專利名稱：基于混聯(lián)機(jī)構(gòu)的全方位四足步行移動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種全方位四足步行移動平臺，涉及用于突發(fā)災(zāi)害中在廢墟等復(fù)雜地形 探險、搜索目標(biāo)和運輸作業(yè)的一種移動裝置。
背景技術(shù)：
近年來各種地質(zhì)災(zāi)害的頻頻發(fā)生，正如突如其來的汶川地震等，救援工作需要立 刻展開，然而如何能夠迅速發(fā)現(xiàn)廢墟下的被困人員，如何快速進(jìn)行物資定點投遞，是實施 救援最先面臨的問題，因此急需一種能夠在這種復(fù)雜環(huán)境中便于攜帶和便于實施的移動設(shè) 備。目前，常見的災(zāi)害后搜索目標(biāo)方法有兩種一、救援人員或利用警犬搜尋被困人 員；二、用搜尋機(jī)器人搜索。其中第一種搜尋措施最為常見，費用低，但警犬需要經(jīng)過專門培 訓(xùn)，數(shù)量有限，在救災(zāi)同時，危險環(huán)境有時會造成救援人員和警犬傷亡。第二種措施利用搜 救機(jī)器人，能夠遠(yuǎn)程的搜尋生命氣息，無需救援人員親自到達(dá)危險地域，從而確保救援人員 的安全，對于救援人員無法到達(dá)的空間，更能夠發(fā)揮其體積小，便于操作的優(yōu)點。在確認(rèn)受 災(zāi)人員位置但暫時無法轉(zhuǎn)移時，救援物資通常通過直升機(jī)或者人力進(jìn)行投遞。但受災(zāi)區(qū)域 能見度低，直升機(jī)投送救援物資由于投遞點不精確造成損失較大，人力投送救援物資又受 限于救援人員緊張而且可能帶來更多額外的人員傷亡。因此，有必要設(shè)計一種便于攜帶和 便于實施的移動裝置，可以用于突發(fā)災(zāi)害中在廢墟等復(fù)雜地形探險、搜索目標(biāo)和運輸作業(yè)， 以滿足災(zāi)后救援工作中對救援設(shè)備的迫切需求。在突發(fā)災(zāi)害中的廢墟等復(fù)雜環(huán)境中，步行移動相比其他移動方式具有明顯的優(yōu) 勢。傳統(tǒng)的四足步行機(jī)構(gòu)腿部都是由一組運動鏈串聯(lián)而成，每個關(guān)節(jié)都需要驅(qū)動，外露的 關(guān)節(jié)驅(qū)動器和傳感器在四足步行移動的應(yīng)用環(huán)境中極易損壞，從而影響整個機(jī)構(gòu)的正常工 作，甚至發(fā)生危險。通常，對于外露驅(qū)動器和傳感器易損壞這種情況采用包裝密封的手段進(jìn) 行優(yōu)化。不過在實際的惡劣環(huán)境中，關(guān)節(jié)的密封本來就是一個非常困難的課題，因此這種方 法不能徹底解決問題，而且?guī)砹肆硗獾碾y題。本裝置能夠避免現(xiàn)有四足機(jī)器人的缺陷，地 形適應(yīng)能力強(qiáng)，能夠遠(yuǎn)程的搜尋生命氣息，無需救援人員親自到達(dá)危險地域，從而卻保救援 人員的安全，對于救援人員無法到達(dá)的空間，更能夠發(fā)揮體積小，便于操作的優(yōu)點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是設(shè)計一種適合惡劣環(huán)境的四足步行機(jī)器人，將所有的驅(qū)動 器都盡量安裝在機(jī)體上，實現(xiàn)全方位的四足步行。這樣，四足步行裝置在室外環(huán)境中工作 時，除了可以很好的實現(xiàn)常規(guī)四足步行機(jī)器人的步行功能，腿部關(guān)節(jié)受外界影響的可能性 還將大大減小，從而減少驅(qū)動器和傳感器在惡劣環(huán)境中的故障率，提高四足步行裝置的可 靠性和環(huán)境適應(yīng)能力。本裝置利用并聯(lián)機(jī)構(gòu)的多自由度運動特性和驅(qū)動關(guān)節(jié)的可選擇特 性，設(shè)計了一種串、并混聯(lián)的，能夠?qū)崿F(xiàn)足端三自由度運動的新型四足步行腿部機(jī)構(gòu)。將該 腿部機(jī)構(gòu)按照中心對稱和軸對稱進(jìn)行安裝，實現(xiàn)步行移動方式的全方位四足步行。
本發(fā)明解決技術(shù)問 題采用的技術(shù)方案是—個中心對稱的機(jī)架，四個和機(jī)架連接的串、并混聯(lián)三自由度腿部機(jī)構(gòu)。構(gòu)成該裝 置的零部件之間的連接為四個腿部機(jī)構(gòu)完全相同，通過螺栓螺母或者焊接與機(jī)架連接在一起，對稱安裝在 機(jī)架上。每一個腿部機(jī)構(gòu)組件由連桿、轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)、驅(qū)動電機(jī)和聯(lián)軸器組成；電機(jī)輸出軸通過 聯(lián)軸器與主動連桿相連接，所有的主動連桿在一個平面內(nèi)，和機(jī)架垂直的連桿與機(jī)架之間 形成轉(zhuǎn)動副；轉(zhuǎn)動連桿上固定的兩個電機(jī)驅(qū)動平面五桿機(jī)構(gòu)的兩個主動連桿，把電機(jī)的周 轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為足端的平面運動，三個電機(jī)輸入實現(xiàn)了每個足端的3個自由度運動輸出。四 個腿部機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)運動，實現(xiàn)四足步行移動裝置的實際全方位步行輸出。本發(fā)明所具有的有益效果利用串、并聯(lián)混聯(lián)機(jī)構(gòu)的運動特性和大的工作空間，設(shè) 計了一種適用于惡劣室外環(huán)境的四足步行腿部機(jī)構(gòu)，提供了一種可用于探險環(huán)境的四足全 方位步行移動裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)任意方向的移動和任意角度的轉(zhuǎn)動。利用并聯(lián)機(jī)構(gòu)輸入關(guān)節(jié) 的可選擇特性，該步行裝置的所有驅(qū)動電機(jī)都安裝在機(jī)架上，腿部關(guān)節(jié)受外界影響的可能 性將大大減小，從而減少驅(qū)動器在惡劣環(huán)境中的故障率，提高四足步行裝置的可靠性和環(huán) 境適應(yīng)能力。本裝置將四足步行移動的應(yīng)用場合進(jìn)行整合，是一種新型室外無人作業(yè)的通 用移動平臺機(jī)械。


圖1全方位四足步行移動裝置總裝配示意圖；圖2腿部機(jī)構(gòu)簡圖；圖3直線步行腿部機(jī)構(gòu)運動序列；圖4轉(zhuǎn)彎步行腿部機(jī)構(gòu)運動序列；圖中標(biāo)號分別為1為機(jī)架、2為驅(qū)動電機(jī)、3為驅(qū)動電機(jī)、4為驅(qū)動電機(jī)、5，6，7，8， 9為連桿，連桿之間通過轉(zhuǎn)動副鉸鏈連接。
具體實施例方式結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。全方位四足步行移動裝置，如圖1所示，包括機(jī)架、驅(qū)動電機(jī)和四個結(jié)構(gòu)對稱的 腿部機(jī)構(gòu)。如圖1、2所示，本發(fā)明利用獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計，解決了常規(guī)四足步行裝置外露關(guān)節(jié) 驅(qū)動器在應(yīng)用環(huán)境中極易損壞和四足步行裝置難以實現(xiàn)全方位步行的問題。本發(fā)明的技術(shù)方案每個腿部機(jī)構(gòu)由5個連桿組成，裝有3個驅(qū)動電機(jī)，見圖1 ；驅(qū)動電機(jī)2驅(qū)動連桿 5轉(zhuǎn)動，帶動整個腿部機(jī)構(gòu)平面作轉(zhuǎn)動運動；驅(qū)動電機(jī)3和驅(qū)動電機(jī)4共同帶動腿部機(jī)構(gòu)末 端點在腿部機(jī)構(gòu)平面內(nèi)移動，實現(xiàn)平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運動輸出。整個腿部機(jī)構(gòu)有3個自由度， 滿足步行移動裝置對腿部機(jī)構(gòu)的要求。四個對稱安裝的腿部機(jī)構(gòu)按照一定的序列運動，實現(xiàn)本裝置的全方位四足步行移 動。如圖3為直線步行運動序列，圖4為轉(zhuǎn)彎步行運動序列。
