CN113044130B - 腿构型可变的直驱型四足机器人 - Google Patents

Abstract

本申请涉及机器人的技术领域，具体公开一种腿构型可变的直驱型四足机器人，包括躯干部、腿部和髋部；腿部构型可变，共全肘式、全膝式、前肘后膝式、前膝后肘式四种构型，实现多地形环境的腿部构型自适应，实现阶梯、斜坡、崎岖等路况的应用，在实用性上更有优势，与一般腿部构型不可变的四足机器人相比，本发明灵活性更强，自适应带载运送、崎岖路况、斜坡阶梯等多种路况，上下楼梯不必做转身运动，可随时变换构型适应环境所需，不需多次拆卸或改装腿部机构。

Description

腿构型可变的直驱型四足机器人

技术领域

本申请涉及机器人的技术领域，特别涉及一种腿构型可变的直驱型四足机器人。

背景技术

目前，针对四足机器人的研究越来越多，其具有非连续支撑特点，因此能够跨越崎岖复杂的地形，兼顾灵活性、越/避障、多地形自适应等特点，实用性和适用性更好，在军工、巡检、物流等方向具有广阔的应用前景。国外主要有spotmini、anymal等四足机器人，国内主要有laika、绝影等四足机器人，其中spotmini所有关节均安装力/力矩传感器用于测量关节力矩，虽然灵活性较高，但控制系统复杂，实现难度大，且腿部构型单一，只有全肘式构型，不同地形的实用性上较差；anymal机器人采用360°集成关节，集成电机、齿轮、弹簧、驱动器、编码器等部件，可实现不同腿部构型变化，集成度高，结构复杂，控制系统设计困难，其中腿部膝关节安装一体关节，增大了腿部惯量，影响摆腿频率；laika、绝影四足机器人选用无框电机匹配一级行星减速器，肩关节集成2自由度，腿部通过连杆机构传动，实现了低惯量设计，但腿部构型单一不可变，针对不同地形的适应性有限。

专利CN201510273183.3公开一种电驱小型仿生四足机器人，采用交流永磁同步电机直接驱动技术，取消减速器，结构虽然简单，但输出力矩小，只适用于小型化机器人设计，且小腿连杆传动，腿部构型只有前肘后膝一种，运动范围受限，运动步态虽然可以丰富，但缺乏运动灵活性；专利CN201710093433.X公开一种四足机器人单腿机构，采用空心杯电机与大减速比减速器传动机构，同时又增加了外部齿轮传动及带传动，腿部结构刚性必定很低，并且内摩擦力大，通频带宽低，不利于关节力控算法的实现；专利CN201710025569.7公开一种单轴两自由度机器人关节，该关节主要解决高减速比带来的不利于关节力控算法实现的弊端，但只存在理论分析上，并未完全解决该问题，首先该关节只应用电机定子中的霍尔传感器进行关节角度测量，霍尔传感器控制精度低，并且无法记录关节零位，上电需重新寻零，存在上下电后零位突然消失的安全隐患，该专利并未提及任何寻零机构或零位传感器；其次，该关节的第一自由度电机转子安装一级行星减速器，而第二自由度的电机转子直接安装带轮输出，该自由度的输出转矩自然不高，并不能像第一自由度一样承受大负载转矩，应用场合受限；最后，该关节采用成对的行星减速机滚珠轴承，空间利用率低，结构冗余。

发明内容

本发明提供了一种更利于关节力控算法实现的具有关节大转矩输出的高精度运动控制的腿构型可变的直驱型四足机器人，其腿部构型可变，灵活性更强，关节采用单列四点接触轴承支撑，结构更紧凑，采用韦根多圈绝对值编码器，尺寸小无需外挂电池且能精确记录电机转角及关节零位。

