CN112829849A - 一种四足步行机器人 - Google Patents

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Abstract

一种四足步行机器人，它包括机身、四条结构相同的单自由度并联机械腿和电控模块，其中，所述四条单环并联机械腿固定连接在机身上；所述电控模块固定安装在机身上；所述每条单环并联机械腿包括三自由度驱动系统、平行四边形机构和足趾；所述平行四边形机构的两个驱动连杆分别和三自由度驱动系统的两个输出连杆为同一连杆；所述足趾固接于平行四边形机构输出杆的末端。三自由度驱动系统驱动平行四边形机构，使得平行四边形机构的输出连杆具有两转一移三个自由度。本发明的四足步行机器人机械腿所有电机均安装在基座上，运动灵活，运动速度快，机构简单，工作空间大，承载能力强，易于防护。

Description

一种四足步行机器人
技术领域
本发明专利属于机器人技术领域，特别涉及一种四足步行机器人。
背景技术
步行机器人由于落足点离散，能够适应复杂的路面，适应能力强，运动灵活等优点在探测，巡检等领域具有较为广泛的运用前景。现有的步行机器人的机械腿有单自由度多连杆机构，二自由度平面机构，多自由度串联机构，并联机构，串并混联机构，这些机构都被广泛的研究，其中一些被成功的用于设计步行机器人。然而，这些机械腿既有自己的优点又各自的不足，一些机械腿控制简单但灵活性差，灵活性好但承载能力差，承载能力好但工作空间小、结构复杂等。这些问题导致了步行机器人在一些工程应用中的局限性，不能满足如结构简单紧凑、承载能力好、工作空间大等要求。因此设计一种机构简单紧凑、工作空间大、承载能力好、各项性能均衡的四足步行机器人，可拓展步行机器人在工程实际领域的运用。
发明内容
本发明主要解决的技术问题在于提供一种机构简单紧凑、工作空间大、承载能力好、各项性能均衡的四足步行机器人。发明的四足步行机器人的每条腿为三自由度单环并联机构，具有两个转动和一个移动自由度，运动灵活。
本发明解决技术问题采用的方案是：
一种四足步行机器人包括机身、四条结构相同的单环并联机械腿和电控模块，其特征在于：
所述每条单环并联机械腿包括三自由度驱动系统、平行四边形机构和足趾。
所述三自由度驱动系统包括基座、第一驱动电机支座、第一驱动电机、第一驱动连杆、第四连杆、第六连杆、第二驱动电机支座、第二驱动电机、第二驱动连杆、第一转轴、第五输出连杆、公共转轴、第七输出连杆、第三驱动电机支座、第三驱动电机、第三驱动连杆、第二转轴、第三转轴。
进一步的，所述第一驱动电机支座通过螺栓固定安装在基座上；所述第一驱动电机通过螺栓固定安装在第一驱动电机支座上；所述第一驱动连杆与第一驱动电机输出转轴固定连接；第二驱动电机支座通过螺栓固定安装在基座上；所述第二驱动电机通过螺栓固定安装在第二驱动电机支座上；所述第二驱动连杆与第二驱动电机输出转轴固定连接；所述第四连杆通过第一转轴与第二驱动连杆连接形成转动副；所述第五输出连杆通过第二转轴与第四连杆连接形成转动副；所述第三驱动电机支座通过螺栓固定安装在基座上；所述第三驱动电机通过螺栓固定安装在第三驱动电机支座上；所述第三驱动连杆与第三驱动电机输出转轴固定连接；所述第六连杆通过第三转轴与第三驱动连杆连接形成转动副；所述第七输出连杆与第六连杆连接形成转动副；所述第一驱动连杆的末端、第五输出连杆、第七输出连杆通过公共转轴连接形成共轴复合转动副。
所述平行四边形机构包括第五输出连杆、公共转轴、第七输出连杆、第四转轴、第八连杆、第五转轴、第九输出连杆、第六转轴。
进一步的，所述第五输出连杆通过公共转轴与第七输出连杆连接形成转动副；所述第八连杆通过第四转轴与第七输出连杆相连形成转动副；所述第九输出连杆通过第六转轴与第五输出连杆连接形成转动副；所述第九输出连杆通过第五转轴与第八连杆连接形成转动副。
进一步的，所述平行四边形机构的第五输出连杆和三自由度驱动系统的第五输出连杆为同一连杆；所述平行四边形机构的第七输出连杆和三自由度驱动系统的第七输出连杆为同一连杆；所述足趾固接在平行四边形机构的第九输出连杆的末端；所述四条单环并联机械腿通过螺栓固定连接在机身上；所述电控模块固定安装在机身上，用于控制驱动电机；所述所有驱动电机均安装于基座减少机械腿的惯性。
