支撑，其轴线与第四导轨平行，所述第四伺服电机通过第四减速器与第四丝杠相连，所述第四丝杠与第四丝母进行螺旋连接；所述第三移动驱动包括第三伺服电机、第三蜗杆减速器、第三离合器、第三电机安装架、第三低位主动同步轮、第三高位主动同步轮、第三同步轴和第三同步带，所述第三伺服电机通过第三蜗杆减速器、第三离合器与第三同步轴相连，所述第三离合器通过第三电机安装架固连于第二转向架的中部，所述第三同步轴与第三电机安装架进行转动连接，所述第三高位主动同步轮和第三低位主动同步轮分别固连于第三同步轴的高位和低位；所述第三移动机构包括第三滑块、第三导轨、第三丝杠支撑座、第三丝母、第三丝杠、第三丝杠固定座和第三从动同步轮，所述第三导轨平行固连于第二转向架上，所述第三滑块与第三导轨组成移动副Pz1，所述第三丝杠通过第三丝杠固定座、第三丝杠支撑座进行支撑，其轴线与第三导轨平行；所述第三从动同步轮固连于第三丝杠的输入端，所述第三丝杠与第三丝母进行螺旋连接；所述第三低位主动同步轮与下侧的第三从动同步轮之间通过第三同步带相连，所述第三高位主动同步轮与上侧的第三从动同步轮之间通过第三同步带相连；所述第二主动差动轮组包括第二轮转电机安装架、第二竖直轴、第二十字轴、第二左车轮、第二右车轮、第二轮转从动同步轮、第二轮转同步带、第二轮转主动同步轮、第二轮转减速器、第二轮转电机和第二转角编码器，所述第二十字轴的横轴与第二竖直轴的底部进行转动连接，形成转动副Rx，横轴的端面安装有第二转角编码器；所述第二左车轮和第二右车轮分别转动安装于第二十字轴纵轴的左端和右端，形成转动副Ry1和转动副Ry2，两车轮与地面接触形成轮转副Rp；所述第二轮转从动同步轮分别固连于第二左车轮和第二右车轮的外侧，所述第二轮转从动同步轮与第二轮转主动同步轮之间通过第二轮转同步带相连，所述第二轮转主动同步轮通过第二轮转减速器与第二轮转电机相连；所述第二弹簧装置包括第二弹簧固定架、第二弹簧、第二弹簧滑筒、第二磁尺、第二磁头、第二弹簧压紧块和第二弹簧导柱，所述第二弹簧导柱的顶部与第二弹簧固定架相连，所述第二弹簧固定架设置有上限位块；所述第二弹簧和第二弹簧滑筒滑动安装于第二弹簧导柱上，且第二弹簧安装于第二弹簧固定架和第二弹簧滑筒之间；所述第二磁头固连于第二弹簧滑筒上，所述第二磁尺固连于第二弹簧固定架一侧，其方向与第二磁头的移动方向一致。

优选地，所述转动副Rz的轴线、所述移动副Pz2的轴线、所述移动副Pz1的轴线和所述第二弹簧装置轴线彼此平行；所述转动副Rx的轴线与所述转动副Rz的轴线垂直，同时与转动副Ry1的轴线、转动副Ry2的轴线均垂直，所述转动副Ry1的轴线和转动副Ry2的轴线重合。

优选地，所述第四丝杠为具有自锁功能的滑动丝杠，所述第三丝杠为无自锁功能的滚珠丝杠。

一种卧式全域多自由度移动调姿智能机器人平台，包括车架、驱动器组、电池组和控制箱，所述卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元对称分布于车架的边缘，并通过第二车体转接件进行连接，从而构成多腿调姿的并联机构平台，并联机构平台能包含三条、四条、六条、八条立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元；各卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元的转动副Rz的轴线彼此平行且垂直于车架平面，所述驱动器组、电池组和控制箱固定于车架的内部。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)立式、卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元具有刚性调姿、弹性悬挂、刚柔耦合调姿功能，立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元的第一转向电机和卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元的第二转向电机对应转动副Rz与两个主动差动轮异步运动产生的转向运动构成冗余驱动，保证了调姿腿单元在转向时的高精度；基于立式或卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元构建多支链腿多自由度全域移动、任意空间位置调姿的并联机构机器人平台，可以是三、四、六、八条腿整体并联机构。

(2)通过引入开放的地面作为固定平台，并考虑车轮与地面之间的纯滚动运动设计车体的支腿，可使本发明中的调姿腿单元除了具有常规行走功能外，还具有调节车体姿态的功能，从而将车体的全向移动与姿态调节有机的整合一体。在实现空间六自由度调姿功能的同时，可提高移动调姿平台的运动精度，并有效降低移动调姿平台的整体高度，使其在一些较低矮的空间环境中，仍能实现六自由度调姿对接和装配。

(3)对于立式、卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元，移动副Pz1与弹簧为并联关系，通过调整移动副Pz1的位置，将整车重量通过第二移动装置和第一升降架转移到弹簧上，弹簧被压缩、接过载荷；将第一离合器脱离、第一丝杠不自锁、可随动，出现整车被弹性悬挂状态，这一特征可以自动适应行走过程中地面不平的工况；通过弹簧移动端磁尺检测每条腿压缩量、垂直方向的力，进而实时检测车载物体的重量、质心位置坐标。在此基础上，利用移动副Pz2与弹簧串联机构、动态调整移动副Pz2的位置，对于高低复杂地面可使车体保持一定状态行走，也可实现刚柔耦合调姿。