为实现上述目的，本发明提供一种腿构型可变的直驱型四足机器人，包括躯干部、腿部和髋部；躯干部用于安装控制系统及供电系统，所述控制系统用于控制腿部和髋部的动作，所述供电系统为所述控制系统、腿部和髋部供电；腿部转动连接在躯干部的外侧，腿部的大腿电机定子壳体上设计有输出转轴，与躯干的凸耳转动连接，腿部中用于驱动大腿和小腿的两个腿部电机相对布置在肩关节处，两个腿部电机的定子分别固定在大腿电机定子壳体和小腿电机定子壳体上，两个腿部电机的转子分别固定在大腿电机转子轴和小腿电机转子轴上；大腿的腿部电机与腿部一级行星减速器直连，腿部一级行星减速器输出端连接大腿转动输出轴，大腿转动输出轴带动大腿旋转，大腿旋转部分由一个四点接触轴承支撑，轴承外圈与大腿电机定子壳体接触，轴承内圈与大腿转动输出轴接触，实现输出轴的旋转支撑，大腿与小腿通过膝关节轴转动连接；小腿的腿部电机与腿部一级行星减速器连接，腿部一级行星减速器输出端与钢丝绳输入端绳轮连接，通过钢丝绳将动力传递至膝关节轴，膝关节轴带动小腿旋转运动；腿部码盘轴转动连接在腿部码盘上，通过腿部码盘安装柱与腿部电机的定子壳体固连，腿部码盘轴输出端固定在腿部电机的转子轴上；髋部固定安装在躯干部内部，髋部电机的定子固定在髋部电机定子壳体上，髋部电机的转子固定在髋部电机转子轴上，髋部电机转子轴连接髋部一级行星减速器，髋部一级行星减速器的输出端连接在髋关节凸盘上；驱动连杆的上端转动连接在髋关节凸盘的凸起上，下端转动连接在腿部，腿部的大腿电机定子壳体上设计有凸耳，连杆与凸耳转动连接，髋关节凸盘带动驱动连杆驱动腿部的侧摆自由度；髋部码盘轴转动连接在髋部码盘上，通过髋部码盘安装柱与髋部电机的定子壳体固连，髋部码盘轴输出端固定在髋部电机的转子轴上。

具体地，钢丝绳上固定设有1号固定柱和2号固定柱，两端固定设有固定头，固定柱和固定头之间滑动穿设有预置螺纹套管，固定头穿过螺纹套管内且卡在螺纹套管的端部；1号固定柱固定在钢丝绳输入端绳轮的1号固定槽内，2号固定柱固定在钢丝绳输入端绳轮的2号固定槽内，两个固定柱之间的距离长于两个固定槽之间的距离；钢丝绳在膝关节轴上缠绕若干圈，两端的预置螺纹套管穿过膝关节轴上的钢丝绳固定凸耳，固定螺母穿过预置螺纹套管并拧紧，将预置螺纹套管固定在钢丝绳固定凸耳上。

具体地，1号固定槽和2号固定槽的夹角为90°；两个所述钢丝绳固定凸耳的夹角为180°。

具体地，腿部码盘和髋部码盘均为多圈绝对值编码器。

具体地，小腿末端安装有橡胶缓冲足端。

具体地，躯干部有4层板，1层板固定安装前端两个髋部，2层板固定安装前端6个驱动器，3层板固定安装后端6个驱动器，4层板固定安装后端两个髋部；2层板和3层板固定在框架上，1层板和4层板通过连接板固连在框架上；框架内部形成长方体空间，空间上方安装控制系统，空间下方安装供电系统；控制系统包括运动控制器、电源转换模块、IMU和端子。

具体地，框架通过侧向加强板和上方加强板加强固连，框架、1层板和4层板均设置有连接腿部的连接凸耳。

具体地，供电系统包括100V锂电池组，100V锂电池组的输出作为控制腿部电机和髋部电机的动力电，100V锂电池组通过电源转换模块转换为24V作为系统控制电给ELMO驱动器、运动控制器和信号转换板供电；8个腿部电机和4个髋部电机由12个100V的ELMO驱动器独立驱动，通过EtherCAT总线与运动控制器通讯，反馈采用多圈绝对值编码器，SSI通讯；足部触地检测选用应变片传感器，输出经过信号转换板转换为TTL电平信号，通过ELMO驱动器的IO接口处理。

具体地，8个腿部电机和4个髋部电机选用力矩电机，配合一级行星减速器，减速比1：6.25。

具体地，两个腿部电机的定子分别粘接在大腿电机定子壳体和小腿电机定子壳体上，两个腿部电机的转子分别粘接在大腿电机转子轴和小腿电机转子轴上；髋部电机的定子粘接在髋部电机定子壳体上，髋部电机的转子粘接在髋部电机转子轴上；1号固定柱、2号固定柱和固定头铆接在钢丝绳上。

