CN114435506A - 一种部分耦合的六自由度广义并联机械腿机构 - Google Patents

一种部分耦合的六自由度广义并联机械腿机构 Download PDF

Info

Publication number
CN114435506A
CN114435506A CN202210156838.4A CN202210156838A CN114435506A CN 114435506 A CN114435506 A CN 114435506A CN 202210156838 A CN202210156838 A CN 202210156838A CN 114435506 A CN114435506 A CN 114435506A
Authority
CN
China
Prior art keywords
metal block
degree
freedom
joint platform
leg mechanism
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210156838.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114435506B (zh
Inventor
夏志豪
张丹
陈艳瑜
刘健
吴陈炜
马威战
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fudan University
Original Assignee
Fudan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fudan University filed Critical Fudan University
Priority to CN202210156838.4A priority Critical patent/CN114435506B/zh
Publication of CN114435506A publication Critical patent/CN114435506A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114435506B publication Critical patent/CN114435506B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Rehabilitation Tools (AREA)

Abstract

本发明涉及一种部分耦合的六自由度广义并联机械腿机构，可以分为上、下两部分；上半部分包括：髋关节基座，第一支链，被动支链，膝关节平台；下半部分包括：第二支链，踝关节平台。髋关节基座包含三个转动驱动电机、电机套、髋关节平台；转动驱动电机通过电机套固定在髋关节平台上；第一支链包括第一虎克铰、第二驱动电机、联轴器、丝杠、滑动金属块等；第二支链包括第二虎克铰上、支链杆件和第三虎克铰等。与现有技术相比，本发明具有多自由度、低惯量，易控制等优点。

