一種四足步行機器人的制作方法
【專利摘要】一種四足步行機器人，它包括機架、四條結(jié)構(gòu)相同的機械腿和電器單元，其中，所述四條機械腿分別通過轉(zhuǎn)動軸連接在機架的四個角上，所述電器單元固接在機架的上面；所述每條機械腿主要包括長方環(huán)型件、雙平行四邊形機構(gòu)、彈性足趾和分別通過伺服電機機身和球副以并聯(lián)方式聯(lián)于機架和雙平行四邊形機構(gòu)之間的三條結(jié)構(gòu)相同的驅(qū)動支鏈，所述長方環(huán)型件的一組對邊連接于機架一角，其另一組對邊與雙平行四邊形機構(gòu)的中上部連接，彈性足趾通過螺栓與雙平行四邊形機構(gòu)的下端固聯(lián)；所述結(jié)構(gòu)相同的三條驅(qū)動支鏈包括伺服電機、曲柄和連桿。本發(fā)明運動靈活，行走速度快，工作空間大，承載能力強，可防護(hù)特性好。
【專利說明】
一種四足步行機器人
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于機器人技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種四足步行機器人
【背景技術(shù)】
[0002]多足步行機器人具有落足點離散，運動靈活及對地面適應(yīng)性強等特點在機器人應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展前景越來越廣泛。四足步行機器人比兩足步行機器人承載能力強、穩(wěn)定性好，比六足、八足步行機器人靈活性好，控制簡單，因而其應(yīng)用更加廣泛。現(xiàn)有的四足步行機器人的腿部結(jié)構(gòu)主要有串聯(lián)和并聯(lián)兩種形式，其中串聯(lián)結(jié)構(gòu)腿的主要特點為工作空間大、運動靈活、控制簡單、腿部擺動慣性力較大、剛度較低、自重/負(fù)荷比大及可防護(hù)特性差，并聯(lián)結(jié)構(gòu)腿的主要特點為結(jié)構(gòu)緊湊、剛度大、自重/負(fù)荷比小、工作空間較小，控制較復(fù)雜及可防護(hù)特性較差。因此，在一些同時要求腿部工作空間和承載能力大、防護(hù)級別高的應(yīng)用場合，擁有上述腿部結(jié)構(gòu)的步行機器人很難發(fā)揮其應(yīng)有的功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種腿部工作空間大，承載能力強，可防護(hù)特性好的四足步行機器人。本發(fā)明的四足步行機器人的每條腿采用并聯(lián)驅(qū)動空間雙平行四邊形機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式，具有一維移動和二維轉(zhuǎn)動三個自由度。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0005]本發(fā)明包括機架、四條結(jié)構(gòu)相同的機械腿和電器單元，其中，所述四條機械腿分別通過轉(zhuǎn)動軸連接在機架的四個角上，所述電器單元固連在機架的上面，用于控制伺服電機；所述機架上設(shè)有通孔以便與機械腿連接和減輕自重，所述各轉(zhuǎn)動軸相互平行設(shè)置；
[0006]所述每條機械腿主要包括長方環(huán)型件、雙平行四邊形機構(gòu)、彈性足趾和分別通過伺服電機機身和球副以并聯(lián)方式聯(lián)于機架和雙平行四邊形機構(gòu)之間的三條結(jié)構(gòu)相同的驅(qū)動支鏈，其中，所述機械腿中的長方環(huán)型件的一組對邊通過一對第一轉(zhuǎn)動軸連接于機架一角，長方環(huán)型件的另一組對邊通過第四轉(zhuǎn)動軸與雙平行四邊形機構(gòu)的中上部連接，彈性足趾通過螺栓與雙平行四邊形機構(gòu)的下端固聯(lián)；