本发明具有以下有益效果：

1、双力矩电机匹配双一级行星减速器的结构设计，采用力矩电机直驱的驱控方式，更利于实现关节力矩控制，实现最佳的行走效果，控制系统也相对更容易，输出力矩大，匹配的多圈绝对编码器可以精确记录关节转角及关节零位，各关节采用模块化设计，关重件可复用，便于调试与维护；

2、腿部构型可变，共全肘式、全膝式、前肘后膝式、前膝后肘式四种构型，实现多地形环境的腿部构型自适应，实现阶梯、斜坡、崎岖等路况的应用，在实用性上更有优势，与一般腿部构型不可变的四足机器人相比，本发明灵活性更强，自适应带载运送、崎岖路况、斜坡阶梯等多种路况，上下楼梯不必做转身运动，可随时变换构型适应环境所需，不需多次拆卸或改装腿部机构；

3、腿部通过选用轻量化材质及设计绳传动结构实现整腿轻量化设计，大大降低腿部转动惯量，可以增大摆腿速度，进一步提高行走速度；

4、躯干部分采用铝合金管焊接框架，内部可用空间大，有效利用现有空间，更利于布置驱控系统，可脱离电缆独立控制行走；

5、由于足式机器人具有非连续支撑点的优势，能够跨越崎岖复杂的地形，可以有效解决见轮式、履带等常见移动机器人所不能解决的地形环境，在军工、物流、安保、娱乐等多领域都有叫广阔的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为腿构型可变的直驱型四足机器人的整体结构示意图；

图2为躯干部整体结构示意图；

图3为框架内部组成图；

图4为腿部肩关节剖视图；

图5为腿部爆炸视图；

图6为绳缠绕结构示意图；

图7为绳缠绕输入端固定机构；

图8为绳缠绕输出端细固定张紧机构；

图9为髋关节剖视图；

图10为髋关节爆炸视图；

图11为全肘式腿部构型示意图；

图12为全膝式腿部构型示意图；

图13为前肘后膝式腿部构型示意图；

图14为前膝后肘式腿部构型示意图；

图15为控制系统框图。

图中：1-躯干部；2-腿部；3-髋部；

101-框架；102-连接板；103-1层板；104-焊接凸耳；105-侧向加强板；106-上方加强板；107-2层板；108-4层板；109-控制器；110-电源转换；111-IMU；112-端子；113-驱动器；114-3层板；115-供电系统；

201-腿部电机；202-角接触球轴承；203-腿部码盘安装柱；204-腿部码盘；205-腿部码盘轴；206-腿部一级行星减速器；207-大腿；208-钢丝绳；2081-1号固定柱；2082-2号固定柱；2083-铆接固定头；209-大腿转动输出轴；210-四点接触轴承；211-小腿电机定子壳体；212-四点接触球轴承；213-小腿电机转子轴；214-钢丝绳输入端绳轮；2141-1号固定槽；2142-2号固定槽；215-大腿板；216-小腿；217-足端；218-大腿电机定子壳体；219-大腿电机转子轴；220-膝关节轴；2201-钢丝绳固定凸耳；221-固定螺母；222-预置螺纹套管；301-髋部电机；302-髋电机定子壳体；303-四点接触球轴承；304-髋部电机转子轴；305-驱动连杆；306-髋部电机定子后壳；307-髋关节凸盘；308-髋部一级行星减速器；309-髋部码盘轴；310-髋部码盘；311-髋部码盘安装柱；312-减速器封装板。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