Description

一种部分耦合的六自由度广义并联机械腿机构
技术领域
本发明涉及双足机器人领域，尤其是涉及一种部分耦合的六自由度广义并联机械腿机构。
背景技术
双足机器人作为一种典型的仿人机器人，其研究的不断深入有助于双足机器人能够更好地代替人类，在实验室、矿井、反恐等场景下完成一系列人类活动，这也意味着这类机器人可以在不需要进行任何改变的情况下完美地适应人类工作环境，使其具备更高的普适性。与此同时，由于双足机器人的结构与控制策略相较于其他机器人更为精妙与复杂，双足机器人行走运动的探索有助于人类对自身的运动有一个更深层次的认知。因此需要研发一种高自由度的机械腿变为迫切需要。
发明内容
本发明的目的就是为了提供一种部分耦合的六自由度广义并联机械腿机构。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种部分耦合的六自由度广义并联机械腿机构，包括髋关节基座、三根第一支链、被动支链、膝关节平台、三根第二支链和踝关节平台；
所述髋关节基座包括髋关节平台和三个设于髋关节平台上并等角度分布的转动驱动电机，
所述第一支链包括第一虎克铰、第二驱动电机、丝杆、电机金属块、固定导向杆、固定金属块、滑动金属块、滑动导向杆和第一球副，所述第二驱动电机通过第一虎克铰安装于髋关节平台上，且三个第一支链的第一虎克铰分别与三个转动驱动电机连接，所述丝杆的一端连接所述第二驱动电机的输出端，穿过所述滑动金属块并与之啮合，所述电机金属块固连所述第二驱动电机，所述固定导向杆穿过所述滑动金属块后，两端分别连接电机金属块和固定金属块，并与丝杆平行设置，所述滑动导向杆穿过所述固定金属块后，两端分别连接滑动金属块和第一球副，
所述第二支链包括支链杆件，以及分别设于支链杆件两端的第三虎克铰和第三虎克铰，所述膝关节平台的一侧与所述第一球副连接，另一侧与所述第三虎克铰连接，所述第三虎克铰连接所述踝关节平台，所述被动支链的一端通过第二球副连接至髋关节基座的中心，另一端连接至其中一个第二支链并构成转动副。
所述被动支链呈L形，长臂的末端连接至髋关节平台，且短臂末端呈分叉状。
所述第一虎克铰包括第一框架和第二框架，所述第一框架套设于第二驱动电机外侧，连接于第二框架内并构成转动副，第二框架连接于髋关节平台内并构成转动副。
所述第一支链还包括联轴器，所述第二驱动电机通过该联轴器连接丝杆，且所述电机金属块套设于联轴器外侧。
所述丝杆插入至固定金属块中并相对滑动。
所述丝杆通过轴承连接于固定金属块中。
所述固定导向杆共设有两根。
所述滑动导向杆共设有两根。
所述膝关节平台为n字形。
所述踝关节平台位三角形板件。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：具有多自由度、低惯量，易控制的特点：该机构一共具有六个自由度，三个转动驱动电机为三个第一虎克铰提供旋转运动，三个第二驱动电机为滑块组件提供移动运动，六个驱动电机的安装位置都处在髋关节基座，这样设计降低了机械腿的惯量。当六个驱动电机开始转动，通过相互配合运动，将为膝关节平台提供x、y、z方向上的三个转动自由度与三个移动自由度。其中x、y方向上的移动自由度以及z方向上的转动自由度可以等效为髋关节平台处的三个旋转自由度；z方向上的移动自由度通过被动支链的运动约束，可以等效为膝关节平台处的转动自由度；x、y方向上的转动自由度可以通过三个第二支链等效为踝关节平台处的旋转自由度。通过改变驱动电机的输入可以控制机械腿实现曲腿、迈腿、翻脚掌等操作。
附图说明
图1为本发明的部分耦合的六自由度广义并联机械腿机构的结构示意图；
图2为本发明的部分耦合的六自由度广义并联机械腿机构某一动作时的结构示意图；
图3为本发明的部分耦合的六自由度广义并联机械腿机构结构分解示意图；
图4为本发明的髋关节基座结构分解示意图；
图5为本发明的第一支链结构分解示意图；
图6为本发明的第二支链结构分解示意图；
