直線驅(qū)動(dòng)的步行機(jī)器人腿部構(gòu)型及并聯(lián)六足步行機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人領(lǐng)域，具體式一種便于防護(hù)的直線驅(qū)動(dòng)的步行機(jī)器人腿部構(gòu)型及并聯(lián)六足步行機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]腿式機(jī)器人與輪式機(jī)器人和履帶式機(jī)器人的最大區(qū)別在于，腿式機(jī)器人具有更高的機(jī)動(dòng)能力，它們更適合在復(fù)雜地形中執(zhí)行作業(yè)任務(wù)，尤其是在突發(fā)災(zāi)難的區(qū)域，如:地震、火災(zāi)、廠房區(qū)內(nèi)毒氣泄漏等。在腿式機(jī)器人中，六足機(jī)器人由于可以采用3-3式的波浪步態(tài)，具有較高的行走穩(wěn)定性和更高的承載能力。通過在機(jī)器人身上搭載各種設(shè)備可以執(zhí)行各種作業(yè)任務(wù)。因此，六足腿式機(jī)器人的研宄有著重要的實(shí)際意義。
[0003]腿式機(jī)器人在要完成指定的作業(yè)任務(wù)，通常需要應(yīng)具備兩個(gè)很重要的特點(diǎn):防護(hù)能力和承載能力。一方面，由于在惡劣的環(huán)境下作業(yè)，對(duì)于驅(qū)動(dòng)器以及傳感器等電子元器件的防護(hù)要求較高。常規(guī)的串聯(lián)腿機(jī)器人由于腿部安裝了驅(qū)動(dòng)器和相應(yīng)的傳感器，很難實(shí)現(xiàn)較好的防護(hù)。這樣也增加了腿部較低位置的質(zhì)量，增加了機(jī)器人的腿部轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，降低了腿部的機(jī)動(dòng)性。另一方面，串聯(lián)腿部構(gòu)型對(duì)于各個(gè)驅(qū)動(dòng)而言存在較大的功率差，需要在設(shè)計(jì)、制造的過程中分別選用不同功率的執(zhí)行器件。這增加了機(jī)器人設(shè)計(jì)復(fù)雜度，同時(shí)，大功率的驅(qū)動(dòng)單元通常造價(jià)昂貴且功率自重比較低。為了解決這兩個(gè)問題，需要從機(jī)器人的腿部構(gòu)型這個(gè)基本問題著手進(jìn)行設(shè)計(jì)。
[0004]綜上所述，常規(guī)的步行器的腿部設(shè)計(jì)存在機(jī)器人腿部轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，驅(qū)動(dòng)以及電子器件不易防護(hù)的問題。同時(shí)，常規(guī)步行機(jī)器人的部分驅(qū)動(dòng)單元功率較大而部分驅(qū)動(dòng)單元功率較低，為了均衡各個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的功率分布，需要對(duì)機(jī)器人的腿部構(gòu)型進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種直線驅(qū)動(dòng)的步行機(jī)器人腿部構(gòu)型及并聯(lián)六足步行機(jī)器人，以解決現(xiàn)有步行器腿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，驅(qū)動(dòng)以及電子器件不容易防護(hù)，驅(qū)動(dòng)器功率分布不均等問題。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種直線驅(qū)動(dòng)的步行機(jī)器人腿部構(gòu)型，包括:腿部伸縮機(jī)構(gòu)、并聯(lián)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與并聯(lián)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)連接，所述并聯(lián)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與腿部伸縮機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)連接；其中:
[0008]所述腿部伸縮機(jī)構(gòu)包括:側(cè)擺塊1、擺動(dòng)桿2、傳動(dòng)桿a3、傳動(dòng)桿b6、小腿桿4和足部桿5，其中，所述側(cè)擺塊I通過與側(cè)擺塊I轉(zhuǎn)動(dòng)軸線正交布置的轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈b與擺動(dòng)桿2相連，實(shí)現(xiàn)腿部伸縮機(jī)構(gòu)的前后擺動(dòng)，所述擺動(dòng)桿2分別通過轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈c和轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈d與傳動(dòng)桿a3和傳動(dòng)桿b6相連，所述傳動(dòng)桿a3和傳動(dòng)桿b6分別通過轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈e和轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈f與小腿桿4相連，所述小腿桿4通過彈簧伸縮機(jī)構(gòu)與足部桿5相連；