本实施例提供一种腿构型可变的直驱型四足机器人，包括躯干部1、腿部2和髋部3；躯干部1用于安装控制系统及供电系统115，控制系统用于控制腿部2和髋部3的动作，供电系统115为所述控制系统、腿部2和髋部3供电；腿部2转动连接在躯干部1的外侧，腿部2的大腿电机定子壳体218上设计有输出转轴，与躯干的凸耳转动连接，腿部2中用于驱动大腿和小腿的两个腿部电机201相对布置在肩关节处，两个腿部电机201的定子分别固定在大腿电机定子壳体218和小腿电机定子壳体211上，两个腿部电机201的转子分别固定在大腿电机转子轴219和小腿电机转子轴213上；大腿的腿部电机201与腿部一级行星减速器206直连，腿部一级行星减速器206输出端连接大腿转动输出轴209，大腿转动输出轴209带动大腿207旋转，大腿207旋转部分由一个四点接触轴承210支撑，轴承外圈安装在大腿电机定子218上，轴承内圈安装在大腿转动输出轴209上，实现大腿输出轴的旋转支撑，可以有效承载倾覆力矩，该轴承单个应用，为超薄型轴承，可同时承受径向载荷及轴向载荷，结构上更紧凑，其中大腿关节可实现360°旋转，大腿207与小腿216通过膝关节轴220转动连接；小腿的腿部电机201与腿部一级行星减速器206连接，腿部一级行星减速器206输出端与钢丝绳输入端绳轮214连接，通过钢丝绳208将动力传递至膝关节轴220，膝关节轴220带动小腿216旋转运动；腿部码盘轴205转动连接在腿部码盘204上，通过腿部码盘安装柱203与腿部电机201的定子壳体固连，腿部码盘轴205输出端固定在腿部电机201的转子轴上，角接触球轴承202内圈与小腿电机定子壳体211接触，外圈与小腿电机转子轴213接触，四点接触球轴承212内圈与小腿电机转子轴213接触，外圈与钢丝绳输入端绳轮214接触，轴承202与轴承212共同作用实现小腿电机转子轴213的旋转支撑，大腿电机转子轴219的旋转支撑原理于此相同，不再赘述；髋部3固定安装在躯干部1内部，髋部电机301的定子固定在髋部电机定子壳体302上，髋部电机301的转子固定在髋部电机转子轴304上，髋部电机转子轴304连接髋部一级行星减速器308，髋部一级行星减速器308的输出端连接在髋关节凸盘307上；驱动连杆305的上端转动连接在髋关节凸盘307的凸起上，下端转动连接在腿部2，腿部2的大腿电机定子壳体218上设计有凸耳，连杆与凸耳转动连接，髋关节凸盘307带动驱动连杆305驱动腿部2的侧摆自由度；髋部码盘轴309转动连接在髋部码盘310上，通过髋部码盘安装柱311与髋部电机301的定子壳体固连，髋部码盘轴309输出端固定在髋部电机301的转子轴上。角接触球轴承24内圈安装在髋电机定子后壳306，外圈安装在髋关节转子轴304上，四点接触球轴承303内圈安装在髋关节转轴304上，外圈安装在髋关节凸盘307上，两个轴承实现髋关节转子轴的旋转支撑。

本实施例提供的腿构型可变的直驱型四足机器人，腿部2采用模块化设计，四条腿结构相同，每条腿有3个自由度，包括腿外展自由度、大腿旋转自由度、小腿旋转自由度，其中髋部电机301安装在躯干部1内，大腿电机及小腿电机相对布置构成2自由度关节布置在肩关节处，小腿电机通过绳传动实现膝关节旋转，进一步带动小腿旋转，实现腿部低惯量设计。

具体地，钢丝绳208上固定设有1号固定柱2081和2号固定柱2082，两端固定设有固定头2083，固定柱和固定头2083之间滑动穿设有预置螺纹套管222，固定头2083穿过螺纹套管222内且卡在螺纹套管222的端部；1号固定柱2081固定在钢丝绳输入端绳轮214的1号固定槽2141内，2号固定柱2082固定在钢丝绳输入端绳轮214的2号固定槽2142内，两个固定柱之间的距离长于两个固定槽之间的距离，可以实现双向旋转无间隙驱动；钢丝绳208在膝关节轴220上缠绕若干圈，两端的预置螺纹套管222穿过膝关节轴220上的钢丝绳固定凸耳2201，固定螺母221穿过预置螺纹套管222并拧紧，将预置螺纹套管222固定在钢丝绳固定凸耳221上，通过不断拧紧固定螺母221，预置螺纹套管222将拉紧钢丝绳208，从而起到张紧钢丝绳208的作用。该缠绕机构通过1条钢丝绳208即可实现双向无间隙传动及张紧，根据膝关节所需要的运动范围，更改钢丝绳208在膝关节轴220上的缠绕圈数，实现腿部2的不同构型变化、膝关节大角度运动范围并且无需增加过多质量，比如若钢丝绳208缠绕1.5圈，则可旋转540°，去掉钢丝绳208固定间隔角度(钢丝绳固定凸耳2201间隔)比如180°，及张紧机构占用的角度空间，膝关节至少实现±150°运动范围，从而可以实现小腿的大范围转角，实现腿部构型可变，若膝关节需要更大角度的运动空间，只需增加钢丝绳缠绕圈数即可。钢丝绳输入端绳轮214和膝关节轴220分别采用两处固定可以有效避免钢丝绳208沿径向方向的双侧间隙产生。由于采用了钢丝绳传动机构，实现腿部传动机构轻量化，降低了腿部惯量，更利于快速行走。制作钢丝绳208时先铆接1号固定柱2081和2号固定柱2082，然后将预置螺纹套管222分别从钢丝绳208两端套入，可在钢丝绳上自由滑动，最后铆接固定头2083，固定头2083的外径小于预置螺纹套管222的外径，使固定头2083可以卡在螺纹套管222的端部。