附图说明

图1为立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元的整体结构示意图；

图2为立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元第二移动装置结构示意图；

图3为立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元第一移动驱动结构示意图；

图4为立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元第一移动机构结构示意图；

图5为立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元第一弹簧装置结构示意图；

图6为立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元第一转向驱动结构示意图；

图7为立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元第一主动差动轮组结构示意图；

图8为立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元第一主动差动轮组另一角度结构示意图；

图9为立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元的结构原理图；

图10为立式全域多自由度移动调姿智能机器人平台整体结构示意图；

图11为卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元的整体结构示意图；

图12为卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元的结构剖视示意图；

图13为卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元第四移动装置结构示意图；

图14为卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元第三移动驱动和第三移动机构结构示意图；

图15为卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元第二主动差动轮组结构示意图；

图16为卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元第二弹簧装置结构示意图；

图17为卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元的结构原理图；以及

图18为卧式全域多自由度移动调姿智能机器人平台整体结构示意图。

附图标记：

1-立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元；2-卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元；3-车架；4-驱动器组；5-电池组；6-控制箱；

1a-第一调姿腿单元；1b-第二调姿腿单元；1c-第三调姿腿单元；1d-第四调姿腿单元；2a-第五调姿腿单元；2b-第六调姿腿单元；2c-第七调姿腿单元；2d-第八调姿腿单元；

11-第二移动装置；12-第一升降架；13-第一移动驱动；14-第一移动机构；15-第一转向驱动；16-第一转向架；17-第一弹簧装置；18-第一主动差动轮组；21-转向装置；22-第四移动装置；23-第三移动驱动；24-第三移动机构；25-第二转向架；26-第二主动差动轮组；27-第二升降架；28-第二弹簧装置；111-第一车体转接件；112-第二导轨；113-第二滑块；114-第二丝杠支撑座；115-第二丝杠；116-第二丝母；117-第二丝杠固定座；118-第二伺服电机；119-第二减速器；131-第一伺服电机；132-蜗轮蜗杆减速器；133-第一离合器；134-第一减速器；135-第一同步轴；136-第一高位主动同步轮；137-第一低位主动同步轮；138-第一电机安装架；139-第一同步带；141-第一从动同步轮；142-第一丝杠固定座；143-第一丝杠；144-第一丝母；145-第一丝杠支撑座；146-第一导轨；147-第一滑块；151-第一转向电机；152-第一转向减速器；153-第一转向电机安装架；154-转向主动同步轮；155-转向同步带；156-转向从动同步轮；171-弹簧固定架；172-弹簧；173-弹簧滑筒；174-磁尺；175-磁头；176-弹簧压紧块；177-弹簧导柱；180-轮转电机安装架；181-竖直轴；182-十字轴；183-左车轮；184-右车轮；185-轮转从动同步轮；186-轮转同步带；187-轮转主动同步轮；188-轮转减速器；189-轮转电机；190-转角编码器；211-第二车体转接件；212-第二转向电机安装架；213-第二转向减速器；214-第二转向电机；215-小齿轮；216-大齿轮转盘轴承；221-转盘转接件；222-第四滑块；223-第四导轨；224-第四伺服电机；225-第四减速器；226-第四丝杠固定座；227-第四丝杠；228-第四丝母；229-第四丝杠支撑座；231-第三伺服电机；232-第三蜗杆减速器；233-第三离合器；234-第三电机安装架；235-第三低位主动同步轮；236-第三高位主动同步轮；237-第三同步轴；238-第三同步带；241-第三滑块；242-第三导轨；243-第三丝杠支撑座；244-第三丝母；245-第三丝杠；246-第三丝杠固定座；247-第三从动同步轮；260-第二轮转电机安装架；261-第二竖直轴；262-第二十字轴；263-第二左车轮；264-第二右车轮；265-第二轮转从动同步轮；266-第二轮转同步带；267-第二轮转主动同步轮；268-第二轮转减速器；269-第二轮转电机；281-第二弹簧固定架；282-第二弹簧；283-第二弹簧滑筒；284-第二磁尺；285-第二磁头；286-第二弹簧压紧块；287-第二弹簧导柱；290-第二转角编码器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图，对本发明中的基于刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元及全域多自由度移动调姿智能机器人平台进行详细说明。

如图1、图2、图9所示，一种立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元，包括2个第二移动装置11、第一升降架12、第一移动驱动13、2个第一移动机构14、第一转向驱动15、第一转向架16、4个第一弹簧装置17和第一主动差动轮组18，第二移动装置11包括第一车体转接件111、2个第二导轨112、4个第二滑块113、第二丝杠支撑座114、第二丝杠115、第二丝母116、第二丝杠固定座117、第二伺服电机118和第二减速器119，2个第二导轨112固定安装在第一车体转接件111两侧，4个第二滑块113两两滑动安装在2个第二导轨112上，第二丝杠115通过第二丝杠固定座117和第二丝杠支撑座114转动安装在2个第二丝杠115中间，且其轴线平行于第二导轨112，第二丝母116螺旋安装在第二丝杠115上，第二伺服电机118通过第二减速器119固定安装在第一车体转接架111顶部，第二伺服电机118输出轴与第二减速器119输入孔为键连接，第二减速器119的输出孔与第二丝杠115输入端为键连接；第二移动装置11的4个第二滑块113和第二丝母116固定连接在第一升降架12上，2个第二移动装置11分别通过4个第二滑块113对称安装在第一升降架12前后两侧，通过同步驱动2个第二伺服电机118转动经过2个第二减速器119的减速传动，实现第二丝杠115的同步转动，进而使2个第二丝母116分别沿2个第二丝杠115同步移动，最终实现2个第一车体转接件111相对第一升降架12移动，形成移动副Pz2。优选地，第二丝杠115为滑动丝杠，其具有自锁功能。