其中：1、髋关节基座，2、第一支链，3、被动支链，4、膝关节平台，5、第二支链，6、踝关节平台，11、髋关节平台，12、电机套，13、转动驱动电机，211、第一框架，212、第二框架，22、第二驱动电机，23、联轴器，24、丝杆，25、电机金属块，26、固定导向杆，27、固定金属块，28、滑动金属块，29、滑动导向杆，210、第一球副，51、第三虎克铰，52、支链杆件，53、第三虎克铰。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种部分耦合的六自由度广义并联机械腿机构，如图1至图3所示，包括髋关节基座1、三根第一支链2、被动支链3、膝关节平台4、三根第二支链5和踝关节平台6；
如图4所示，髋关节基座1包括髋关节平台11和三个设于髋关节平台11上并等角度分布的转动驱动电机13，
如图5所示，第一支链2包括第一虎克铰、第二驱动电机22、丝杆24、电机金属块25、固定导向杆26、固定金属块27、滑动金属块28、滑动导向杆29和第一球副210，第二驱动电机22通过第一虎克铰安装于髋关节平台11上，且三个第一支链2的第一虎克铰分别与三个转动驱动电机13连接，丝杆24的一端连接第二驱动电机22的输出端，穿过滑动金属块28并与之啮合，电机金属块25固连第二驱动电机22，固定导向杆26穿过滑动金属块28后，两端分别连接电机金属块25和固定金属块27，并与丝杆24平行设置，滑动导向杆29穿过固定金属块27后，两端分别连接滑动金属块28和第一球副210，
如图6所示，第二支链5包括支链杆件52，以及分别设于支链杆件52两端的第三虎克铰51和第三虎克铰53，膝关节平台4的一侧与第一球副210连接，另一侧与第三虎克铰51连接，第三虎克铰53连接踝关节平台6，被动支链3的一端通过第二球副连接至髋关节基座1的中心，另一端连接至其中一个第二支链5并构成转动副。
本实施例中，被动支链3呈L形，长臂的末端连接至髋关节平台11，且短臂末端呈分叉状，第一虎克铰包括第一框架211和第二框架212，第一框架211套设于第二驱动电机22外侧，连接于第二框架212内并构成转动副，第二框架212连接于髋关节平台11内并构成转动副。
本实施例中，第一支链2还包括联轴器23，第二驱动电机22通过该联轴器23连接丝杆24，且电机金属块25套设于联轴器23外侧，如此，可以实现更加稳定的转矩传导，此外，丝杆24插入至固定金属块27中并相对滑动，可以实现对于丝杆24的限位，避免丝杆24的轴向发生偏移，且在一些其他实施方式中，为了提高结构的稳定性，丝杆24还可以通过轴承连接于固定金属块27中。
本实施例中，固定导向杆26共设有两根，并且本实施例中，滑动导向杆29共设有两根，两根固定导向杆26和两根滑动导向杆29位于正方向的四条边的中点处，且两根固定导向杆26所处的边为相对的两个边，同理，两根滑动导向杆29所处的两条边也为相对的两个边。
本实施例中，膝关节平台4为n字形，被动支链3从其中空部分穿过。
本实施例中，踝关节平台6位三角形板件。
整体上，低惯量是由于六个驱动电机的安装位置全部集中在髋关节基座上，下方膝关节基座以及踝关节基座的运动是通过连杆进行传递，故该机构具有低惯量的优点。该机构一共具有六个自由度，三个转动驱动电机11为三个第一虎克铰提供旋转运动，三个第二驱动电机22作为移动驱动电机，为由滑动金属块、滑动导向杆、第一球副组成的滑块组件提供移动运动。当六个驱动电机开始转动，通过相互配合运动，将为膝关节平台4提供x、y、z方向上的三个转动自由度与三个移动自由度。其中x、y方向上的移动自由度以及z方向上的转动自由度可以等效为髋关节平台1处的三个旋转自由度；z方向上的移动自由度通过被动支链3的运动约束，可以等效为膝关节平台4处的转动自由度；x、y方向上的转动自由度可以通过三个第二支链5等效为踝关节平台6处的旋转自由度。通过改变驱动电机的输入可以控制机械腿实现曲腿、迈腿、翻脚掌等操作。