具体地，1号固定槽2141和2号固定槽2142的夹角为90°；两个所述钢丝绳固定凸耳2201的夹角为180°。

具体地，腿部码盘204和髋部码盘310均为多圈绝对值编码器，可以记录电机零位及定子和转子之间的转差角，充分利用电机中空轴实现嵌套式安装。优选韦根效应编码器，无需外挂电池且可实现多圈绝对值记录。

具体地，小腿216末端安装有橡胶缓冲足端217。

具体地，躯干部1有4层板，1层板103固定安装前端两个髋部3，2层板107固定安装前端6个驱动器113，3层板114固定安装后端6个驱动器113，4层板108固定安装后端两个髋部3；2层板107和3层板114固定在框架101上，1层板103和4层板108通过连接板102固连在框架101上；框架101内部形成长方体空间，空间上方安装控制系统，空间下方安装供电系统115；控制系统包括运动控制器109、电源转换模块110、IMU111和端子112。2层板107与3层板114兼作驱动器113的安装板和散热板，供电系统115安装在中间靠下位置保，降低躯干部1重心提高平稳性，控制系统安装在供电系统115上方，方便布线及调试维护。

具体地，框架101通过侧向加强板105和上方加强板106加强固连，进一步增加稳固性。框架101、1层板103和4层板108均设置有连接腿部2的连接凸耳104。框架101采用铝合金焊架构成长方体空间，2层板107和3层板114为铝板焊接在框架101上，1层板103和4层板108为铝板通过碳纤维材质的连接板102固连在框架101上。连接凸耳104焊接在框架101、1层板103和4层板108上。

具体地，供电系统115包括100V锂电池组，100V锂电池组的输出作为控制腿部电机201和髋部电机301的动力电，100V锂电池组通过电源转换模块110转换为24V作为系统控制电给ELMO驱动器、运动控制器109和信号转换板供电；8个腿部电机201和4个髋部电机301由12个100V的ELMO驱动器独立驱动，通过EtherCAT总线与运动控制器109通讯，反馈采用多圈绝对值编码器，SSI通讯；足部触地检测选用应变片传感器，输出经过信号转换板转换为TTL电平信号，通过ELMO驱动器的IO接口处理。

具体地，8个腿部电机201和4个髋部电机301选用力矩电机，配合一级行星减速器，减速比1：6.25。由于选用小减速比传动，可认为是直驱型关节，更利于实现关节力矩控制，控制系统相对更简单易实现。

具体地，两个腿部电机201的定子分别粘接在大腿电机定子壳体218和小腿电机定子壳体211上，两个腿部电机201的转子分别粘接在大腿电机转子轴219和小腿电机转子轴213上；髋部电机301的定子粘接在髋部电机定子壳体302上，髋部电机301的转子粘接在髋部电机转子轴304上；1号固定柱2081、2号固定柱2082和固定头2083铆接在钢丝绳208上。