[0007]所述結(jié)構(gòu)相同的三條驅(qū)動支鏈包括伺服電機、曲柄和連桿，其中，第一驅(qū)動支鏈中的第一伺服電機與機架固接，該第一伺服電機的輸出軸通過第一曲柄與第一連桿的一端球副連接，該第一連桿的另一端通過球副與第二傳動軸的一端連接;第二驅(qū)動支鏈中的第二伺服電機與機架固接，該第二伺服電機的輸出軸通過第二曲柄與第二連桿的一端球副連接，該第二連桿的另一端通過球副與第二傳動軸的另一端連接;第三驅(qū)動支鏈中的第三伺服電機與機架固接，該第三伺服電機的輸出軸通過第三曲柄與第三連桿的一端球副連接，該第三連桿的另一端通過球副與第一傳動軸中部連接;三條驅(qū)動支鏈中的三個伺服電機相互平行設(shè)置，第一驅(qū)動支鏈和第二驅(qū)動支鏈分別沿第一轉(zhuǎn)動軸所在的豎直平面對稱布置，第三驅(qū)動支鏈上的第三曲柄始終在第一轉(zhuǎn)動軸所在的豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。
[0008]所述的雙平行四邊形機構(gòu)包括六個H形連桿、五個轉(zhuǎn)動軸和二個傳動軸，其中，第一H形連桿的兩端分別通過一對第二轉(zhuǎn)動軸與第二 H形連桿和第六H形連桿的一端連接，該第二 H形連桿的中上部和第六H形連桿的另一端分別通過一對第六轉(zhuǎn)動軸與第三H形連桿的中下部和一端連接，該第三H形連桿的另一端通過第三轉(zhuǎn)動軸與第四H形連桿的一端連接，該第四H形連桿的下部兩側(cè)面分別與第二傳動軸固連，該第四H形連桿的另一端通過第四轉(zhuǎn)動軸與第五H形連桿的中上部連接，該第五H形連桿的一端通過第五轉(zhuǎn)動副與第二 H形連桿的另一端連接，該第五H形連桿的另一端與第一傳動軸轉(zhuǎn)動連接，所述所有轉(zhuǎn)動軸相互平行設(shè)置;每條腿在第三驅(qū)動支鏈的協(xié)同下，通過第一驅(qū)動支鏈和第二驅(qū)動支鏈的同步運動實現(xiàn)前后擺動和腿部伸縮，通過第一驅(qū)動支鏈和第二驅(qū)動支鏈的異步運動實現(xiàn)側(cè)擺和腿部伸縮;通過四條腿的協(xié)同運動實現(xiàn)機器人的前進(jìn)后退，側(cè)移及下蹲等動作。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:
[0010]行走速度快、越障能力強、承載能力強、可防護(hù)特性好、裝配工藝性好。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明的立體示意簡圖。
[0012]圖2為本發(fā)明機械腿的立體示意簡圖。
[0013]圖3為本發(fā)明第一驅(qū)動支鏈立體示意簡圖。
[0014]圖4為本發(fā)明第三驅(qū)動支鏈立體示意簡圖。
[0015]圖5為本發(fā)明雙平行四邊形機構(gòu)的立體示意簡圖。
[0016]圖6為本發(fā)明彈性足趾的立體示意簡圖。
[0017]圖中:1、2、3、4.機械腿，5.機架，6.電器單元，7.彈性足趾，8.雙平行四邊形機構(gòu)，9.第一驅(qū)動支鏈，10.第二驅(qū)動支鏈，11、第三驅(qū)動支鏈，12.長方環(huán)型件，13、13'.第一轉(zhuǎn)動軸，14.第一傳動軸，15.第二傳動軸，16.第一伺服電機，17.第二伺服電機，18.第三伺服電機，19.第一曲柄，20.第一連桿，21.第二曲柄，22.第二連桿，23.第三曲柄，24.第三連桿，25.第一H形連桿，26、26'.第二轉(zhuǎn)動軸，27.第二H形連桿，28.第三H形連桿，29.第三轉(zhuǎn)動軸，30.第四H形連桿，31.第四轉(zhuǎn)動軸，32.第五H形連桿，33.第五轉(zhuǎn)動軸，34、34'.第六轉(zhuǎn)動軸，35.第六H形連桿，36、36 \螺栓。
