CN211519698U - 一种可攀大角度坡面高越障仿生机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于机器人技术领域，尤其涉及一种可攀大角度坡面高越障仿生机器人，包括躯干和四条腿，所述四条腿分别为结构相同的左前腿、右前腿、左后腿和右后退，其均包括依次铰接的髋、大腿和小腿，所述髋与躯干铰接，所述髋由第一液压伺服单元驱动左右侧摆运动，所述大腿由第二液压伺服单元驱动俯仰运动，所述小腿由第三液压伺服单元驱动俯仰运动；所述躯干上设置有油源和动力源，所述动力源包括液压泵和油箱，所述液压泵由发动机驱动从油源吸入油液，并通过液压集成块将油液分别输送至每条腿的第一液压伺服单元、第二液压伺服单元和第三液压伺服单元，所述油箱用于给发动机供油。

Description

一种可攀大角度坡面高越障仿生机器人

技术领域

本实用新型属于机器人技术领域，尤其涉及一种可攀大角度坡面高越障仿生机器人。

背景技术

目前轮式和履带机器人在技术上已经非常成熟并得到广泛应用，但它们只能在相对平坦的地面环境移动，而超过一半的陆地表面为崎岖不平的山地、丛林和冰雪地面自然界中的很多动物，尤其是四足哺乳动物，不仅可以在这些复杂的环境下快速行走，而且具有较大的负重能力。因此，人类一直在努力研制各式各样的四足仿生机器人。近年来，具有高动态性、大负载能力的液压驱动四足仿生机器人更是受到越来越多人的重视。

液压仿生四足机器人是研究野外作业机器人的一种趋势。基于液压驱动的仿生四足机器人可以在战争中充当强化士兵，背负较重的物资在恶劣环境中战斗：能在崎岖的地形上充当搬运工，运输重型物资；能在恶劣的环境中充当工人，进行苦力工作，因此液压驱动的仿生四足机器人有广阔的发展前景，这方面的研究也是十分必要的。

虽然已经出现种类繁多的四足仿生机器人，但目前液压四足仿生机器人只能实现行走和攀爬小角度坡面，它们的关节结构活动范围较小，导致其无法攀爬大角度坡面和跨越高度较高的障碍，无法攀爬大角度坡面和跨越较高的障碍使得液压仿生四足机器人的优势无法完全发挥出来；且目前液压四足仿生机器人需与外置泵站连接造成液压管路扰动，对机器人整体稳定性和环境适应性有很大影响，限制了液压仿生四足机器人的环境适应能力。

实用新型内容

为解决现有技术存在的液压四足仿生机器人需与外置泵站连接造成液压管路扰动，对机器人整体稳定性和环境适应性有很大影响，以及各关节活动范围小，限制了液压仿生四足机器人的环境适应能力的问题，本实用新型提供一种可攀大角度坡面高越障仿生机器人。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下，一种可攀大角度坡面高越障仿生机器人，包括躯干和四条腿，所述四条腿分别为结构相同的左前腿、右前腿、左后腿和右后退，其均包括依次铰接的髋、大腿和小腿，所述髋与躯干铰接，所述髋由第一液压伺服单元驱动左右侧摆运动，所述大腿由第二液压伺服单元驱动俯仰运动，所述小腿由第三液压伺服单元驱动俯仰运动；

所述躯干上设置有油源和动力源，所述动力源包括液压泵和油箱，所述液压泵由发动机驱动从油源吸入油液，并通过液压集成块将油液分别输送至每条腿的第一液压伺服单元、第二液压伺服单元和第三液压伺服单元，所述油箱用于给发动机供油。

作为优选，所述油源位于躯干的中上部，所述动力源位于躯干的中下部。油泵和动力源的位置设置合理可靠，有利于躯干受力均匀，提高该机器人的稳定性和可靠性。

作为优选，所述第一液压伺服单元选用第一伺服液压缸，所述第一伺服液压缸的尾端与躯干铰接，其推杆与髋铰接；所述第二液压伺服单元选用第二伺服液压缸，所述第二伺服液压缸的尾端与髋铰接，其推杆与大腿铰接；所述第三液压伺服单元选用第三伺服液压缸，所述第三伺服液压缸的尾端与大腿铰接，其推杆与小腿铰接。各伺服液压缸的选用，便于控制该机器人的运动，提高该机器人运动的控制精度。

作为优选，所述四条腿关于躯干对称设置。有利于躯干受力均匀，提高该机器人的稳定性和可靠性。

作为优选，所述髋的左右侧摆角度为65°，所述大腿的俯仰角度为95°，所述小腿的俯仰角度为130°。四足机器人各关节活动角度变大后，可以使机器人在室外活动对地形适应性增强，很好地发挥了液压驱动四足机器人在野外运行的优势，经过实验验证该机器人可以正常爬45°坡面，跨越高度为300mm的障碍，满足攀爬大角度坡面和室外障碍跨越需求。