[0009]所述并聯(lián)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括:驅(qū)動(dòng)頭7、驅(qū)動(dòng)桿a9、萬向節(jié)10、驅(qū)動(dòng)桿bll、驅(qū)動(dòng)桿cl2、轉(zhuǎn)動(dòng)組件al3和轉(zhuǎn)動(dòng)組件bl4，其中，所述驅(qū)動(dòng)頭7、驅(qū)動(dòng)桿a9和萬向節(jié)10分別為三個(gè)，所述驅(qū)動(dòng)桿cl2和轉(zhuǎn)動(dòng)組件al3分別為兩個(gè)，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)桿cl2分別設(shè)置于驅(qū)動(dòng)桿bll的左右兩側(cè)，三個(gè)驅(qū)動(dòng)頭7分別通過轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈g8驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)桿a9繞轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈g8上下擺動(dòng)，三個(gè)驅(qū)動(dòng)桿a9分別通過對(duì)應(yīng)的萬向節(jié)10與驅(qū)動(dòng)桿bll和驅(qū)動(dòng)桿cl2相連，驅(qū)動(dòng)桿cl2分別通過對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)組件al3與驅(qū)動(dòng)桿bll相連，所述驅(qū)動(dòng)桿bll通過轉(zhuǎn)動(dòng)組件bl4與腿部伸縮機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)桿b6相連，驅(qū)動(dòng)腿部伸縮機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)；
[0010]所述直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括三組直線驅(qū)動(dòng)部件15，三組直線驅(qū)動(dòng)部件15分別與并聯(lián)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的三個(gè)驅(qū)動(dòng)頭7相連，驅(qū)動(dòng)三個(gè)驅(qū)動(dòng)頭7沿直線上下運(yùn)動(dòng)。
[0011]優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)動(dòng)組件al3和轉(zhuǎn)動(dòng)組件bl4均采用如下任一種結(jié)構(gòu):
[0012]-包括三個(gè)順序相連的轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈h，三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈h的旋轉(zhuǎn)中心交于一點(diǎn)；
[0013]-采用一個(gè)球副鉸鏈。
[0014]優(yōu)選地，所述萬向節(jié)10包括兩個(gè)正交的轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈i。
[0015]優(yōu)選地，所述足部桿5的端部形成足尖結(jié)構(gòu)，所述足尖結(jié)構(gòu)具有前后、左右和上下三維運(yùn)動(dòng)輸出。
[0016]優(yōu)選地，所述足尖結(jié)構(gòu)采用圓形結(jié)構(gòu)。
[0017]優(yōu)選地，直線驅(qū)動(dòng)部件15采用如下任一種形式:
[0018]-液壓缸驅(qū)動(dòng)；
[0019]-旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠傳動(dòng)；
[0020]-直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種并聯(lián)六足步行機(jī)器人，包括機(jī)器人機(jī)架X和布置于機(jī)器人機(jī)架X上的六條上述直線驅(qū)動(dòng)的步行機(jī)器人腿部構(gòu)型，六條所述直線驅(qū)動(dòng)的步行機(jī)器人腿部構(gòu)型的側(cè)擺塊I通過轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈a在機(jī)器人機(jī)架X的下方前后對(duì)稱布置或同向布置，實(shí)現(xiàn)直線驅(qū)動(dòng)的步行機(jī)器人腿部構(gòu)型的腿部伸縮機(jī)構(gòu)左右擺動(dòng)，所述并聯(lián)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分別設(shè)置于機(jī)器人機(jī)架X的上方，其中，所述轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈g8與機(jī)器人機(jī)架X相連。
[0022]本發(fā)明的工作原理為:
[0023]每一條腿部伸縮機(jī)構(gòu)的足尖結(jié)構(gòu)均具有前后、左右和上下三維運(yùn)動(dòng)能力，相應(yīng)的，傳動(dòng)桿b6上故連的轉(zhuǎn)動(dòng)組件bl4也具有空間三維運(yùn)動(dòng)能力，通過控制該轉(zhuǎn)動(dòng)組件bl4的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)足尖結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制；和該轉(zhuǎn)動(dòng)組件bl4連接的是一個(gè)三支鏈的并聯(lián)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，還包括驅(qū)動(dòng)頭7、驅(qū)動(dòng)桿a9、萬向節(jié)10、驅(qū)動(dòng)桿bll、驅(qū)動(dòng)桿cl2、轉(zhuǎn)動(dòng)組件al3和轉(zhuǎn)動(dòng)組件bl4 ;直線驅(qū)動(dòng)部件15通過提供直線驅(qū)動(dòng)力，帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)頭7上下運(yùn)動(dòng)，各腿部構(gòu)型的三個(gè)構(gòu)件(腿部伸縮機(jī)構(gòu)、并聯(lián)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu))通過協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)足部桿5的空間三維運(yùn)動(dòng)輸出。