Claims (10)

1.一种部分耦合的六自由度广义并联机械腿机构，其特征在于，包括髋关节基座(1)、三根第一支链(2)、被动支链(3)、膝关节平台(4)、三根第二支链(5)和踝关节平台(6)；
所述髋关节基座(1)包括髋关节平台(11)和三个设于髋关节平台(11)上并等角度分布的转动驱动电机(13)，
所述第一支链(2)包括第一虎克铰、第二驱动电机(22)、丝杆(24)、电机金属块(25)、固定导向杆(26)、固定金属块(27)、滑动金属块(28)、滑动导向杆(29)和第一球副(210)，所述第二驱动电机(22)通过第一虎克铰安装于髋关节平台(11)上，且三个第一支链(2)的第一虎克铰分别与三个转动驱动电机(13)连接，所述丝杆(24)的一端连接所述第二驱动电机(22)的输出端，穿过所述滑动金属块(28)并与之啮合，所述电机金属块(25)固连所述第二驱动电机(22)，所述固定导向杆(26)穿过所述滑动金属块(28)后，两端分别连接电机金属块(25)和固定金属块(27)，并与丝杆(24)平行设置，所述滑动导向杆(29)穿过所述固定金属块(27)后，两端分别连接滑动金属块(28)和第一球副(210)，
所述第二支链(5)包括支链杆件(52)，以及分别设于支链杆件(52)两端的第三虎克铰(51)和第三虎克铰(53)，所述膝关节平台(4)的一侧与所述第一球副(210)连接，另一侧与所述第三虎克铰(51)连接，所述第三虎克铰(53)连接所述踝关节平台(6)，所述被动支链(3)的一端通过第二球副连接至髋关节基座(1)的中心，另一端连接至其中一个第二支链(5)并构成转动副。
2.根据权利要求1所述的一种部分耦合的六自由度广义并联机械腿机构，其特征在于，所述被动支链(3)呈L形，长臂的末端连接至髋关节平台(11)，且短臂末端呈分叉状。
3.根据权利要求1所述的一种部分耦合的六自由度广义并联机械腿机构，其特征在于，所述第一虎克铰包括第一框架(211)和第二框架(212)，所述第一框架套设于第二驱动电机(22)外侧，连接于第二框架(212)内并构成转动副，第二框架(212)连接于髋关节平台(11)内并构成转动副。
4.根据权利要求1所述的一种部分耦合的六自由度广义并联机械腿机构，其特征在于，所述第一支链(2)还包括联轴器(23)，所述第二驱动电机(22)通过该联轴器(23)连接丝杆(24)，且所述电机金属块(25)套设于联轴器(23)外侧。
5.根据权利要求1所述的一种部分耦合的六自由度广义并联机械腿机构，其特征在于，所述丝杆(24)插入至固定金属块(27)中并相对滑动。
6.根据权利要求5所述的一种部分耦合的六自由度广义并联机械腿机构，其特征在于，所述丝杆(24)通过轴承连接于固定金属块(27)中。
7.根据权利要求1所述的一种部分耦合的六自由度广义并联机械腿机构，其特征在于，所述固定导向杆(26)共设有两根。
8.根据权利要求1或7所述的一种部分耦合的六自由度广义并联机械腿机构，其特征在于，所述滑动导向杆(29)共设有两根。
9.根据权利要求1所述的一种部分耦合的六自由度广义并联机械腿机构，其特征在于，所述膝关节平台(4)为n字形。
10.根据权利要求1所述的一种部分耦合的六自由度广义并联机械腿机构，其特征在于，所述踝关节平台(6)位三角形板件。
CN202210156838.4A 2022-02-21 2022-02-21 一种部分耦合的六自由度广义并联机械腿机构 Active CN114435506B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210156838.4A CN114435506B (zh) 2022-02-21 2022-02-21 一种部分耦合的六自由度广义并联机械腿机构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210156838.4A CN114435506B (zh) 2022-02-21 2022-02-21 一种部分耦合的六自由度广义并联机械腿机构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114435506A true CN114435506A (zh) 2022-05-06
CN114435506B CN114435506B (zh) 2024-01-26

Family

ID=81373237

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210156838.4A Active CN114435506B (zh) 2022-02-21 2022-02-21 一种部分耦合的六自由度广义并联机械腿机构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114435506B (zh)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001081791A1 (fr) * 2000-04-21 2001-11-01 Centre National De La Recherche Scientifique Actionneur conçu pour des structures articulées, telles que des membres de robot marcheur
US6516681B1 (en) * 1999-09-17 2003-02-11 Francois Pierrot Four-degree-of-freedom parallel robot
JP2003266337A (ja) * 2002-03-11 2003-09-24 National Institute Of Advanced Industrial & Technology ２足歩行ロボット
JP2006043871A (ja) * 2004-06-28 2006-02-16 Rikogaku Shinkokai 歩行装置
DE102004058450A1 (de) * 2004-12-03 2006-06-08 Hartmut Friedrich Bewegungsvorrichtung mit Seriell-Parallel-Struktur
CN102166751A (zh) * 2011-05-20 2011-08-31 汕头大学 少支链六自由度并联机器人
CN108656078A (zh) * 2018-04-04 2018-10-16 中国计量大学 一种三转一移并联机构
CN110353949A (zh) * 2019-08-08 2019-10-22 北京交通大学 一种基于变胞并联机构的主动型膝踝关节假肢机构
CN110522538A (zh) * 2019-09-05 2019-12-03 北京交通大学 一种基于含约束支链的髋假体并联机构的下肢假肢
CN113135241A (zh) * 2021-04-23 2021-07-20 中国北方车辆研究所 一种四足机器人仿生腿部机构