【具體實施方式】
[0018]在圖1所示的四足步行機器人示意圖中，四條結(jié)構(gòu)相同的機械腿1、2、3、4分別通過轉(zhuǎn)動軸連接在機架5的四個角上，所述電器單元6固連在機架的上面;所述機架上設(shè)有通孔以便與機械腿連接和減輕自重，所述與機架相聯(lián)的各轉(zhuǎn)動軸相互平行設(shè)置；如圖2-圖6所示，所述每條機械腿主要包括長方環(huán)型件、雙平行四邊形機構(gòu)、彈性足趾和分別通過伺服電機機身和球副以并聯(lián)方式聯(lián)于機架和雙平行四邊形機構(gòu)之間的三條結(jié)構(gòu)相同的驅(qū)動支鏈，其中，在所述機械腿中，長方環(huán)型件12的一組對邊通過一對第一轉(zhuǎn)動軸13連接于機架一角，長方環(huán)型件的另一組對邊通過第四轉(zhuǎn)動軸31與雙平行四邊形機構(gòu)8的中上部連接，彈性足趾7通過螺栓36、36'與雙平行四邊形機構(gòu)的下端固聯(lián);所述結(jié)構(gòu)相同的三條驅(qū)動支鏈包括伺服電機、曲柄和連桿，其中，第一驅(qū)動支鏈9中的第一伺服電機16與機架固接，該第一伺服電機的輸出軸通過第一曲柄19與第一連桿20的一端球副連接，該第一連桿的另一端通過球副與第二傳動軸15的一端連接;第二驅(qū)動支鏈10中的第二伺服電機17與機架固接，該第二伺服電機的輸出軸通過第二曲柄21與第二連桿22的一端球副連接，該第二連桿的另一端通過球副與第二傳動軸的另一端連接;第三驅(qū)動支鏈11中的第三伺服電機18與機架固接，該第三伺服電機的輸出軸通過第三曲柄23與第三連桿24的一端球副連接，該第三連桿的另一端通過球副與第一傳動軸14中部聯(lián)接;三條驅(qū)動支鏈中的三個伺服電機相互平行設(shè)置，第一驅(qū)動支鏈和第二驅(qū)動支鏈分別沿第一轉(zhuǎn)動軸所在的豎直平面對稱布置，第三驅(qū)動支鏈上的第三曲柄始終在第一轉(zhuǎn)動軸所在的豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。所述的雙平行四邊形機構(gòu)包括六個H形連桿、五個轉(zhuǎn)動軸和二個傳動軸，其中，第一H形連桿25的兩端分別通過一對第二轉(zhuǎn)動軸26、26'與第二 H形連桿27和第六H形連桿35的一端連接，該第二 H形連桿的中上部和第六H形連桿的另一端分別通過一對第六轉(zhuǎn)動軸34、34'與第三H形連桿28的中下部和一端連接，該第三H形連桿的另一端通過第三轉(zhuǎn)動軸29與第四H形連桿30的一端連接，該第四H形連桿的下部兩側(cè)面分別與第二傳動軸15固連，該第四H形連桿的另一端通過第四轉(zhuǎn)動軸31與第五H形連桿32的中上部連接，該第五H形連桿的一端通過第五轉(zhuǎn)動軸33與第二 H形連桿的另一端連接，該第五H形連桿的另一端與第一傳動軸14轉(zhuǎn)動聯(lián)接，所述所有轉(zhuǎn)動軸相互平行設(shè)置；所述一對第二轉(zhuǎn)動軸26、26'之間的距離與所述一對第六轉(zhuǎn)動軸34、34'之間的距離相等，轉(zhuǎn)動軸26、34之間的距離與轉(zhuǎn)動軸26'、34'之間的距離相等，轉(zhuǎn)動軸29、34之間的距離與轉(zhuǎn)動軸31、33之間的距離相等，轉(zhuǎn)動軸29、31之間的距離與轉(zhuǎn)動軸33、34之間的距離相等。每條腿在第三驅(qū)動支鏈的協(xié)同下，通過第一驅(qū)動支鏈和第二驅(qū)動支鏈的同步運動實現(xiàn)前后擺動和腿部伸縮，通過第一驅(qū)動支鏈和第二驅(qū)動支鏈的異步運動實現(xiàn)側(cè)擺和腿部伸縮;通過四條腿的協(xié)同運動實現(xiàn)機器人的前進(jìn)后退，側(cè)移及下蹲等動作。
【主權(quán)項】
1.一種四足步行機器人，它包括機架、四條結(jié)構(gòu)相同的機械腿和電器單元，所述四條機械腿分別通過轉(zhuǎn)動軸連接在機架的四個角上，所述電器單元固接在機架的上面;所述機架上設(shè)有通孔以便與機械腿連接和減輕自重，所述各轉(zhuǎn)動軸相互平行設(shè)置;所述每條機械腿主要包括長方環(huán)型件、雙平行四邊形機構(gòu)、彈性足趾和三條結(jié)構(gòu)相同的驅(qū)動支鏈，其中，所述機械腿中的長方環(huán)型件的一組對邊通過一對第一轉(zhuǎn)動軸連接于機架一角，長方環(huán)型件的另一組對邊通過第四轉(zhuǎn)動軸與雙平行四邊形機構(gòu)的中上部連接，彈性足趾通過螺栓與雙平行四邊形機構(gòu)的下端固聯(lián);所述的雙平行四邊形機構(gòu)包括六個H形連桿、五個轉(zhuǎn)動軸和二個傳動軸，其中，第一H形連桿的兩端分別通過一對第二轉(zhuǎn)動軸與第二H形連桿和第六H形連桿的一端連接，該第二 H形連桿的中上部和第六H形連桿的另一端分別通過一對第六轉(zhuǎn)動軸與第三H形連桿的中下部和一端連接，該第三H形連桿的另一端通過第三轉(zhuǎn)動軸與第四H形連桿的一端連接，該第四H形連桿的下部兩側(cè)面分別與第二傳動軸固連，該第四H形連桿的另一端通過第四轉(zhuǎn)動軸與第五H形連桿的中上部連接，該第五H形連桿的一端通過第五轉(zhuǎn)動副與第二 H形連桿的另一端連接，該第五H形連桿的另一端與第一傳動軸轉(zhuǎn)動連接，所述所有轉(zhuǎn)動軸相互平行設(shè)置;其特征在于:所述結(jié)構(gòu)相同的三條驅(qū)動支鏈分別通過伺服電機機身和球副以并聯(lián)方式聯(lián)于機架和雙平行四邊形機構(gòu)之間，所述三條驅(qū)動支鏈包括伺服電機、曲柄和連桿，其中，第一驅(qū)動支鏈中的第一伺服電機與機架固接，該第一伺服電機的輸出軸通過第一曲柄與第一連桿的一端球副連接，該第一連桿的另一端通過球副與第二傳動軸的一端聯(lián)接;第二驅(qū)動支鏈中的第二伺服電機與機架固接，該第二伺服電機的輸出軸通過第二曲柄與第二連桿的一端球副連接，該第二連桿的另一端通過球副與第二傳動軸的另一端聯(lián)接;第三驅(qū)動支鏈中的第三伺服電機與機架固接，該第三伺服電機的輸出軸通過第三曲柄與第三連桿的一端球副連接，該第三連桿的另一端通過球副與第一傳動軸中部聯(lián)接;三條驅(qū)動支鏈中的三個伺服電機相互平行設(shè)置，第一驅(qū)動支鏈和第二驅(qū)動支鏈分別沿第一轉(zhuǎn)動軸所在的豎直平面對稱布置，第三驅(qū)動支鏈上的第三曲柄始終在第一轉(zhuǎn)動軸所在的豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。
【文檔編號】B25J9/12GK105856250SQ201610338623
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】金振林, 張金柱, 邢燕兵
【申請人】燕山大學(xué)