如图1、图3、图4、图9所示，第一移动驱动13包括：第一伺服电机131、蜗轮蜗杆减速器132、第一离合器133、第一减速器134、第一同步轴135、第一高位主动同步轮136、第一低位主动同步轮137、第一电机安装架138和2个第一同步带139，第一伺服电机131固定安装在蜗轮蜗杆减速器132上，其输出轴与蜗轮蜗杆减速器132的输入轴通过键连接；第一离合器133左端与蜗轮蜗杆减速器132固定连接，其右端与第一减速器134固定连接，其输入孔与蜗轮蜗杆减速器132的输出轴固定连接，输出端与第一减速器134的输入孔固定连接，第一减速器134通过第一电机安装架138固定安装在第一转向架16上；第一同步轴135转动安装在第一电机安装架138上，第一高位主动同步轮136和第一低位主动同步轮137上下分布固定安装在第一同步轴135上，第一减速器134的输出轴与第一同步轴135键连接，当第一离合器133抱紧时通过驱动第一伺服电机131，经过蜗轮蜗杆减速器132、第一离合器133、第一减速器134和第一同步轴135的传动，实现第一高位主动同步轮136和第一低位主动同步轮137转动。第一移动机构14包括第一从动同步轮141、第一丝杠固定座142、第一丝杠143、第一丝母144、第一丝杠支撑座145、2个第一导轨146和4个第一滑块147，2个第一导轨146平行固定安装在第一转向架16一侧，4个第一滑块147两两滑动安装在2个第一导轨146上；第一丝杠143通过第一丝杠固定座142和第一丝杠支撑座145向上转动安装在第一转向架16上，且位于2个第一导轨146中间，其轴线与第一导轨146平行，第一丝母144螺旋安装在第一丝杠143上；第一从动同步轮141固定安装在第一丝杠143输入端；4个第一滑块147和第一丝母144固定安装在第一升降架12内侧，2个第一移动机构14分别固定安装在第一转向架16左右两侧，并且两个第一移动机构14有一个同步轮的高度差；2个第一同步带139一条实现左侧第一移动机构14的第一从动同步轮141与第一低位主动同步轮137同步啮合连接，另一条实现右侧第一移动机构14的第一从动同步轮141与第一高位主动同步轮136同步啮合连接；通过第一伺服电机131驱动，实现第一高位主动同步轮136和第一低位主动同步轮137的同步转动，经过2条第一同步带139的传动，实现2个第一丝杠143的转动，进而通过第一丝母144沿丝杠移动带动第一升降架12移动，最终实现第一升降架12相对第一转向架沿丝杠轴向移动，形成移动副Pz1。

优选地，第一丝杠143为滚珠丝杠，其不具有自锁功能。移动副Pz1的位置自锁依赖串联运动链中的蜗杆减速器和电机尾端抱闸。优选地，移动副Pz1与移动副Pz2彼此平行，两两对称分布于四个侧面。

如图1、图5、图9所示，第一弹簧装置17包括弹簧固定架171、弹簧172、弹簧滑筒173、磁尺174、磁头175、弹簧压紧块176和弹簧导柱177，弹簧导柱177向上固定安装在弹簧固定架171上，弹簧172和弹簧滑筒173滑动安装在弹簧导柱177上，且弹簧172安装在弹簧固定架171和弹簧滑筒173之间；弹簧固定架171设置有上限位块，在弹簧172自然状态或有部分预紧力状态下弹簧滑筒173与弹簧固定架171的上限位块接触，下压弹簧滑筒173使弹簧172沿弹簧导柱177压紧；磁头175固定安装在弹簧滑筒173上，磁尺173固定安装在弹簧固定架171一侧，其方向与磁头175移动方向一致，磁头175相对磁尺的位移即为弹簧172的变形量；4个第一弹簧装置17通过弹簧固定架171对称固定安装在第一转向架16外侧底部四角，4个第一弹簧装置17的弹簧压紧块176对称向下固定安装在第一升降架12内部四角，其下部为圆筒状，圆筒轴线与弹簧导柱177轴线重合；当第一升降架12带动弹簧压紧块176接触弹簧滑筒173时继续下压弹簧172被压缩，通过磁头175和磁尺174可将压缩量测出，又已知弹簧弹性模量，进而可求得弹簧172对第一升降架12的支撑力大小。

优选地，移动副Pz1与弹簧构成并联关系，移动副Pz2与弹簧构成串联关系。移动副Pz1承担载荷时，用于刚性调姿；当弹簧承担载荷时，移动副Pz1传动链中离合器分离成为被动跟随，用于弹性悬挂系统；在此基础上，当移动副Pz2与弹簧构成串联，Pz2移动构成刚柔混合调姿。

