直線驅動的步行機器人腿部構型及并聯(lián)四足步行機器人的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及機器人技術領域，具體是一種便于防護的直線驅動的步行機器人腿部構型及并聯(lián)四足步行機器人。
【背景技術】
[0002]腿式機器人與輪式機器人和履帶式機器人的最大區(qū)別在于，腿式機器人具有更高的機動能力，它們更適合在復雜地形中執(zhí)行作業(yè)任務，尤其是在突發(fā)災難的區(qū)域，如:地震、火災、廠房區(qū)內毒氣泄漏等，一般的器械都無法有效、快速的將探測、救援設備運送到目的地。腿式機器人(步行器)具備較高的越障能力更適合被派遣到這些地方進行工作。因此，對于軍用、民用腿式機器人的研宄有著重要的實際意義。
[0003]腿式機器人在復雜作業(yè)環(huán)境下，應具備兩個很重要的特點:機動性和防護能力。由于地形復雜，機器人為了適應地形，腿部應非常靈活。這需要機器人的腿部質量和轉動慣量較小。另一方面，由于在惡劣的環(huán)境下作業(yè)，對于驅動器以及傳感器等電子元器件的防護要求較高。常規(guī)的串聯(lián)腿機器人由于腿部安裝了驅動器和相應的傳感器，很難實現較好的防護。同時，這樣也增加了腿部較低位置的質量，增加了機器人的腿部轉動慣量，降低了腿部的機動性。
[0004]另一方面，常規(guī)的機器人腿部各驅動功率需求大小相差較大，比如在行走過程中，膝關節(jié)需要較大功率的驅動器，而髖關節(jié)需要的功率較小。這對于機器人的制造成本、驅動的選型都帶來了一定的不便。為了解決這兩個問題，需要從機器人的腿部構型這個基本問題著手進行設計。
[0005]綜上所述，常規(guī)的步行器的腿部設計可能導致機器人腿部轉動慣量較大，驅動以及電子器件不易防護、驅動器功率分布不均勻等問題。為了應對復雜作業(yè)環(huán)境，需要對機器人的腿部構型進行重新設計。

【發(fā)明內容】

[0006]針對現有技術中存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種直線驅動的步行機器人腿部構型及并聯(lián)四足步行機器人，以解決現有步行器(腿式機器人)腿轉動慣量較大、驅動以及電子器件不容易防護以及驅動器功率分布不均勻等問題。
[0007]為達到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術方案實現的。
[0008]根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種直線驅動的步行機器人腿部構型，包括:腿部伸縮機構、并聯(lián)驅動機構以及直線驅動機構；所述直線驅動機構與并聯(lián)驅動機構驅動連接，所述并聯(lián)驅動機構與腿部伸縮機構驅動連接；其中:
[0009]所述腿部伸縮機構包括:側擺塊1、擺動桿2、傳動桿a3、傳動桿b6、小腿桿4和足部桿5，其中，所述側擺塊I通過與側擺塊I轉動軸線正交布置的轉動鉸鏈b與擺動桿2相連，實現腿部伸縮機構的前后擺動，所述擺動桿2分別通過轉動鉸鏈c和轉動鉸鏈d與傳動桿a3和傳動桿b6相連，所述傳動桿a3和傳動桿b6分別通過轉動鉸鏈e和轉動鉸鏈f與小腿桿4相連，所述小腿桿4通過彈簧伸縮機構與足部桿5相連；
[0010]所述并聯(lián)驅動機構包括：驅動頭7、萬向節(jié)8、驅動桿a9、驅動桿blO、驅動桿cll、轉動組件al2和轉動組件bl3，其中，所述驅動頭7和萬向節(jié)8分別為三個，三個驅動頭7通過對應的萬向節(jié)8分別與驅動桿a9、驅動桿blO和驅動桿cll相連，所述驅動桿blO和驅動桿cll通過轉動組件al2與驅動桿a9相連，所述驅動桿a9通過轉動組件bl3與腿部伸縮機構的傳動桿b6相連，驅動腿部伸縮機構運動；
[0011]所述直線驅動機構包括三組直線驅動部件14，三組直線驅動部件14分別與并聯(lián)驅動機構的三個驅動頭7相連，驅動三個驅動頭7沿直線上下運動。
[0012]優(yōu)選地，所述轉動組件al2和轉動組件bl3均采用如下任一種結構：
[0013]-包括三個順序相連的轉動鉸鏈g，三個轉動鉸鏈g的旋轉中心交于一點；
[0014]_采用一個球副鉸鏈。
[0015]優(yōu)選地，所述萬向節(jié)8包括兩個正交的轉動鉸鏈h。
