CN115056881A - 一种集成仿生躯干的电液混动四足机器人 - Google Patents

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江磊
许威
邢伯阳
刘宇飞
赵建新
许�鹏
王志瑞
党睿娜
邱天奇
闫曈
苏波
杨超宁
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Abstract

本发明涉及一种集成仿生躯干的电液混动四足机器人，其特征在于，包括：液压腿足、前后摆电机、液压泵、侧展液压缸、液压阀、电池、机身液压缸、节点盒、整机主控、陀螺仪、散热器、机架和机身铰链机构；该机器人动力源采用电池进行能源供给，关节执行器既包含了液压执行器又包含了电机执行器，在仿生设计上，增加机器人腰部两个关节自由度，共14自由度配置。本发明既继承了液压驱动的优点，同时兼具了电驱系统噪音低、可靠性高、维护维修方便的优点，整机14自由度的配置有利于机器人高速机动运动控制。

Description

一种集成仿生躯干的电液混动四足机器人
技术领域
本发明属于四足机器人技术领域，具体涉及一种集成仿生躯干的电液混动四足机器人。
背景技术
腿足式仿生机器人从执行器种类以及动力源类别上可分为以下两类：液压执行器+发动机(油驱)、电机执行器+电池(电驱)。相对于电驱机器人，油驱机器人在功率密度、爆发力以及续航能力优势较为明显，但噪音高、系统复杂、维护性差等问题也比较突出。在四足仿生机器人整机设计技术领域，为简化控制难度，往往将仿生对象躯干简化为刚性躯干，整机按照12自由度甚至更少自由度进行设计。机器人自由度的减少必然导致整机机动能力受到限制，在运动学上机器人的运动空间受限，在动力学上机器人缺少自由度将导致机器人稳定性受到严重影响，以8自由度四足机器人为例，单腿缺少侧向自由度，机器人无法实现自由转向，导致运动效能大幅度降低。
发明内容
本发明提供一种集成仿生躯干的电液混动四足机器人，要解决的技术问题是：(1)传统刚性躯干机器人无法实现对仿生原型躯干的工程实现，导致机器人在高速运动时无法利用躯干俯仰运动进一步扩大机器人步幅。(2)传统燃油动力机器人噪音大、系统复杂、可靠性低；传统电驱动机器人功率密度有限，重型四足机器人爆发力不足的问题。。
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种集成仿生躯干的电液混动四足机器人，其特征在于，包括液压腿足1、前后摆电机2、侧展液压缸4、机身液压缸7、铰链机构12、机架13；机架13分为前、中、后三个部分，其间由机身铰链12相连，机架13中部的横梁上前后各连接一个机身液压缸7，两个机身液压缸7的另一端分别与机架13的前、后部分铰接；机架13的前部和后部的两侧均对称设有一个前后摆电机，每个前后摆电机的外侧固定一个液压腿足1；机架13的前部和后部的横梁上均对称设有两个侧展液压缸4，侧展液压缸4的外端与对应侧的前后摆电机2铰接；电池6为整个四足机器人控制提供动力。
有益效果：本发明以猎豹为仿生对象，完成四足机器人设计，该机器人动力源采用电池进行能源供给，关节执行器既包含了液压执行器又包含了电机执行器，在仿生设计上，增加机器人腰部两个关节自由度，共14自由度配置。既继承了液压驱动的优点，同时兼具了电驱系统噪音低、可靠性高、维护维修方便的优点，整机14自由度的配置有利于机器人高速机动运动控制。
附图说明
图1为本发明的立体图。
图2为本发明的爆炸立体图。
图3为本发明机身立体图。
图4为本发明的液压腿足立体图。
图中标记说明：
1-液压腿足、2-前后摆电机、3-液压泵、4-侧展液压缸、5-液压阀、6-电池、7-机身液压缸、8-节点盒、9-整机主控、10-陀螺仪、11-散热器、12-机身铰链机构、13-机架、101-大腿、102-小腿液压缸、103-小腿、104-足底、201-电机固定座、202-电机固定座铰链机构。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明提出的一种集成仿生躯干的电液混动四足机器人，其特征在于，包括液压腿足1、前后摆电机2、液压泵3、侧展液压缸4、液压阀5、电池6、机身液压缸7、节点盒8、整机主控9、陀螺仪10、散热器11、铰链机构12、机架13；