如图1、图6、图7、图8、图9所示，第一转向驱动15包括第一转向电机151、第一转向减速器152、第一转向电机安装架153、转向主动同步轮154、转向同步带155和转向从动同步轮156，第一转向电机151固定安装在第一转向减速器152上，第一转向减速器152通过第一转向电机安装架153固定安装在第一转向架16内侧，第一转向电机151输出轴与第一转向减速器152输入孔通过键连接，转向主动同步轮154与第一转向减速器152输出轴固定连接；转向从动同步轮156固定安装在第一主动差动轮组18的竖直轴181顶端，转向同步带155同步啮合在转向主动同步轮154和转向从动同步轮156之间，竖直轴181穿过第一转向架并构成转动副Rz；；第一主动差动轮组18包括2个轮转电机安装架180、竖直轴181、十字轴182、左车轮183、右车轮184、2个轮转从动同步轮185、2个轮转同步带186、2个轮转主动同步轮187、2个轮转减速器188、2个轮转电机189和转角编码器190，第一主动差动轮组18通过竖直轴181转动安装在第一转向架16底部中心，通过第一转向电机151驱动经过第一转向减速器152减速传动实现转向主动同步轮154转动，通过转向同步带155和转向从动同步轮156的同步传动实现第一主动差动轮组18绕竖直轴181轴线转动，形成转动副Rz。十字轴182的横轴与竖直轴181底部转动连接，形成转动副Rx，在Rx轴的一端安装的1个转角编码器。左车轮183和右车轮184分别转动安装在十字轴182纵轴的左端和右端，形成转动副Ry1和转动副Ry2，两车轮与地面接触形成轮转副Rp；轮转电机189固定安装在轮转减速器188上，轮转减速器188通过轮转电机安装架180固定安装在十字轴181上方，轮转主动同步轮187固定安装在轮转减速器188的输出轴上，2个轮转从动同步轮185分别固定安装在左车轮183和右车轮184外侧，轮转同步带186同步啮合在轮转主动同步轮187和轮转从动同步轮185之间；通过轮转电机189驱动经过轮转减速器188、轮转主动同步轮187、轮转同步带186和轮转从动同步轮185传动实现轮子绕十字轴182纵轴轴线的转动。两轮同步转动实现行走，异步转动实现转向、并与第一转向电机151驱动相互矫正。

如图9所示，移动副Pz2轴线与的移动副Pz1轴线平行、与转动副Rz轴线、与第一弹簧装置17轴线彼此平行，移动副Pz1与弹簧172为并联、移动副Pz2与弹簧172构成串联；转动副Rx的轴线与转动副Rz的轴线垂直、同时与转动副Ry1和转动副Ry2轴线垂直；转动副Ry1和转动副Ry2的轴线同轴。

如图1、图9、图10所示，立式全域多自由度移动调姿智能机器人平台包括4个立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元1、车架3、2个驱动器组4、电池组5和控制箱6，4个立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元1通过第一车体转接件111固定安装在车架3四角，分别为第一调姿腿单元1a、第二调姿腿单元1b、第三调姿腿单元1c和第四调姿腿单元1d；2个驱动器组4分别固定在车架3的左侧和右侧，电池组5固定安装在车架3中部，控制箱6向外固定安装在车架3的中部前侧，每个立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元1的移动副Pz1、移动副Pz2、转动副Rz均彼此平行、并垂直于车架平面。

特别地，立式全域多自由度移动调姿智能机器人平台，不局限于四腿并联机构平台，还可以包含三条、四条、六条、八条相同的立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元、并呈对称分布于车架边缘。实现整车间全域空间智能行走与6个自由度的调姿。

立式全域多自由度移动调姿智能机器人平台调姿原理如下：通过驱动4个立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元的8个轮转电机189同步反向转动，第一主动差动轮组18的十字轴182绕其轴线转动，将十字轴182的横轴轴线转至X向后，同步驱动2个及2个以上调姿单元的2个轮转电机189同向转动，实现调姿平台沿X向移动；同理，将十字轴182的横轴轴线转至Y向后，同步驱动2个及2个以上调姿单元的2个轮转电机189同向转动，实现调姿平台沿Y向移动；通过驱动4个立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元的8个轮转电机189同步反向转动，第一主动差动轮组18的十字轴182绕其轴线转动，将4个调姿单元的4个十字轴182的纵轴轴线在平面的投影线交于Z轴在平面的投影点后，协调8个轮转电机189的转速，即可实现调姿平台绕Z轴的整周旋转；通过同步驱动4个调姿单元的第一伺服电机131或第二伺服电机118，使4个第一车体连接件111同步升降，实现调姿平台沿调姿平台法向或Z移动；通过同步驱动第一调姿腿单元1a和第二调姿腿单元1b的第一伺服电机131或第二伺服电机118，使第一调姿腿单元1a和第二调姿腿单元1b的第一车体转接件111上升，同步驱动第三调姿腿单元1c和第四调姿腿单元1d的第一伺服电机131或第二伺服电机118，使第三调姿腿单元1c和第四调姿腿单元1d的第一车体转接件111下降，即可实现调姿平台绕X轴顺时针，反之，可实现绕X轴逆时针旋转；同理，通过同步驱动第一调姿腿单元1a和第四调姿腿单元1d的第一伺服电机131或第二伺服电机118，使第一调姿腿单元1a和第四调姿腿单元1d的第一车体转接件111上升，同步驱动第二调姿腿单元1b和第三调姿腿单元1c的第一伺服电机131或第二伺服电机118，使第二调姿腿单元1b和第三调姿腿单元1c的第一车体转接件111下降，即可实现调姿平台绕Y轴顺时针，反之，可实现绕Y轴逆时针旋转。

如图11所示，一种卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元，包括转向装置21、2个第四移动装置22、第三移动驱动23、2个第三移动机构24、第二转向架25、第二主动差动轮组26、第二升降架27和4个第二弹簧装置28，

如图11、图12、图17所示，转向装置21包括第二车体转接件211、第二转向电机安装架212、第二转向减速器213、第二转向电机214、小齿轮215和大齿轮转盘轴承216，大齿轮转盘轴承216通过其内圈固定安装在第二车体转接件211底部，其外圈加工有一圈外齿即大齿轮，第二转向电机214固定安装在第二转向减速器213上，第二转向减速器213通过第二转向电机安装架212固定安装在第二车体转接件211内壁上，小齿轮215固定安装在第二转向减速器213输出轴上，其与大齿轮转盘轴承216外齿啮合安转；通过第二转向电机214驱动，经过第二转向减速器213传动、小齿轮215传动，实现大齿轮转盘轴承216绕其轴线转动，形成整腿绕垂直轴转动即转动副Rz。