进一步地，所述小腿的底端设置有橡胶保护套。保护小腿的底端，且该机器人运行时的冲击与振动起到缓冲作用。

进一步地，所述躯干和四条腿的材质均选用7075铝合金，且所述躯干和四条腿均采用中空型结构，其厚度为6mm，所述第二液压伺服单元设置在大腿的内部，所述第三液压伺服单元设置在小腿的内部。7075铝合金质量轻、强度高，广泛应用于航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化工领域，保证了四足机器人机械结构的可靠性与安全性；结构件厚度仅为6mm，既能保证结构强度，又节省了机体的重量；液压伺服单元包裹在结构件内部，保证了机器人的美观度。

有益效果：

1)本实用新型的可攀大角度坡面高越障仿生机器人，采用发动机提供动力，不需要依赖外接泵站提供动力，自带动力源和油源可以很好避免与外置泵站连接管路扰动，对该机器人整体稳定性和环境适应性有很大的提高；

2)本实用新型的可攀大角度坡面高越障仿生机器人，各关节获得大角度活动范围，可以实现攀爬大角度坡面，并且跨越低于300mm的障碍物，可以使该机器人在室外活动对地形适应性增强，很好地发挥在野外运行的优势，经过实验验证该机器人可以正常爬45°坡面，跨越高度为300mm的障碍，满足攀爬大角度坡面和室外障碍跨越需求；

3)本实用新型的可攀大角度坡面高越障仿生机器人，结构紧凑，驱动方式先进，通过各伺服液压缸与躯干及四条腿结构部件间恰当的铰接，实现由伺服液压缸先转化为液压缸推杆的推力输出，再经由伺服液压缸与躯干及四条腿结构部件间铰接及各个关节旋转副，最终转化成该机器人各个运动关节的驱动力矩，实现机器人的自主运动。

附图说明

图1是本实用新型可攀大角度坡面高越障仿生机器人的立体结构示意图；

图2是本实用新型可攀大角度坡面高越障仿生机器人的侧视示意图；

图3是本实用新型可攀大角度坡面高越障仿生机器人的主视示意图；

图4是本实用新型可攀大角度坡面高越障仿生机器人的俯视示意图；

图5是本实用新型可攀大角度坡面高越障仿生机器人的左前腿的侧视示意图；

图6是本实用新型可攀大角度坡面高越障仿生机器人的左前腿的立体结构示意图；

图中：1、躯干，2、左前腿、21、髋，22、大腿，23、小腿，231、橡胶保护套，24、第一液压伺服单元，25、第二液压伺服单元，26、第三液压伺服单元，3、右前腿，4、左后腿，5、右后退，6、油源，7、动力源，71、液压泵，72、发动机，73、联轴器，74、油箱，8、液压集成块。

具体实施方式

实施例

如图1～6所示，一种可攀大角度坡面高越障仿生机器人，包括躯干1和四条腿，所述四条腿分别为结构相同的左前腿2、右前腿3、左后腿4和右后退5，其均包括依次铰接的髋21、大腿22和小腿23，各铰接处均通过轴和轴承实现定位及支撑，所述小腿1的底端设置有橡胶保护套231，所述髋21与躯干1铰接，其铰接处也通过轴和轴承实现定位及支撑，所述髋21由第一液压伺服单元24驱动左右侧摆运动，所述大腿22由第二液压伺服单元25驱动俯仰运动，所述小腿23由第三液压伺服单元26驱动俯仰运动；具体地，所述第一液压伺服单元24选用第一伺服液压缸，所述第一伺服液压缸的尾端与躯干1通过关节轴承铰接，其推杆与髋21也通过关节轴承铰接；所述第二液压伺服单元25选用第二伺服液压缸，所述第二伺服液压缸的尾端与髋21也通过关节轴承铰接，其推杆与大腿22也通过关节轴承铰接；所述第三液压伺服单元26选用第三伺服液压缸，所述第三伺服液压缸的尾端与大腿22也通过关节轴承铰接，其推杆与小腿23也通过关节轴承铰接；

如图1～4所示，所述躯干1上设置有油源6和动力源7，为了保证躯干1受力平衡，所述油源6位于躯干1的中上部，所述动力源7位于躯干1的中下部，所述四条腿关于躯干1对称设置；所述动力源7包括液压泵71和油箱74，所述液压泵71由发动机72驱动从油源6吸入油液，并通过液压集成块8将油液分别输送至每条腿的第一液压伺服单元24、第二液压伺服单元25和第三液压伺服单元26；具体地，发动机72的输出端与液压泵71的输入端通过联轴器73传动连接，所述油箱74用于给发动机72供油。

