專利名稱：十二自由度混聯(lián)腿結(jié)構(gòu)四足步行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種十二自由度混聯(lián)腿結(jié)構(gòu)四足步行器，用于野外復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)地形條件下的高速、高負(fù)載運(yùn)輸作業(yè)及危險(xiǎn)環(huán)境作業(yè)，屬于機(jī)械工程中機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高速、高承載四足步行器是模仿四足動(dòng)物運(yùn)動(dòng)形式的特種機(jī)器人，該類機(jī)器人能夠在復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)環(huán)境中穩(wěn)定的行走，可以代替人完成許多危險(xiǎn)作業(yè)，在軍事、礦山開采、 核能工業(yè)、星球表面探測、消防及營救、建筑業(yè)、農(nóng)林采伐、示教娛樂等行業(yè)有著許多潛在的應(yīng)用前景。長期以來，四足步行器技術(shù)一直是國內(nèi)外機(jī)器人領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。在四足步行器機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，混聯(lián)腿結(jié)構(gòu)結(jié)合了并聯(lián)機(jī)構(gòu)和串聯(lián)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人全方位、高承載的運(yùn)動(dòng)；在驅(qū)動(dòng)方面，直線驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡單、布置容易，使用直線驅(qū)動(dòng)器可以使步行器腿部結(jié)構(gòu)更加簡單、緊湊，并可以提高步行器的驅(qū)動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)速度。經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，申請(qǐng)?zhí)枮?01010279765. 5，申請(qǐng)日為2010年9月13日的中國發(fā)明專利公開了一種基于混聯(lián)機(jī)構(gòu)的全方位四足步行移動(dòng)裝置，用于廢墟等復(fù)雜地形及狹窄空間條件下搜索目標(biāo)和運(yùn)輸作業(yè)。該發(fā)明由一個(gè)中心對(duì)稱的機(jī)架，四個(gè)和機(jī)架連接的串、并混聯(lián)三自由度腿部機(jī)構(gòu)構(gòu)成。每一個(gè)腿部機(jī)構(gòu)組件由連桿、轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和聯(lián)軸器組成； 電機(jī)輸出軸通過聯(lián)軸器與主動(dòng)連桿相連接，所有的主動(dòng)連桿在一個(gè)平面內(nèi)，和機(jī)架垂直的連桿與機(jī)架之間形成轉(zhuǎn)動(dòng)副；轉(zhuǎn)動(dòng)連桿上固定的兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)平面五桿機(jī)構(gòu)的兩個(gè)主動(dòng)連桿，把電機(jī)的周轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為足端的平面運(yùn)動(dòng)，三個(gè)電機(jī)輸入實(shí)現(xiàn)了每個(gè)足端的3個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)輸出。四個(gè)腿部機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)四足步行移動(dòng)裝置的實(shí)際全方位步行輸出。該專利并未考慮行進(jìn)過程中足端與地面之間的震蕩沖擊問題，并且采用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力和響應(yīng)時(shí)間很難滿足步行器在野外作業(yè)時(shí)高速、高承載力的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供了一種十二自由度混聯(lián)腿結(jié)構(gòu)四足步行器。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。一種十二自由度混聯(lián)腿結(jié)構(gòu)四足步行器，包括機(jī)架和四條結(jié)構(gòu)對(duì)稱的混聯(lián)腿，混聯(lián)腿位于機(jī)架的下方，所述混聯(lián)腿包括足部和小腿，足部與小腿之間為彈性緩沖連接。