上述腿部构型可变的直驱型四足机器人具备全肘式、全膝式、前肘后膝式、前膝后肘式四种构型，如遇阶梯环境，全肘式适用于上楼梯，全膝式适用于下楼梯，均是为了更好的避免腿部与前方障碍干涉碰撞；如遇崎岖环境，适用于前肘后膝式，此时为全对称结构，具有更好的被控性能；当需要带载时可变化为前膝后肘式，在躯干处会留出更多载货空间。上述机器人的机械腿灵活性更强，常见的四足机器人多为腿部单一构型不可变，应用环境及应用空间上会有所受限，如全肘式构型只能上楼梯，下楼梯时需要身体转过180°方能实现下楼梯，否则楼梯会与腿部干涉碰撞且不利于运动控制；再如前肘后膝式虽然被控性能好，但占用躯干下方空间，在物资运输方面并不占优势，而前膝后肘式构型的躯干空间方可充分利用，本专利腿部构型可变，在地形适应性及实际应用上具有较大的新颖性。此外本专利采用力矩电机直驱型关节设计，肩部设计双自由度，通过绳传动将动力传递至膝关节，电机全部上移至肩关节，有效实现腿部低惯量设计，更利于提高摆腿频率，实现快速奔跑。双电机+双行星减速器+双多圈绝对值编码器对称布置，一级小减速比行星减速器的应用减小关节内摩擦力，韦根多圈绝对值编码器的应用实现关节转角的准确测量及零位标定。躯干部1采用铝合金焊接框架，配合碳纤维板固定安装，有效减重设计，内部安装驱动器、运动控制器109、电池等全部控制系统，可实现脱离电缆独立行走。内置运动控制器109实现四足机器人运动规划、关节电机控制等功能。电源采用100V锂电池组，100V输出作为电机控制的动力电，100V通过电源模块转换为24V作为系统控制电给ELMO驱动器、运动控制器、信号转换板供电。12个关节电机由12个100V的ELMO驱动器独立驱动，通过EtherCAT总线与运动控制器通讯，反馈采用多圈绝对值编码器，SSI通讯。足部触地检测选用应变片传感器，输出经过信号转换板转换为TTL电平信号，通过ELMO驱动器的IO接口处理。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，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 (9)

1.一种腿构型可变的直驱型四足机器人，其特征在于，包括躯干部(1)、腿部(2)和髋部(3)；

所述躯干部(1)用于安装控制系统及供电系统(115)，所述控制系统用于控制腿部(2)和髋部(3)的动作，所述供电系统(115)为所述控制系统、腿部(2)和髋部(3)供电；

所述腿部(2)中的大腿电机定子壳体(218)上设计有输出转轴，转动连接在躯干部(1)的外侧，腿部(2)中用于驱动大腿和小腿的两个腿部电机(201)相对布置在肩关节处，两个腿部电机(201)的定子分别固定在大腿电机定子壳体(218)和小腿电机定子壳体(211)上，两个腿部电机(201)的转子分别固定在大腿电机转子轴(219)和小腿电机转子轴(213)上；

大腿的腿部电机(201)与腿部一级行星减速器(206)直连，腿部一级行星减速器(206)输出端连接大腿转动输出轴(209)，大腿转动输出轴(209)带动大腿(207)旋转，大腿(207)旋转部分由一个四点接触轴承(210)支撑，轴承外圈安装在大腿电机定子壳体(218)上，轴承内圈安装在大腿转动输出轴(209)上，实现输出轴的旋转支撑，大腿(207)与小腿(216)通过膝关节轴(220)转动连接；

小腿的腿部电机(201)与腿部一级行星减速器(206)连接，腿部一级行星减速器(206)输出端与钢丝绳输入端绳轮(214)连接，通过钢丝绳(208)将动力传递至膝关节轴(220)，膝关节轴(220)带动小腿(216)旋转运动；所述钢丝绳(208)上固定设有1号固定柱(2081)和2号固定柱(2082)，两端固定设有固定头(2083)，固定柱和固定头(2083)之间滑动穿设有预置螺纹套管(222)，固定头(2083)穿过螺纹套管(222)内且卡在螺纹套管(222)的端部；

所述1号固定柱(2081)固定在钢丝绳输入端绳轮(214)的1号固定槽(2141)内，2号固定柱(2082)固定在钢丝绳输入端绳轮(214)的2号固定槽(2142)内，两个固定柱之间的距离长于两个固定槽之间的距离；

所述钢丝绳(208)在膝关节轴(220)上缠绕若干圈，两端的预置螺纹套管(222)穿过膝关节轴(220)上的钢丝绳固定凸耳(2201)，固定螺母(221)穿过预置螺纹套管(222)并拧紧，将预置螺纹套管(222)固定在钢丝绳固定凸耳(2201)上；