本发明的一种四足步行机器人，每条机械腿为具有两转一移运动的三自由度的单环并联机械腿，其有益技术效果是：1、设计了一种三自由度驱动系统，所有电机均安装在机身上，减少了机械腿惯性，且易于防护。2、单环并联机械腿结构简单，承载能力好，工作空间大。3、四足步行机器人能够全向运动，运动灵活，运动速度快，地面适应能力强。
附图说明
图1是本发明的一种四足步行机器人的整体结构示意图；
图2是本发明的三自由度单环并联机械腿的结构示意图；
图3是本发明的三自由度驱动系统的结构示意图(一)；
图4是本发明的三自由度驱动系统的结构示意图(二)；
图5是本发明的平行四边形机构的结构示意图；
1.机械腿，2.机械腿，3.机械腿，4.机械腿，5.机身，6.电控模块
7.三自由度驱动系统，8.平行四边形机构，9.足趾
701.基座，702.第一驱动电机支座，703.第一驱动电机，704.第一驱动连杆，705.第四连杆，706.第六连杆，707.第二驱动电机支座，708.第二驱动电机，709.第二驱动连杆，710.第一转轴，711.第五输出连杆，712.公共转轴，713.第七输出连杆，714.第三驱动电机支座，715.第三驱动电机，716.第三驱动连杆，717.第二转轴，718.第三转轴
801.第四转轴，802.第八连杆，803.第五转轴，804，第九输出连杆，805.第六转轴
具体实施方式
为进一步了解本发明提供的一种四足步行机器人，下面结合附图和详细实施例对本发明进行具体阐述。
图1为本发明提供的一种四足步行机器人的整体结构示意图，在图1中，四足步行机器人包括四条机构相同的三自由度单环并联机械腿(1、2、3和4)，机身(5)，电控模块(6)。
图2为本发明提供的三自由度单环并联机械腿(1)的整体结构示意图，在图2中，所述三自由度单环并联机械腿(1)包括三自由度驱动系统(7)、平行四边形机构(8)、足趾(9)。
图3、4为本发明提供的三自由度单环并联机械腿(1)的三自由度驱动系统(7)的结构示意图，在图3、4中，所述三自由度驱动系统(7)包括基座(701)、第一驱动电机支座(702)、第一驱动电机(703)、第一驱动连杆(704)、第四连杆(705)、第六连杆(706)、第二驱动电机支座(707)、第二驱动电机(708)、第二驱动连杆(709)、第一转轴(710)、第五输出连杆(711)、公共转轴(712)、第七输出连杆(713)、第三驱动电机支座(714)、第三驱动电机(715)、第三驱动连杆(716)、第二转轴(717)、第三转轴(718)。第一驱动电机支座(702)通过螺栓固定安装在基座(701)上。第一驱动电机(703)通过螺栓固定安装在第一驱动电机支座(702)上。第一驱动连杆(704)与第一驱动电机(703)输出转轴固定连接。第二驱动电机支座(707)通过螺栓固定安装在基座(701)上。第二驱动电机(708)通过螺栓固定安装在第二驱动电机支座(707)上。第二驱动连杆(709)与第二驱动电机(708)输出转轴固定连接。第四连杆(705)通过第一转轴(710)与第二驱动连杆(709)连接形成转动副。第五输出连杆(711)通过第二转轴(717)与第四连杆(705)连接形成转动副。第三驱动电机支座(714)通过螺栓固定安装在基座(701)上。第三驱动电机(715)通过螺栓固定安装在第三驱动电机支座(714)上。第三驱动连杆(716)与第三驱动电机(715)输出转轴固定连接。第六连杆(706)通过第三转轴(718)与第三驱动连杆(716)连接形成转动副。第七输出连杆(713)与第六连杆(706)连接形成转动副。第一驱动连杆(704)的末端、第五输出连杆(711)、第七输出连杆(713)通过公共转轴(712)连接形成共轴复合转动副。
图5为本发明提供的三自由度单环并联机械腿(1)中的平行四边形机构(8)的结构示意图，在图5中，所述平行四边形机构(8)包括第五输出连杆(711)、公共转轴(712)、第七输出连杆(713)、第四转轴(801)、第八连杆(802)、第五转轴(803)、第九输出连杆(804)、第六转轴(805)。第五输出连杆(711)通过公共转轴(712)与第七输出连杆(713)连接形成转动副。第八连杆(802)通过第四转轴(801)与第七输出连杆(713)连接形成转动副。第九输出连杆(804)通过第六转轴(805)与第五输出连杆(711)连接形成转动副。第九输出连杆(804)通过第五转轴(803)与第八连杆(802)连接形成转动副。