所述混聯(lián)腿還包括第一直線驅(qū)動(dòng)器、腿部機(jī)架、前擺桿、第二直線驅(qū)動(dòng)器、后擺桿、第三直線驅(qū)動(dòng)器、連桿，其中，第一直線驅(qū)動(dòng)器的兩端分別與腿部機(jī)架和機(jī)架活動(dòng)連接， 腿部機(jī)架的兩端分別與機(jī)架活動(dòng)連接，前擺桿的三端分別與腿部機(jī)架、第二直線驅(qū)動(dòng)器的一端、小腿活動(dòng)連接，第二直線驅(qū)動(dòng)器的另一端與腿部機(jī)架活動(dòng)連接；后擺桿的三端分別與腿部機(jī)架、第三直線驅(qū)動(dòng)器的一端以及連桿的一端活動(dòng)連接，第三直線驅(qū)動(dòng)器的另一端與腿部機(jī)架活動(dòng)活動(dòng)連接，連桿的另一端與小腿活動(dòng)連接。所述活動(dòng)連接為鉸鏈連接。
所述四條混聯(lián)腿的布置方式采用對(duì)稱布置或同向布置。所述彈性緩沖連接為剛性彈簧連接或氣動(dòng)彈簧連接。實(shí)際作業(yè)時(shí)，單條混聯(lián)腿具有三個(gè)驅(qū)動(dòng)自由度，第一直線驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)整個(gè)腿部進(jìn)行側(cè)擺運(yùn)動(dòng)，第二直線驅(qū)動(dòng)器和第三直線驅(qū)動(dòng)器可協(xié)同帶動(dòng)足部在腿部機(jī)構(gòu)平面內(nèi)進(jìn)行平面并聯(lián)運(yùn)動(dòng)輸出。步行器整體具有十二個(gè)驅(qū)動(dòng)自由度，通過一定的步態(tài)輸出可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的全方位運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步。本發(fā)明所采用的混聯(lián)腿結(jié)構(gòu)提高了四足機(jī)器人腿部結(jié)構(gòu)的承載力和靈活性；直線驅(qū)動(dòng)器布置容易，使機(jī)器人腿部結(jié)構(gòu)更加簡單、緊湊， 還提高了機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)速度；足部的緩沖可以減少機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中的震蕩沖擊，同時(shí)為下一次邁步積蓄能量。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、控制容易，運(yùn)動(dòng)精度高，具有高速響應(yīng)能力及高承載能力，適用于野外復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)地形條件下的高速、高負(fù)載運(yùn)輸作業(yè)及危險(xiǎn)環(huán)境作業(yè)。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中，1為機(jī)架，2為第一直線驅(qū)動(dòng)器，3為腿部機(jī)架，4為前擺桿，5為第二直線驅(qū)動(dòng)器，6為后擺桿，7為第三直線驅(qū)動(dòng)器，8為連桿，9為小腿，10為足部。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明主要包括機(jī)架1和四條結(jié)構(gòu)對(duì)稱的混聯(lián)腿。所述混聯(lián)腿包括第一直線驅(qū)動(dòng)器2，腿部機(jī)架3、前擺桿4、第二直線驅(qū)動(dòng)器5、 后擺桿6、第三直線驅(qū)動(dòng)器7、連桿8、小腿9以及足部10。第一直線驅(qū)動(dòng)器2的兩端分別通過鉸鏈與腿部機(jī)架3以及機(jī)架1相連，腿部機(jī)架3的兩端通過鉸鏈分別與機(jī)架1相連，前擺桿4的三端分別通過鉸鏈與腿部機(jī)架3、第二直線驅(qū)動(dòng)器5的一端以及小腿9相連，第二直線驅(qū)動(dòng)器5的另一端通過鉸鏈與腿部機(jī)架3相連；后擺桿6的三端分別通過鉸鏈與腿部機(jī)架3、第三直線驅(qū)動(dòng)器7的一端以及連桿8的一端相連，第三直線驅(qū)動(dòng)器7的另一端通過鉸鏈與腿部機(jī)架3相連，連桿8的另一端通過鉸鏈與小腿9相連；足部10與小腿9之間為彈性緩沖連接，所述彈性緩沖連接為剛性彈簧連接或氣動(dòng)彈簧連接。本發(fā)明中的四條混聯(lián)腿的布置方式可采用對(duì)稱布置或同向布置。本發(fā)明中采用的所有直線驅(qū)動(dòng)器可根據(jù)應(yīng)用情況替換為任意類型能滿足驅(qū)動(dòng)要求的直線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。