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6516681B1 (en) * 1999-09-17 2003-02-11 Francois Pierrot Four-degree-of-freedom parallel robot
WO2001081791A1 (fr) * 2000-04-21 2001-11-01 Centre National De La Recherche Scientifique Actionneur conçu pour des structures articulées, telles que des membres de robot marcheur
JP2003266337A (ja) * 2002-03-11 2003-09-24 National Institute Of Advanced Industrial & Technology ２足歩行ロボット
JP2006043871A (ja) * 2004-06-28 2006-02-16 Rikogaku Shinkokai 歩行装置
DE102004058450A1 (de) * 2004-12-03 2006-06-08 Hartmut Friedrich Bewegungsvorrichtung mit Seriell-Parallel-Struktur
CN102166751A (zh) * 2011-05-20 2011-08-31 汕头大学 少支链六自由度并联机器人
CN108656078A (zh) * 2018-04-04 2018-10-16 中国计量大学 一种三转一移并联机构
CN110353949A (zh) * 2019-08-08 2019-10-22 北京交通大学 一种基于变胞并联机构的主动型膝踝关节假肢机构
CN110522538A (zh) * 2019-09-05 2019-12-03 北京交通大学 一种基于含约束支链的髋假体并联机构的下肢假肢
CN113135241A (zh) * 2021-04-23 2021-07-20 中国北方车辆研究所 一种四足机器人仿生腿部机构

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZHANG WEIMIN，GUO XINRAN，HUANG HULIN，HUANG QIANG: "Novel Design of a 3-DOF Series-parallel Torso for Humanoid Robots", 《IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MECHATRONICS AND AUTOMATION》, pages 1149 - 1154 *
俞国燕, 张世亮: "双足步行机器人的下肢机构设计", 《机电产品开发与创新》, vol. 21, no. 1, pages 31 - 32 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114435506B (zh) 2024-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2252437B1 (en) Two degree-of-freedom parallel manipulator
CN113353172B (zh) 低惯量高承载的腿部结构及应用其的足式机器人
KR20110133417A (ko) 다리식 이동 로봇
CN112743519B (zh) 具有俯仰转动的空间三移动和一转动的四自由度并联机构
CN107243921B (zh) 一种用于仿人机器人的腰关节
CN107336219A (zh) 一种具有两移动三转动五自由度的并联机构
CN104908060A (zh) 五自由度并串联仿生肩关节
CN102991601A (zh) 一种两自由度仿人踝部关节
CN110653799A (zh) 一种具有三移一转的三分支非过约束高速并联机器人
CN102350698A (zh) 一种含5r闭环子链的六自由度并联机构
CN103231362A (zh) 一种并联机器人
CN110294043A (zh) 一种用于仿生机器人前肢机械系统的串并混联臂/腿机构
CN109079761B (zh) 一种含闭环支链的两转一移的并联机器人
CN108858141B (zh) 一种空间两转动一平动的冗余约束并联机构及其工作方法
CN102357881A (zh) 一种含5r闭环子链的三维平动一维转动并联机构
CN114435506A (zh) 一种部分耦合的六自由度广义并联机械腿机构
CN106625591B (zh) 一种三平两转五自由度并联机构
CN113548128A (zh) 关节模组及机器人腿部
CN110394777B (zh) 一种用于模型回收的多自由度并联抓取机器人
CN102873681A (zh) 一种新型二自由度机械手机构
CN106826767B (zh) 一种基于抓取并联结构的六自由度并联机构
CN114378792A (zh) 一种可实现类scara运动的四自由度并联机器人机构
CN109849047B (zh) 一种具有可控刚度的机械臂关节
CN113829332A (zh) 一种具有三移动和一转动的四自度并联机器人机构
CN106826775B (zh) 一种各向同性空间二自由度转动并联机器人

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant