CN113147948B - 一种步履式极地科考机器人的足部机构 - Google Patents

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Abstract

一种步履式极地科考机器人的足部机构，属于南极科考作业装备技术领域，特征是顶部通过小腿连接板与机器人的小腿相连接，底部通过回转支承与机器人履带底盘相接，中上部安装有十字轴承和电动气缸实现控制履带底盘的俯仰和侧倾运动，中下部安装有伺服电机、谐波减速器和回转支撑实现履带底盘抬起时的回转运动，中部安装四根压缩弹簧，实现足部机构的减震和复位功能。整个机构的优点是实现了对履带底盘三个转动自由度的控制要求，该机器人足部能够根据地况调整足端状态，满足机器人对足部机构高承载和快速移动的需求。

Description

一种步履式极地科考机器人的足部机构
技术领域
本发明属于极地科考作业装备技术领域，具体涉及一种步履式极地科考机器人的足部机构。
背景技术
南极科考机械装备正向着大型化、深入冰盖内陆方向发展。设计出适应南极科考服役条件的大型机器人行走机构，对于在南极冰盖内陆展开全气候科考具有重要战略意义。目前南极科考机器人多为纯履带式和轮式移动机器人，这些机器人的足部为履带或车轮，具有移动迅速、承载力高等优点，缺点是无法适应崎岖地形，和跨越极地中的冰裂隙等障碍。目前，在工程机械领域设计并制造有步履式机器人，其行走机构为腿和轮的组合，克服了纯履带式和轮式行走机构不能在复杂地形下行走的缺点，但仍然存在足部机构自由度较少、转向速度缓慢、机器人的位姿调整困难等缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种步履式极地科考机器人的足部机构，可有效地克服现有技术存在的缺点。
本发明是这样实现的：如图1、2所示，其特征是包括有：回转支撑15、下连接板10、法兰盘13、谐波减速器9、伺服电机7、第一、第二、第三、第四电动气缸4.1、4.2、4.3、4.4、十字轴承6、小腿连接板1、压缩弹簧5。其连接关系是：法兰盘13放置在回转支撑15内圈上面，通过第四连接螺栓组14与履带底盘16相连接，下连接板10通过第二连接螺栓组11与回转支撑15的外圈相连接，谐波减速器9的钢轮通过第一连接螺栓组8固定连接在下连接板10的中部上面；谐波减速器9的柔轮通过第三连接螺栓组12与法兰盘13连接；伺服电机7安装在谐波减速器9上面；第一、第二、第三、第四压缩弹簧5.1、5.2、5.3、5.4分别安装在小腿连接板上的弹簧底座1.2和下连接板上的弹簧底座10.2内，小腿连接板1通过小腿螺栓连接孔1.1与机器人的小腿连接；十字轴承6的左、右轴承6.3、6.3´分别套装在小腿连接板1左、右立板1.3、1.3´上的轴承孔内，并通过卡簧2锁定，十字轴承的前、后轴承6.5、6.5´分别套装在下连接板10的前、后立板10.1、10.1´上的轴承孔内，并通过卡簧2锁定；第一、第二电动气缸4.1、4.2的上端分别通过连接座3与小腿连接板1下面前、后面相铰接，其下端分别通过连接座3与十字轴承中间体6.1的前、后面相铰接；第三、四电动气缸4.3、4.4下端分别通过连接座3与下连接板10上的左、右面上相铰接，其上端分别通过连接座3与十字轴承中间体6.1左、右面相铰接。
本发明优点及有益效果是：足部机构实现了对履带底盘三个转动自由度的控制要求，其中通过主、被动控制电动气缸，实现履带底盘俯仰、侧倾幅度的控制，采用四根压缩弹簧实现履带底盘减震和自复位功能；伺服电机、谐波减速器、回转支撑实现履带底盘被抬起时的回转功能，便于机器人转向。整个步履式机器人的足部机构可根据南极不同路况，灵活调整履带底盘位姿来满足机器人步行行进模式或履带行进模式，极大提高机器人运动过程中的稳定性和环境通过性，降低了机器人适应南极复杂地形的难度，扩大了南极科考范围。
附图说明
图1为本发明总装结构示意图
图2为本发明总装结构爆炸示意图
图3为本发明结构正视图
图4为图3中A-A剖视图
图5为小腿连接板轴测图
图6为小腿连接板的俯视图
图7为下连接板的轴测图
图8为下连接板的俯视图
图9为十字轴承轴测图
图中：1-小腿连接板，1.1-小腿螺栓连接孔，1.2-弹簧底座，1.3、1.3´-小腿连接板的左、右立板，2-卡簧，3-连接座，4.1、4.2、4.3、4.4-第一、第二、第三、第四电动气缸，5－压缩弹簧，5.1、5.2、5.3、5.4-第一、第二、第三、第四压缩弹簧，6－十字轴承，6.1-十字轴承中间体，6.2、6.2´-十字轴承轴的左、右端，6.3、6.3´-左、右轴承，6.4、6.4´-十字轴承轴的前、后端，6.5、6.5´-前、后轴承，7-伺服电机，8-第一连接螺栓组，9-谐波减速器，10-下连接板，10.1、10.1´-下连接板的前、后立板，10.2－下连接板的弹簧底座，11-第二连接螺栓组，12-第三连接螺栓组，13-法兰盘，14-第四连接螺栓组，15-回转支撑，16-履带底盘。
具体实施方式
附图1、2、3、4、5、6、7、8、9是本发明的一个实施例，足部机构控制特征在于：
足部机构主动控制：当极地科考机器人行驶在凹凸不平的雪地路面或者遇到冰裂隙时，机器人采用步行模式运动，该模式是通过摆动机器人肢腿来实现机器人运动，此模式下履带式足部机构通过四个电动气缸4协同伸缩，大幅度调整履带底盘16的俯仰、侧倾的角度来适应地形，提高机器人行驶时的稳定性；当履带足部机构沉陷入雪地或掉入冰裂隙时，可通过驱动第一、第二、第三、第四电动气缸电动气缸4.1、4.2、4.3、4.4和伺服电机7，实现履带底盘16俯仰、侧倾、回转，调整履带底盘16的姿态，便于履带底盘脱离困境；当机器人需要转向时，伺服电机7和履带底盘16内部电机同时配合转动履带足，实现机器人转向。
足部机构主、被动控制：当极地科考机器人行驶在相对平坦的雪地路面时，机器人采用履带模式运动，该模式下机器人的肢腿固定，通过履带底盘自带的电机实现履带底盘的移动，从而带动机器人移动。此模式下电动气缸处于自由伸缩状态，通过电动气缸在地形的作用下被动伸缩，小幅度调整履带底盘16的俯仰、侧倾的角度来适应地形，同时配合压缩弹簧实现履带底盘在行进过程中减震和自复位的功能；当机器人需要转向时，伺服电机7和履带底盘16内部电机同时配合转动履带足，实现机器人转向。