如图11、图13、图17所示，第四移动装置22包括转盘转接件221、4个第四滑块222、2个第四导轨223、第四伺服电机224、第四减速器225、第四丝杠固定座226、第四丝杠227、第四丝母228和第四丝杠支撑座229，转盘转接件221固定安装在大齿轮转盘轴承216外圈底下，4个第四滑块222通过2个第四导轨223两两滑动安装在转盘转接件221内部一侧；第四丝杠227通过第四丝杠固定座226和第四丝杠支撑座229向下转动安装在转盘转接件221内部一侧，且位置处于2个第四导轨223中间，丝杠轴线与导轨安装方向平行，第四丝母228螺旋安装在第四丝杠227上，通过丝杠转动带动丝母沿丝杠轴线移动；第四伺服电机224固定安装在第四减速器225上，第四减速器225向上固定安装在转盘转接件221底部，其输出轴与第四丝杠227的输入轴固定连接；4个第四滑块222和第四丝母228固定安装在第二升降架27外侧，2个第四移动装置22分别布置在转盘转接件内部两侧，通过2个第四伺服电机224同步驱动，经过2个第四减速器225、2个第四丝杠227和2个第四丝母228同步传动，实现第二升降架27沿第四丝杠227轴线移动，形成移动副Pz2；优选地，第四丝杠227为滑动丝杠，其具有自锁功能。优选地，转动副Rz的轴线与移动副Pz2移动导轨平行，两者构成串联关系。

如图11、图14、图17所示，第三移动驱动23包括第三伺服电机231、第三蜗杆减速器232、第三离合器233、第三电机安装架234、第三低位主动同步轮235、第三高位主动同步轮236、第三同步轴237和2个第三同步带238，第三移动机构24包括4个第三滑块241、2个第三导轨242、第三丝杠支撑座243、第三丝母244、第三丝杠245、第三丝杠固定座246和第三从动同步轮247，第三伺服电机231固定安装在第三蜗杆减速器232上；第三蜗杆减速器232向上固定安装在第三离合器233底部，其输入端与第三伺服电机231的输出端通过键连接，其输出端与第三离合器233输入端通过键连接；第三离合器233顶部通过第三电机安装架234固定安装在第二转向架25中部，其输出端与第三同步轴237通过键连接；第三同步轴237向下转动安装在第三电机安装架234上，第三高位主动同步轮236和第三低位主动同步轮235分别固定安装在第三同步轴237的高位和低位；2个第三导轨242平行固定安装在第二转向架25一侧，4个第三滑块241两两滑动安装在2个第三导轨242上；第三丝杠245通过第三丝杠固定座246和第三丝杠支撑座243向上转动安装在第二转向架25上，且位于2个第三导轨242中间，其轴线与第三导轨242平行，第三丝母244螺旋安装在第三丝杠245上；第三从动同步轮247固定安装在第三丝杠245输入端；4个第三滑块241和第三丝母244固定安装在第二升降架27内侧，2个第三移动机构24分别固定安装在第二转向架25左右两侧，并且两个第三移动机构24有一个同步轮的高度差；2个第三同步带238一条同步啮合在第三移动机构24的第三从动同步轮247与第三低位主动同步轮235之间，另一条同步啮合在第三移动机构24的第三从动同步轮247与第三高位主动同步轮236之间；通过第三伺服电机231驱动，实现第三高位主动同步轮236和第三低位主动同步轮235的同步转动，经过2条第三同步带238的传动，实现2个第三丝杠245的转动，进而通过第三丝母244沿丝杠移动带动第二升降架27移动，最终实现第二升降架27相对第一转向架沿丝杠轴向移动，形成移动副Pz1。

优选地，第三丝杠245为滚珠丝杠，其不具有自锁功能。移动副Pz1的位置锁定由第三蜗杆减速器232与第三伺服电机231尾端抱闸共同实现。优选地，转动副Rz的轴线与移动副Pz2、移动副Pz1的移动导轨平行，三者构成串联关系。

如图11、图15、图17所示，第二主动差动轮组26包括2个第二轮转电机安装架260、第二竖直轴261、第二十字轴262、第二左车轮263、第二右车轮264、2个第二轮转从动同步轮265、2个第二轮转同步带266、2个第二轮转主动同步轮267、2个第二轮转减速器268、2个第二轮转电机269和第二转角编码器290。第二主动差动轮组26通过第二竖直轴261固定安装在第二转向架25底部中心。第二十字轴262的横轴与第二竖直轴261底部转动连接，形成转动副Rx，在Rx轴的一端安装的第二转角编码器290。第二左车轮263和第二右车轮264分别转动安装在第二十字轴262纵轴的左端和右端，形成转动副Ry1和转动副Ry2，两车轮与地面接触形成轮转副Rp；第二轮转电机269固定安装在第二轮转减速器268上，第二轮转减速器268通过第二轮转电机269安装架260固定安装在第二十字轴262上方，第二轮转主动同步轮267固定安装在第二轮转减速器268的输出轴上，2个第二轮转从动同步轮265分别固定安装在第二左车轮263和第二右车轮264外侧，第二轮转同步带266同步啮合在第二轮转主动同步轮267和第二轮转从动同步轮265之间；通过第二轮转电机269驱动经过第二轮转减速器268、第二轮转主动同步轮267、第二轮转同步带266和第二轮转从动同步轮265传动实现轮子绕第二十字轴262纵轴轴线的转动。两轮同步转动实现行走，异步转动实现转向、并与第二转向电机驱动214相互矫正。