进一步的，液压腿足1包括足大腿101、足小腿103、液压缸102和足底104。足大腿101、足小腿103和足底104共同构成平行四边形连杆设计构型，液压缸102在液压泵的的作用下，为足小腿103提供动力。当液压缸102的活塞杆伸出和收回时，足小腿103可随之摆动，提高了四足机器人的负载能力。为液压腿足1形成了一个自由度关节模块。
进一步的，前后摆电机2与液压腿足1间通过螺丝固定相连，前后摆电机2转动时，液压腿足1也能相应摆动，为液压腿足1在前后摆方向提供动力。当前后摆电机转动时，液压腿足也随之摆动。实现机器人向前向后走运动。为液压腿足1形成了一个自由度关节模块。
进一步的，所述液压泵3、侧展液压缸4和液压阀5共同构成液压系统，为四足机器人液压腿足1在侧展方向提供动力。侧展液压缸4活塞杆与前后摆电机2上电机固定座201相连，当侧展液压缸4活塞杆伸出或收回时，电机固定座201可沿电机固定座铰链机构202转动，从而为液压腿足1形成了一个自由度关节模块。由此，四足机器人单腿形成三自由度关节模块。
进一步的，电池6为整个四足机器人控制提供动力。四足机器人机身上配备3块电池。
进一步的，机身液压缸7和液压泵3、液压阀5共同构成液压系统，为四足机器人机身运动提供动力，机身在液压系统下，可进行上下摆动。
进一步的，所述节点盒4分布式总线系统配置，降低CAN通讯负载量，是主控与腿部各关节通讯中转，提高了控制的实时性。其中，单个节点盒4控制四足机器人的一个腿足。
进一步的，所述整机主控9是整机运动控制计算单元，控制机器人在运动中的步调和姿态。
进一步的，所述陀螺仪10监测反馈机身姿态，为四足机器人在行走中实时反馈机身姿态。
进一步的，所述散热器11为整机主控9和电气设备散热。
进一步的，所述机架13为相关部件提供安装支撑。机架13分为前、中、后三个部分，其间由机身铰链12相连，在机身液压缸7的作用下，前后部分可上下摆动形成腰部自由度。
进一步的，所述机身铰链机构将12机身前、中、后部分连接起来形成腰部关节。在机身液压缸7的作用下，前后部分可上下摆动。
该集成仿生躯干的电液混动的四足机器人，同时兼备液压与电机两重优点。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种集成仿生躯干的电液混动四足机器人，其特征在于，包括液压腿足1、前后摆电机2、侧展液压缸4、机身液压缸7、铰链机构12、机架13；机架13分为前、中、后三个部分，其间由机身铰链12相连，机架13中部的横梁上前后各连接一个机身液压缸7，两个机身液压缸7的另一端分别与机架13的前、后部分铰接；机架13的前部和后部的两侧均对称设有一个前后摆电机，每个前后摆电机的外侧固定一个液压腿足1；机架13的前部和后部的横梁上均对称设有两个侧展液压缸4，侧展液压缸4的外端与对应侧的前后摆电机2铰接；电池6为整个四足机器人控制提供动力。
2.根据权利要求1所述的一种集成仿生躯干的电液混动四足机器人，其特征在于，液压腿足1包括足大腿101、足小腿103、液压缸102和足底104；足大腿101、足小腿103和足底104共同构成平行四边形连杆设计构型，液压缸102设置在足大腿内，为足小腿103提供动力。
3.根据权利要求1所述的一种集成仿生躯干的电液混动四足机器人，其特征在于，前后摆电机2与液压腿足1间通过螺丝固定相连。
4.根据权利要求1所述的一种集成仿生躯干的电液混动四足机器人，其特征在于，所述侧展液压缸4和液压泵3、液压阀5共同构成液压系统。
5.根据权利要求1所述的一种集成仿生躯干的电液混动四足机器人，其特征在于，侧展液压缸4活塞杆与前后摆电机2上电机固定座201相连。
6.根据权利要求1所述的一种集成仿生躯干的电液混动四足机器人，其特征在于，四足机器人机身上配备3块电池。
7.根据权利要求1所述的一种集成仿生躯干的电液混动四足机器人，其特征在于，还包括整机主控9，用于控制机器人在运动中的步调和姿态。
8.根据权利要求7所述的一种集成仿生躯干的电液混动四足机器人，其特征在于，还包括节点盒4，单个节点盒4控制四足机器人的一个腿足。
9.根据权利要求7所述的一种集成仿生躯干的电液混动四足机器人，其特征在于，还包括陀螺仪10，用于监测反馈机身姿态，为四足机器人在行走中实时反馈机身姿态。
10.根据权利要求7所述的一种集成仿生躯干的电液混动四足机器人，其特征在于，机架中部还设有散热器11，为整机主控9和电气设备散热。
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