Claims (1)

1.一种步履式极地科考机器人足部机构，其特征是包括有：回转支撑（15）、下连接板（10）、法兰盘（13）、谐波减速器（9）、伺服电机（7）、第一、第二、第三、第四电动气缸（4.1、4.2、4.3、4.4）、十字轴承（6）、小腿连接板（1）、压缩弹簧（5），其连接关系是：法兰盘（13）放置在回转支撑（15）内圈上面，通过第四连接螺栓组（14）与履带底盘（16）相连接，下连接板（10）通过第二连接螺栓组（11）与回转支撑（15）的外圈相连接，谐波减速器（9）的钢轮通过第一连接螺栓组（8）固定连接在下连接板（10）的中部上面；谐波减速器（9）的柔轮通过第三连接螺栓组（12）与法兰盘（13）连接；伺服电机（7）安装在谐波减速器（9）上面；第一、第二、第三、第四压缩弹簧（5.1、5.2、5.3、5.4）分别安装在小腿连接板上的弹簧底座（1.2）和下连接板上的弹簧底座（10.2）内，小腿连接板（1）通过小腿螺栓连接孔（1.1）与机器人的小腿连接；十字轴承（6）的左、右轴承（6.3、6.3´）分别套装在小腿连接板（1）左、右立板（1.3、1.3´）上的轴承孔内，并通过卡簧（2）锁定，十字轴承（6）的前、后轴承（6.5、6.5´）分别套装在下连接板（10）前、后立板（10.1、10.1´)上的轴承孔内，并通过卡簧（2）锁定；第一、第二电动气缸（4.1、4.2）的上端分别通过连接座（3）与小腿连接板（1）下面前、后面相铰接，其下端分别通过连接座（3）与十字轴承中间体（6.1）的前、后面相铰接；第三、四电动气缸（4.3、4.4）下端分别通过连接座（3）与下连接板（10）上的左、右面上相铰接，其上端分别通过连接座（3）与十字轴承中间体（6.1）左、右面相铰接。
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