优选地，转动副Rz轴线与移动副Pz1、移动副Pz2平行、与转动副Rx垂直；的转动副Ry1和转动副Ry2同轴。

如图11、图16、图17所示，第二弹簧装置28包括第二弹簧固定架281、第二弹簧282、第二弹簧滑筒283、第二磁尺284、第二磁头285、第二弹簧压紧块286和第二弹簧导柱287。第二弹簧导柱287向上固定安装在第二弹簧固定架281上，第二弹簧282和第二弹簧滑筒283滑动安装在第二弹簧导柱287上，且第二弹簧282安装在第二弹簧固定架281和第二弹簧滑筒283之间；第二弹簧固定架281设置有上限位块，在第二弹簧282自然状态保留部分预紧力状态下第二弹簧滑筒283与第二弹簧固定架281的上限位块接触，下压第二弹簧滑筒283使第二弹簧282沿第二弹簧导柱287压紧；第二磁头285固定安装在第二弹簧滑筒283上，第二磁尺284固定安装在第二弹簧固定架281一侧，其方向与第二磁头285移动方向一致，第二磁头285相对第二磁尺284的位移即为第二弹簧的变形量；4个第二弹簧装置28通过第二弹簧固定架281对两两称固定安装在第二转向架25内侧中部；4个第二弹簧装置28的第二弹簧压紧块286两两对称固定安装在第二升降架内侧，其下部为圆筒状，圆筒轴线与第二弹簧导柱287轴线重合；当第二升降架27带动第二弹簧压紧块286接触第二弹簧滑筒283时继续下压第二弹簧282被压缩，通过第二磁尺284可求得第二弹簧282对第二升降架27的支撑力大小。

优选地，第二弹簧装置28与移动副Pz1构成并联关系，移动副Pz1承担载荷时，弹簧172非工作状态，腿处于刚性调姿状态；弹簧172承担载荷时，移动副Pz1的传动系统中离合器打开处于被动跟随状态，腿处于柔性悬挂状态；第二弹簧装置17与移动副Pz2构成串联关系，在悬挂状态，驱动移动副Pz2则产生刚柔耦合调姿功能。

如图17所示，转动副Rz轴线与的移动副Pz2、与的移动副Pz1、与第二弹簧装置28轴线彼此平行；转动副Rx的轴线与转动副Rz的轴线垂直、同时与转动副Ry1和转动副Ry2轴线垂直，转动副Ry1和转动副Ry2的轴线方向同轴。

如图11、图17、图18所示，卧式全域多自由度移动调姿智能机器人平台包括4个卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元2、车架3、2个驱动器组4、电池组5和控制箱6，4个卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元2通过第二车体转接件211固定安装在车架3四角，分别为第三调姿腿单元2a、第四调姿腿单元2b、第五调姿腿单元2c和第六调姿腿单元2d；2个驱动器组4分别固定在车架3的左侧和右侧，电池组5固定安装在车架3中部，控制箱6向外固定安装在车架3的中部前侧，的每条卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元的转动副Rz的轴线彼此平行、并垂直于车架3平面；通过驱动4个卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元2的移动副Pz1、移动副Pz2、转动副Rz、转动副Ry1和转动副Ry2实现对整车空间6个自由度的调姿。

特别地，卧式全域多自由度移动调姿智能机器人平台，不只限于四腿并联机构，还可以包含三条、四条、六条、八条腿并联机构平台、并呈对称分布于车架3边缘。

卧式全域多自由度移动调姿智能机器人平台调姿原理如下：通过驱动4个卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元的8个轮转电机189同步反向转动，第二主动差动轮组26的十字轴182绕其轴线转动，将十字轴182的横轴轴线转至X向后，同步驱动2个及2个以上调姿单元的2个轮转电机189同向转动，实现调姿平台沿X向移动；同理，将十字轴182的横轴轴线转至Y向后，同步驱动2个及2个以上调姿单元的2个轮转电机189同向转动，实现调姿平台沿Y向移动；通过驱动4个卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元的8个轮转电机189同步反向转动，第二主动差动轮组26的十字轴182绕其轴线转动，将4个调姿单元的4个十字轴182的纵轴轴线在平面的投影线交于Z轴在平面的投影点后，协调8个轮转电机189的转速，即可实现调姿平台绕Z轴的整周旋转；通过同步驱动4个调姿单元的第三伺服电机231或第四伺服电机224，使4个第二车体连接件211同步升降，实现调姿平台沿调姿平台法向或Z向移动；通过同步驱动第五调姿腿单元2a和第六调姿腿单元2b的第三伺服电机231或第四伺服电机224，使第五调姿腿单元2a和第六调姿腿单元2b的第二车体转接件211上升，同步驱动第七调姿腿单元2c和第八调姿腿单元2d的第三伺服电机231或第四伺服电机224，使第七调姿腿单元2c和第八调姿腿单元2d的第二车体转接件211下降，即可实现调姿平台绕X轴顺时针，反之，可实现绕X轴逆时针旋转；同理，通过同步驱动第五调姿腿单元2a和第八调姿腿单元2d的第三伺服电机231或第四伺服电机224，使第五调姿腿单元2a和第八调姿腿单元2d的第二车体转接件211上升，同步驱动第六调姿腿单元2b和第七调姿腿单元2c的第三伺服电机231或第四伺服电机224，使第六调姿腿单元2b和第七调姿腿单元2c的第二车体转接件211下降，即可实现调姿平台绕Y轴顺时针，反之，可实现绕Y轴逆时针旋转。

以上所述各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应该理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元，其包括第二移动装置、第一升降架、第一移动驱动、第一移动机构、第一转向驱动、第一转向架、第一弹簧装置和第一主动差动轮组，其特征在于，