腿部码盘轴(205)转动连接在腿部码盘(204)上，通过腿部码盘安装柱(203)与腿部电机(201)的定子壳体固连，腿部码盘轴(205)输出端固定在腿部电机(201)的转子轴上；

所述髋部(3)固定安装在躯干部(1)内部，髋部电机(301)的定子固定在髋部电机定子壳体(302)上，髋部电机(301)的转子固定在髋部电机转子轴(304)上，髋部电机转子轴(304)连接髋部一级行星减速器(308)，髋部一级行星减速器(308)的输出端连接在髋关节凸盘(307)上；

驱动连杆(305)的上端转动连接在髋关节凸盘(307)的凸起上，下端转动连接在腿部(2)中的大腿电机定子壳体(218)上的凸耳处，髋关节凸盘(307)带动驱动连杆(305)驱动腿部(2)的侧摆自由度；

髋部码盘轴(309)转动连接在髋部码盘(310)上，通过髋部码盘安装柱(311)与髋部电机(301)的定子壳体固连，髋部码盘轴(309)输出端固定在髋部电机(301)的转子轴上。

2.如权利要求1所述的腿构型可变的直驱型四足机器人，其特征在于，所述1号固定槽(2141)和2号固定槽(2142)的夹角为90°；

两个所述钢丝绳固定凸耳(2201)的夹角为180°。

3.如权利要求1所述的腿构型可变的直驱型四足机器人，其特征在于，所述腿部码盘(204)和髋部码盘(310)均为多圈绝对值编码器。

4.如权利要求1所述的腿构型可变的直驱型四足机器人，其特征在于，所述小腿(216)末端安装有橡胶缓冲足端(217)。

5.如权利要求1所述的腿构型可变的直驱型四足机器人，其特征在于，所述躯干部(1)有4层板，1层板(103)固定安装前端两个髋部(3)，2层板(107)固定安装前端6个驱动器(113)，3层板(114)固定安装后端6个驱动器(113)，4层板(108)固定安装后端两个髋部(3)；

所述2层板(107)和3层板(114)固定在框架(101)上，1层板(103)和4层板(108)通过连接板(102)固连在框架(101)上；

所述框架(101)内部形成长方体空间，空间上方安装控制系统，空间下方安装供电系统(115)；

所述控制系统包括运动控制器(109)、电源转换模块(110)、IMU(111)和端子(112)。

6.如权利要求5所述的腿构型可变的直驱型四足机器人，其特征在于，所述框架(101)通过侧向加强板(105)和上方加强板(106)加强固连，框架(101)、1层板(103)和4层板(108)均设置有连接腿部(2)的连接凸耳(104)。

7.如权利要求5所述的腿构型可变的直驱型四足机器人，其特征在于，所述供电系统(115)包括100V锂电池组，100V锂电池组的输出作为控制腿部电机(201)和髋部电机(301)的动力电，100V锂电池组通过电源转换模块(110)转换为24V作为系统控制电给ELMO驱动器、运动控制器(109)和信号转换板供电；

8个腿部电机(201)和4个髋部电机(301)由12个100V的ELMO驱动器独立驱动，通过EtherCAT总线与运动控制器(109)通讯，反馈采用多圈绝对值编码器，SSI通讯；

足部触地检测选用应变片传感器，输出经过信号转换板转换为TTL电平信号，通过ELMO驱动器的IO接口处理。

8.如权利要求7所述的腿构型可变的直驱型四足机器人，其特征在于，8个腿部电机(201)和4个髋部电机(301)选用力矩电机，配合一级行星减速器，减速比1：6.25。

9.如权利要求1所述的腿构型可变的直驱型四足机器人，其特征在于，两个腿部电机(201)的定子分别粘接在大腿电机定子壳体(218)和小腿电机定子壳体(211)上，两个腿部电机(201)的转子分别粘接在大腿电机转子轴(219)和小腿电机转子轴(213)上；

髋部电机(301)的定子粘接在髋部电机定子壳体(302)上，髋部电机(301)的转子粘接在髋部电机转子轴(304)上；

1号固定柱(2081)、2号固定柱(2082)和固定头(2083)铆接在钢丝绳(208)上。

Images