[0024]本發(fā)明提供的直線驅(qū)動(dòng)的步行機(jī)器人腿部構(gòu)型及并聯(lián)六足步行機(jī)器人，采用機(jī)器人機(jī)架、六條相同構(gòu)型的腿部構(gòu)型、六個(gè)相同的并聯(lián)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、每條腿都具有的三個(gè)直線驅(qū)動(dòng)部件。足尖結(jié)構(gòu)通過并聯(lián)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和腿部伸縮機(jī)構(gòu)協(xié)同運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)各種行走軌跡。
[0025]1、本發(fā)明通過驅(qū)動(dòng)腿部上方的并聯(lián)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制腿部伸縮機(jī)構(gòu)的三維空間運(yùn)動(dòng)，與常規(guī)腿部結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明提供的腿部伸縮機(jī)構(gòu)上沒有驅(qū)動(dòng)裝置，通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)和材料特性，可以最大限度的降低腿部伸縮機(jī)構(gòu)的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，提高機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性能。
[0026]2、本發(fā)明將驅(qū)動(dòng)器集中在身體上方，便于統(tǒng)一防護(hù)，在復(fù)雜作業(yè)環(huán)境下，機(jī)器人具有更高的防護(hù)安全級(jí)別，在危險(xiǎn)環(huán)境下作業(yè)可靠性更高；各驅(qū)動(dòng)器功率相當(dāng)，在設(shè)計(jì)制造時(shí)可以選用同款驅(qū)動(dòng)器。
[0027]3、各腿部伸縮機(jī)構(gòu)的小腿桿會(huì)通過彈簧和伸縮裝置連接到足部桿5，使各腿部伸縮機(jī)構(gòu)具有緩沖吸振功能。
[0028]4、足部桿5的足尖結(jié)構(gòu)具有圓形結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)不同地形，同時(shí)采用柔韌材料降低沖擊。
[0029]5、直線驅(qū)動(dòng)部件提供直線驅(qū)動(dòng)力帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)頭，具體實(shí)現(xiàn)可以通過液壓缸，或者通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)、絲杠傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)，也可以通過直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)。
[0030]6、本發(fā)明具有腿部質(zhì)量輕、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、便于驅(qū)動(dòng)器以及傳感器等電子元器件便于防護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。
[0031]7、本發(fā)明解決了機(jī)器人在地形復(fù)雜、環(huán)境惡劣的作業(yè)條件下行走的防護(hù)與機(jī)動(dòng)性冋題。
【附圖說明】
[0032]通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0033]圖1為本發(fā)明直線驅(qū)動(dòng)的步行機(jī)器人腿部構(gòu)型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖2為本發(fā)明并聯(lián)六足步行機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖中:1為側(cè)擺塊，2為擺動(dòng)桿，3為傳動(dòng)桿a，4為小腿桿，5為足部桿，6為傳動(dòng)桿b，7為驅(qū)動(dòng)頭，8為轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈d，9為驅(qū)動(dòng)桿a，10為萬向節(jié)，11為驅(qū)動(dòng)桿b，12為驅(qū)動(dòng)桿C，13為轉(zhuǎn)動(dòng)組件a，14為轉(zhuǎn)動(dòng)組件b，15為直線驅(qū)動(dòng)部件，I為第一直線驅(qū)動(dòng)的步行機(jī)器人腿部構(gòu)型，II為第二直線驅(qū)動(dòng)的步行機(jī)器人腿部構(gòu)型，III為第三直線驅(qū)動(dòng)的步行機(jī)器人腿部構(gòu)型，IV為第四直線驅(qū)動(dòng)的步行機(jī)器人腿部構(gòu)型，V為第五直線驅(qū)動(dòng)的步行機(jī)器人腿部構(gòu)型，VI為第六直線驅(qū)動(dòng)的步行機(jī)器人腿部構(gòu)型，X為機(jī)器人機(jī)架，XI為直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明:本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0037]實(shí)施例
[0038]本實(shí)施例提供了一種直線驅(qū)動(dòng)的步行機(jī)器人腿部構(gòu)型，包括:腿部伸縮機(jī)構(gòu)、并聯(lián)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與并聯(lián)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)連接，所