所述髋21的左右侧摆角度为65°，所述大腿22的俯仰角度为95°，所述小腿23的俯仰角度为130°；

为了进一步减少该机器人的重量，且保证该机器人的稳定性和美观度，所述躯干1和四条腿的材质均选用7075铝合金，且所述躯干1和四条腿均采用中空型结构，其厚度为6mm，所述第二液压伺服单元25设置在大腿22的内部，所述第三液压伺服单元26设置在小腿23的内部。

工作原理如下：

发动机72驱动液压泵71工作，液压泵71从油源6吸入油液并通过液压集成块8将油液分别输送至第一伺服液压缸、第二伺服液压缸和第三伺服液压缸，第一伺服液压缸驱动髋21左右侧摆运动，第二伺服液压缸驱动大腿22俯仰运动，第三伺服液压缸驱动小腿23俯仰运动；髋21的左右侧摆角度为65°，所述大腿22的俯仰角度为95°，所述小腿23的俯仰角度为130°；该机器人的各关节获得大角度活动范围，可以实现攀爬大角度坡面，并且跨越低于300mm的障碍物；该机器人的各关节活动角度变大后，可以使该机器人在室外活动对地形适应性增强，很好地发挥在野外运行的优势，经过实验验证该机器人可以正常爬45°坡面，跨越高度为300mm的障碍，满足攀爬大角度坡面和室外障碍跨越需求；另外该机器人采用发动机72提供动力，不需要依赖外接泵站提供动力，自带动力源7和油源6可以很好避免与外置泵站连接管路扰动，对该机器人整体稳定性和环境适应性有很大的提高。

Claims (7)

1.一种可攀大角度坡面高越障仿生机器人，其特征在于：包括躯干(1)和四条腿，所述四条腿分别为结构相同的左前腿(2)、右前腿(3)、左后腿(4)和右后退(5)，其均包括依次铰接的髋(21)、大腿(22)和小腿(23)，所述髋(21)与躯干(1)铰接，所述髋(21)由第一液压伺服单元(24)驱动左右侧摆运动，所述大腿(22)由第二液压伺服单元(25)驱动俯仰运动，所述小腿(23)由第三液压伺服单元(26)驱动俯仰运动；

所述躯干(1)上设置有油源(6)和动力源(7)，所述动力源(7)包括液压泵(71)和油箱(74)，所述液压泵(71)由发动机(72)驱动从油源(6)吸入油液，并通过液压集成块(8)将油液分别输送至每条腿的第一液压伺服单元(24)、第二液压伺服单元(25)和第三液压伺服单元(26)，所述油箱(74)用于给发动机(72)供油。

2.根据权利要求1所述的可攀大角度坡面高越障仿生机器人，其特征在于：所述油源(6)位于躯干(1)的中上部，所述动力源(7)位于躯干(1)的中下部。

3.根据权利要求1所述的可攀大角度坡面高越障仿生机器人，其特征在于：所述第一液压伺服单元(24)选用第一伺服液压缸，所述第一伺服液压缸的尾端与躯干(1)铰接，其推杆与髋(21)铰接；所述第二液压伺服单元(25)选用第二伺服液压缸，所述第二伺服液压缸的尾端与髋(21)铰接，其推杆与大腿(22)铰接；所述第三液压伺服单元(26)选用第三伺服液压缸，所述第三伺服液压缸的尾端与大腿(22)铰接，其推杆与小腿(23)铰接。

4.根据权利要求1、2或3所述的可攀大角度坡面高越障仿生机器人，其特征在于：所述四条腿关于躯干(1)对称设置。

5.根据权利要求1、2或3所述的可攀大角度坡面高越障仿生机器人，其特征在于：所述髋(21)的左右侧摆角度为65°，所述大腿(22)的俯仰角度为95°，所述小腿(23)的俯仰角度为130°。

6.根据权利要求1所述的可攀大角度坡面高越障仿生机器人，其特征在于：所述小腿(23)的底端设置有橡胶保护套(231)。

7.根据权利要求1所述的可攀大角度坡面高越障仿生机器人，其特征在于：所述躯干(1)和四条腿的材质均选用7075铝合金，且所述躯干(1)和四条腿均采用中空型结构，其厚度为6mm，所述第二液压伺服单元(25)设置在大腿(22)的内部，所述第三液压伺服单元(26)设置在小腿(23)的内部。

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