[0016]優(yōu)選地，所述足部桿5的端部形成足尖結構，所述足尖結構具有前后、左右和上下三維運動輸出。
[0017]優(yōu)選地，所述足尖結構采用圓形結構。
[0018]優(yōu)選地，直線驅動部件14采用如下任一種形式：
[0019]_液壓缸驅動；
[0020]-旋轉電機驅動絲杠傳動；
[0021]-直線電機驅動。
[0022]根據本發(fā)明的另一個方面，提供了一種并聯(lián)四足步行機器人，包括身體機架V和布置于身體機架V上的四條上述直線驅動的步行機器人腿部構型，四條所述直線驅動的步行機器人腿部構型的側擺塊1通過轉動鉸鏈a在身體機架V的下方前后對稱布置或同向布置，實現直線驅動的步行機器人腿部構型的腿部伸縮機構左右擺動，所述并聯(lián)驅動機構和直線驅動機構分別設置于身體機架V的上方。
[0023]本發(fā)明的工作原理為：
[0024]每一條腿部伸縮機構的足尖結構均具有前后、左右和上下三維運動能力，相應的，傳動桿b6上和驅動桿a 9連接的三個正交轉動副或者球鉸（轉動組件bl3)也具有空間三維運動能力，通過控制該轉動組件bl3的運動實現對足尖結構的運動控制；和該轉動組件bl3連接的是一個三支鏈的并聯(lián)驅動機構，包括驅動頭7、萬向節(jié)8、驅動桿a9、驅動桿blO、驅動桿cl 1、轉動組件al2 ;直線驅動部件14通過提供直線驅動力，帶動驅動頭7上下運動，各腿部構型的三個構件（腿部伸縮機構、并聯(lián)驅動機構以及直線驅動機構）通過協(xié)調運動，實現足部桿（5)的空間三維運動輸出。
[0025]本發(fā)明提供的便于實現驅動防護的直線驅動的步行機器人腿部構型及并聯(lián)四足步行機器人，采用身體機架、四條相同構型的腿部構型、四個相同的并聯(lián)驅動機構、每條腿都具有的三個直線驅動部件。足尖結構通過并聯(lián)驅動機構、直線驅動機構和腿部伸縮機構協(xié)同運動實現各種行走軌跡。
[0026]與現有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0027]1、本發(fā)明通過驅動腿部上方的并聯(lián)驅動機構控制腿部伸縮機構的三維空間運動，與常規(guī)腿部結構相比，本發(fā)明提供的腿部伸縮機構上沒有驅動裝置，通過優(yōu)化結構和材料特性，可以最大限度的降低腿部伸縮機構的質量和轉動慣量，提高機器人的機動性能。
[0028]2、本發(fā)明將驅動器集中在身體上方，便于統(tǒng)一防護，在復雜作業(yè)環(huán)境下，機器人具有更高的防護安全級別，在危險環(huán)境下作業(yè)可靠性更高；各驅動器功率相當，在設計制造時可以選用同款驅動器。
[0029]3、各腿部伸縮機構的小腿桿會通過彈簧和伸縮裝置連接到足部桿5，使各腿部伸縮機構具有緩沖吸振功能。
[0030]4、足部桿5的足尖結構具有圓形結構，以適應不同地形，同時采用柔韌材料降低沖擊。
[0031]5、直線驅動部件提供直線驅動力帶動驅動頭，具體實現可以通過液壓缸，或者通過旋轉電機、絲杠傳動實現，也可以通過直線電機直接驅動，結構簡單易實現。
[0032]6、本發(fā)明具有腿部質量輕、轉動慣量小、便于驅動器以及傳感器等電子元器件便于防護的優(yōu)點。
[0033]7、本發(fā)明解決了機器人在地形復雜、環(huán)境惡劣的作業(yè)條件下行走的防護與機動性冋題。
【附圖說明】
[0034]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0035]圖1為本發(fā)明直線驅動的步行機器人腿部構型的結構示意圖；
[0036]圖2為本發(fā)明并聯(lián)四足步行機器人的結構示意圖。
[0037]圖中:1為側擺塊，2為擺動桿，3為傳動桿a，4為小腿桿，5為足部桿，6為傳動桿b，7為驅動頭，8為萬向節(jié)，9為驅動桿a，10為驅動桿b，11為驅動桿C，12為轉動組件a，13為轉動組件b，14為直線驅動部件，I為直線驅動機構(前)，II為直線驅動的步行機器人腿部構型(前)，III為直線驅動的步行機器人腿部構型(后)，IV為直線驅動機構(后)，V為身體機架。
【具體實施方式】
[0038]下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明:本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干