實(shí)際作業(yè)時(shí)，單個(gè)的混聯(lián)腿具有三個(gè)驅(qū)動(dòng)自由度，第一直線驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)整個(gè)腿部進(jìn)行側(cè)擺運(yùn)動(dòng)，第二直線驅(qū)動(dòng)器和第三直線驅(qū)動(dòng)器可協(xié)同驅(qū)動(dòng)足部在腿部機(jī)構(gòu)平面內(nèi)進(jìn)行平面并聯(lián)運(yùn)動(dòng)輸出。步行器整體具有十二個(gè)驅(qū)動(dòng)自由度，通過一定的步態(tài)輸出可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的全方位運(yùn)動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種十二自由度混聯(lián)腿結(jié)構(gòu)四足步行器，包括機(jī)架和四條結(jié)構(gòu)對(duì)稱的混聯(lián)腿，混聯(lián)腿位于機(jī)架的下方，其特征在于，所述混聯(lián)腿包括足部和小腿，足部與小腿之間為彈性緩沖連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的十二自由度混聯(lián)腿結(jié)構(gòu)四足步行器，其特征在于，所述混聯(lián)腿還包括第一直線驅(qū)動(dòng)器、腿部機(jī)架、前擺桿、第二直線驅(qū)動(dòng)器、后擺桿、第三直線驅(qū)動(dòng)器、 連桿，其中，第一直線驅(qū)動(dòng)器的兩端分別與腿部機(jī)架和機(jī)架活動(dòng)連接，腿部機(jī)架的兩端分別與機(jī)架活動(dòng)連接，前擺桿的三端分別與腿部機(jī)架、第二直線驅(qū)動(dòng)器的一端及小腿活動(dòng)連接， 第二直線驅(qū)動(dòng)器的另一端與腿部機(jī)架活動(dòng)連接；后擺桿的三端分別與腿部機(jī)架、第三直線驅(qū)動(dòng)器的一端以及連桿的一端活動(dòng)連接，第三直線驅(qū)動(dòng)器的另一端與腿部機(jī)架活動(dòng)連接， 連桿的另一端與小腿活動(dòng)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的十二自由度混聯(lián)腿結(jié)構(gòu)四足步行器，其特征在于，所述活動(dòng)連接為鉸鏈連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的十二自由度混聯(lián)腿結(jié)構(gòu)四足步行器，其特征在于，所述四條混聯(lián)腿的布置方式采用對(duì)稱布置或同向布置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的十二自由度混聯(lián)腿結(jié)構(gòu)四足步行器，其特征在于，所述彈性緩沖連接為剛性彈簧連接或氣動(dòng)彈簧連接。
全文摘要
一種十二自由度混聯(lián)腿結(jié)構(gòu)四足步行器，包括機(jī)架和四條結(jié)構(gòu)對(duì)稱的混聯(lián)腿，單條混聯(lián)腿包括三個(gè)直線驅(qū)動(dòng)器、腿部機(jī)架、前擺桿、后擺桿、連桿、小腿以及足部，單條混聯(lián)腿具有三個(gè)驅(qū)動(dòng)自由度，第一直線驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)整個(gè)腿部進(jìn)行側(cè)擺運(yùn)動(dòng)，第二直線驅(qū)動(dòng)器和第三直線驅(qū)動(dòng)器可協(xié)同驅(qū)動(dòng)足部在腿部機(jī)構(gòu)平面內(nèi)進(jìn)行平面并聯(lián)運(yùn)動(dòng)輸出。足部采用緩沖連接，可在一個(gè)邁步周期內(nèi)完成減震儲(chǔ)能再利用。步行器四條腿采用對(duì)稱布置或同向布置，整體具有十二個(gè)驅(qū)動(dòng)自由度，通過一定的步態(tài)輸出可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的全方位運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、控制容易，運(yùn)動(dòng)精度高，具有高速響應(yīng)能力及高承載能力，適用于野外復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)地形條件下的高速、高負(fù)載運(yùn)輸作業(yè)及危險(xiǎn)環(huán)境作業(yè)。
文檔編號(hào)B62D57/032GK102390460SQ20111031461
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月17日
發(fā)明者田興華, 郭為忠, 金振林, 高峰, 齊臣坤 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)