本发明提供的三自由度单环并联机械腿(1)的平行四边形机构(8)的第五输出连杆(711)和三自由度驱动系统(7)的第五输出连杆(711)为同一连杆。平行四边形机构(8)的第七输出连杆(713)和三自由度驱动系统(7)的第七输出连杆(713)为同一连杆。足趾(9)固接在平行四边形机构(8)的第九输出连杆(804)的末端。三自由度单环并联机械腿(1)由三个固定于基座(701)驱动电机(703、708和715)驱动，具有两转一移三个自由度。
本发明的一种四足步行机器人，四条单环并联机械腿(1、2、3和4)通过螺栓固定连接在机身(5)上。电控模块(6)固定安装在机身(5)上，用于控制驱动电机(703、708和715)。所有驱动电机(703、708和715)均安装于基座(701)减少机械腿的惯性。单环并联机械腿(1、2、3和4)具有两转一移运动的三个个自由度，单环并联机械腿(1、2、3和4)结构简单，承载能力好，工作空间大。四足步行机器人运动灵活，运动速度快，地面适应能力强。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此而限制本发明的专利范围，凡是利用说明书及附图内容所作的等效结构或变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种四足步行机器人，它包括机身、四条结构相同的三自由度单环并联机械腿和电控模块，所述每条单环并联机械腿包括三在自由度驱动系统、平行四边形机构和足趾，其特征在于：所述四条单环并联机械腿通过螺栓固定连接在机身上，所述电控模块固定安装在机身上，用于控制驱动电机；所述驱动电机均安装于基座减少机械腿的惯性。
2.根据权利要求1所述的单环并联机械腿，其特征在于：三自由度驱动系统包括基座、第一驱动电机支座、第一驱动电机、第一驱动连杆、第四连杆、第六连杆、第二驱动电机支座、第二驱动电机、第二驱动连杆、第一转轴、第五输出连杆、公共转轴、第七输出连杆、第三驱动电机支座、第三驱动电机、第三驱动连杆、第二转轴和第三转轴，所述第一驱动电机支座通过螺栓固定安装在基座上，所述第一驱动电机通过螺栓固定安装在第一驱动电机支座上，所述第一驱动连杆与第一驱动电机输出转轴固定连接，所述第二驱动电机支座通过螺栓固定安装在基座上，所述第二驱动电机通过螺栓固定安装在第二驱动电机支座上，所述第二驱动连杆与第二驱动电机输出转轴固定连接，所述第四连杆通过第一转轴与第二驱动连杆连接形成转动副，所述第五输出连杆通过第二转轴与第四连杆连接形成转动副，所述第三驱动电机支座通过螺栓固定安装在基座上，所述第三驱动电机通过螺栓固定安装在第三驱动电机支座上，所述第三驱动连杆与第三驱动电机输出转轴固定连接，所述第六连杆通过第三转轴与第三驱动连杆连接形成转动副，所述第七输出连杆与第六连杆连接形成转动副，所述第一驱动连杆的末端、第五输出连杆、第七输出连杆通过公共转轴连接形成共轴复合转动副。
3.根据权利要求1所述的单环并联机械腿，其特征在于：所述平行四边形机构包括第五输出连杆、公共转轴、第七输出连杆、第四转轴、第八连杆、第五转轴、第九输出连杆和第六转轴，所述第五输出连杆通过公共转轴与第七输出连杆连接形成转动副，所述第八连杆通过第四转轴与第七输出连杆连接形成转动副，所述第九输出连杆通过第六转轴与第五输出连杆连接形成转动副，所述第九输出连杆通过第五转轴与第八连杆连接形成转动副；所述平行四边形机构的第五输出连杆和三自由度驱动系统的第五输出连杆为同一连杆；所述平行四边形机构的第七输出连杆和三自由度驱动系统的第七输出连杆为同一连杆；所述足趾固接在平行四边形机构的第九输出连杆的末端；所述单环并联机械腿具有两转一移三个自由度，足趾能够沿三维空间中任意曲线运动。
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