两组第二移动装置通过第二滑块对称设置在第一升降架的两侧，所述第一移动驱动通过第一电机安装架固定于第一转向架的中部，所述第一移动机构的第一滑块和第一丝母成组安装于第一升降架的内侧，两组第一移动机构分别固连于第一转向架的两侧，且设有高度差；四组第一弹簧装置通过弹簧固定架对称固连于第一转向架的外侧底部四角，所述第一弹簧装置的弹簧压紧块对称固连于第一升降架的内部四角；所述第一转向驱动通过第一转向电机安装架固连于第一转向架内侧，所述第一转向驱动的转向从动同步轮固连于第一主动差动轮组的竖直轴顶端，所述第一主动差动轮组通过竖直轴转动安装于第一转向架底部中心；

所述第二移动装置包括第一车体转接件、第二导轨、第二滑块、第二丝杠支撑座、第二丝杠、第二丝母、第二丝杠固定座、第二伺服电机和第二减速器，所述第二导轨分别固连于第一车体转接件两侧，所述第二滑块与第二导轨组成滑动副Pz2，所述第二丝杠的两端分别通过第二丝杠固定座和第二丝杠支撑座进行支撑，且轴线平行于第二导轨，所述第二丝母与第二丝杠组成螺旋副，所述第二伺服电机通过第二减速器与第二丝杠相连；

所述第一移动驱动包括第一伺服电机、蜗轮蜗杆减速器、第一离合器、第一减速器、第一同步轴、第一高位主动同步轮、第一低位主动同步轮、第一电机安装架和第一同步带，所述第一伺服电机通过蜗轮蜗杆减速器与第一离合器的左端相连，所述第一离合器的右端与第一减速器固连，所述第一减速器通过第一电机安装架固连于第一转向架上，所述第一同步轴转动安装于第一电机安装架上，所述第一高位主动同步轮和第一低位主动同步轮分别与第一同步轴相连，所述第一减速器的输出轴与第一同步轴进行键连接；

所述第一移动机构包括第一从动同步轮、第一丝杠固定座、第一丝杠、第一丝母、第一丝杠支撑座、第一导轨和第一滑块，所述第一导轨固连于第一转向架上，所述第一滑块与第一导轨形成移动副Pz1，所述第一丝杠的两端分别通过第一丝杠固定座和第一丝杠支撑座进行支撑，且轴线与第一导轨平行，所述第一丝母与第一丝杠组成螺旋副，所述第一从动同步轮固连于第一丝杠的输入端，所述第一从动同步轮通过第一同步带与第一高位主动同步轮、第一低位主动同步轮进行同步啮合连接；

所述第一转向驱动包括第一转向电机、第一转向减速器、第一转向电机安装架、转向主动同步轮、转向同步带和转向从动同步轮，所述第一转向电机安装架固连于第一转向架内侧，所述第一转向电机通过第一转向减速器与转向主动同步轮相连，所述转向主动同步轮与转向从动同步轮之间通过转向同步带连接，所述转向从动同步轮与竖直轴固连，竖直轴与第一转向架相连并构成转动副Rz；

所述第一主动差动轮组包括轮转电机安装架、竖直轴、十字轴、左车轮、右车轮、轮转从动同步轮、轮转同步带、轮转主动同步轮、轮转减速器、轮转电机和转角编码器，所述十字轴的横轴与竖直轴底部进行转动连接，形成转动副Rx，所述竖直轴的侧面设有转角编码器，所述左车轮和右车轮分别与十字轴纵轴的左端和右端相连，并形成转动副Ry1和转动副Ry2，两车轮与地面接触形成轮转副Rp，所述轮转电机固连于轮转减速器上，所述轮转减速器通过轮转电机安装架固连于十字轴上方，所述轮转主动同步轮固连于轮转减速器的输出轴上，所述轮转从动同步轮分别固连于左车轮和右车轮外侧，所述轮转主动同步轮和轮转从动同步轮之间通过轮转同步带连接；以及

所述第一弹簧装置包括弹簧固定架、弹簧、弹簧滑筒、磁尺、磁头、弹簧压紧块和弹簧导柱，所述弹簧导柱与弹簧固定架固连，所述弹簧和弹簧滑筒滑动安装于弹簧导柱上，且弹簧安装于弹簧固定架和弹簧滑筒之间，所述弹簧固定架设置有上限位块，所述磁头固连于弹簧滑筒上，所述磁尺固连于弹簧固定架一侧，其方向与磁头移动方向一致。

2.根据权利要求1所述的立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元，其特征在于，移动副Pz2的轴线与移动副Pz1的轴线、转动副Rz的轴线以及第一弹簧装置的轴线均平行，转动副Rx的轴线与转动副Rz的轴线、转动副Ry1的轴线以及转动副Ry2的轴线均垂直，转动副Ry1和转动副Ry2的轴线重合，移动副Pz1与第一弹簧装置构成并联，移动副Pz2与第一弹簧装置构成串联。

3.根据权利要求1所述的立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元，其特征在于，所述第一丝杠为无自锁功能的滚珠丝杠，所述第二丝杠为具有自锁功能的滑动丝杠。

4.一种包括权利要求1至3任一项所述的立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元的立式全域多自由度移动调姿智能机器人平台，其包括车架、驱动器组、电池组和控制箱，其特征在于，所述立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元对称分布于车架的边缘，并通过第一车体转接件进行连接；各立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元中转动副Rz的轴线彼此平行、并垂直于车架平面，所述驱动器组、电池组和控制箱固定于车架的内部。

5.根据权利要求4所述的立式全域多自由度移动调姿智能机器人平台，其特征在于，所述车架与多条立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元构成并联机构平台，并联机构平台能包含三条、四条、六条、八条立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元。

6.一种卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元，其包括转向装置、第四移动装置、第三移动驱动、第三移动机构、第二转向架、第二主动差动轮组、第二升降架和第二弹簧装置，其特征在于，

两组第四移动装置均通过转盘转接件与所述转向装置中的大齿轮转盘轴承相连，所述第三移动驱动通过第三电机安装架固连于第二转向架的中部；所述第三移动机构中的第三导轨与第二转向架相连，所述第三移动机构中的第三滑块与第二升降架的内侧面相连，两组第三移动机构设有高度差；所述第二主动差动轮组通过第二竖直轴与第二转向架的底部相连；所述四组第二弹簧装置通过第二弹簧固定架对称固连于第二转向架的内侧中部，所述四组第二弹簧装置通过第二弹簧压紧块对称固连于第二升降架内侧；

所述转向装置包括第二车体转接件、第二转向电机安装架、第二转向减速器、第二转向电机、小齿轮和大齿轮转盘轴承，所述大齿轮转盘轴承的内圈上表面与第二车体转接件相连，所述第二转向电机通过第二转向减速器与小齿轮相连，所述小齿轮与大齿轮转盘轴承进行外啮合，形成转动副Rz；

所述第四移动装置包括转盘转接件、第四滑块、第四导轨、第四伺服电机、第四减速器、第四丝杠固定座、第四丝杠、第四丝母和第四丝杠支撑座，所述第四滑块与第四导轨组成移动副Pz2，所述第四导轨固定于转盘转接件的内部；所述第四丝杠通过所述第四丝杠固定座、第四丝杠支撑座进行支撑，其轴线与第四导轨平行，所述第四伺服电机通过第四减速器与第四丝杠相连，所述第四丝杠与第四丝母进行螺旋连接；

所述第三移动驱动包括第三伺服电机、第三蜗杆减速器、第三离合器、第三电机安装架、第三低位主动同步轮、第三高位主动同步轮、第三同步轴和第三同步带，所述第三伺服电机通过第三蜗杆减速器、第三离合器与第三同步轴相连，所述第三离合器通过第三电机安装架固连于第二转向架的中部，所述第三同步轴与第三电机安装架进行转动连接，所述第三高位主动同步轮和第三低位主动同步轮分别固连于第三同步轴的高位和低位；

所述第三移动机构包括第三滑块、第三导轨、第三丝杠支撑座、第三丝母、第三丝杠、第三丝杠固定座和第三从动同步轮，所述第三导轨平行固连于第二转向架上，所述第三滑块与第三导轨组成移动副Pz1，所述第三丝杠通过第三丝杠固定座、第三丝杠支撑座进行支撑，其轴线与第三导轨平行；所述第三从动同步轮固连于第三丝杠的输入端，所述第三丝杠与第三丝母进行螺旋连接；

所述第三低位主动同步轮与下侧的第三从动同步轮之间通过第三同步带相连，所述第三高位主动同步轮与上侧的第三从动同步轮之间通过第三同步带相连；

所述第二主动差动轮组包括第二轮转电机安装架、第二竖直轴、第二十字轴、第二左车轮、第二右车轮、第二轮转从动同步轮、第二轮转同步带、第二轮转主动同步轮、第二轮转减速器、第二轮转电机和第二转角编码器，所述第二十字轴的横轴与第二竖直轴的底部进行转动连接，形成转动副Rx，横轴的端面安装有第二转角编码器；所述第二左车轮和第二右车轮分别转动安装于第二十字轴纵轴的左端和右端，形成转动副Ry1和转动副Ry2，两车轮与地面接触形成轮转副Rp；所述第二轮转从动同步轮分别固连于第二左车轮和第二右车轮的外侧，所述第二轮转从动同步轮与第二轮转主动同步轮之间通过第二轮转同步带相连，所述第二轮转主动同步轮通过第二轮转减速器与第二轮转电机相连；

所述第二弹簧装置包括第二弹簧固定架、第二弹簧、第二弹簧滑筒、第二磁尺、第二磁头、第二弹簧压紧块和第二弹簧导柱，所述第二弹簧导柱的顶部与第二弹簧固定架相连，所述第二弹簧固定架设置有上限位块；所述第二弹簧和第二弹簧滑筒滑动安装于第二弹簧导柱上，且第二弹簧安装于第二弹簧固定架和第二弹簧滑筒之间；所述第二磁头固连于第二弹簧滑筒上，所述第二磁尺固连于第二弹簧固定架一侧，其方向与第二磁头的移动方向一致。

7.根据权利要求6所述的卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元，其特征在于，所述转动副Rz的轴线、所述移动副Pz2的轴线、所述移动副Pz1的轴线和所述第二弹簧装置轴线彼此平行；所述转动副Rx的轴线与所述转动副Rz的轴线垂直，同时与转动副Ry1的轴线、转动副Ry2的轴线均垂直，所述转动副Ry1的轴线和转动副Ry2的轴线重合。

8.根据权利要求7所述卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元，其特征在于，所述第四丝杠为具有自锁功能的滑动丝杠，所述第三丝杠为无自锁功能的滚珠丝杠。

9.一种包括权利要求6至8任一项所述卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元的卧式全域多自由度移动调姿智能机器人平台，其包括车架、驱动器组、电池组和控制箱，其特征在于，所述卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元对称分布于车架的边缘，并通过第二车体转接件进行连接；各卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元的转动副Rz的轴线彼此平行且垂直于车架平面，所述驱动器组、电池组和控制箱固定于车架的内部。

10.根据权利要求9所述的卧式全域多自由度移动调姿智能机器人平台，其特征在于，所述车架与多条卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元构成并联机构平台，并联机构平台能包含三条、四条、六条、八条卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元。

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