上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式 的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行 的各種改造，或未經(jīng)改進(jìn)直接應(yīng)用 于其它場合的,均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種基于混聯(lián)機(jī)構(gòu)的全方位四足步行移動裝置，其特征在于它包括機(jī)架，驅(qū)動系統(tǒng)，對稱安裝的腿部機(jī)構(gòu)。四個腿部機(jī)構(gòu)完全相同，通過螺栓螺母或者焊接與機(jī)架連接在一起，每一個腿部機(jī)構(gòu)組件由連桿、轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)、驅(qū)動電機(jī)和聯(lián)軸器組成；電機(jī)輸出軸通過聯(lián)軸器與主動連桿相連接，所有的主動連桿在一個平面內(nèi)，和機(jī)架垂直的連桿與機(jī)架之間形成轉(zhuǎn)動副；轉(zhuǎn)動連桿上固定的兩個電機(jī)驅(qū)動平面五桿機(jī)構(gòu)的兩個主動連桿，把電機(jī)的周轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為足端的平面運動。
2.一種適應(yīng)廢墟等復(fù)雜環(huán)境的混聯(lián)腿部機(jī)構(gòu)，其特征在于平面并聯(lián)5桿機(jī)構(gòu)和一個 轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)串聯(lián)，可以實現(xiàn)個足端的3自由度運動輸出。
3.適用于本裝置的四足步行運動控制序列，其特征在于可以實現(xiàn)前進(jìn)、后退、原地轉(zhuǎn) 向和定半徑轉(zhuǎn)彎的運動序列。
全文摘要
一種用于廢墟等復(fù)雜地形及狹窄空間條件下搜索目標(biāo)和運輸作業(yè)的四足步行移動裝置。本發(fā)明要解決的問題是設(shè)計一種適合惡劣環(huán)境的四足步行機(jī)器人，由一個中心對稱的機(jī)架，四個和機(jī)架連接的串、并混聯(lián)三自由度腿部機(jī)構(gòu)構(gòu)成。每一個腿部機(jī)構(gòu)組件由連桿、轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)、驅(qū)動電機(jī)和聯(lián)軸器組成；電機(jī)輸出軸通過聯(lián)軸器與主動連桿相連接，所有的主動連桿在一個平面內(nèi)，和機(jī)架垂直的連桿與機(jī)架之間形成轉(zhuǎn)動副；轉(zhuǎn)動連桿上固定的兩個電機(jī)驅(qū)動平面五桿機(jī)構(gòu)的兩個主動連桿，把電機(jī)的周轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為足端的平面運動，三個電機(jī)輸入實現(xiàn)了每個足端的3個自由度運動輸出。四個腿部機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)運動，實現(xiàn)四足步行移動裝置的實際全方位步行輸出。本裝置將四足步行移動的應(yīng)用場合進(jìn)行整合，是一種新型室外無人作業(yè)的通用移動平臺機(jī)械。
文檔編號B62D57/032GK101947983SQ20101027976
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月13日
發(fā)明者劉平安, 平學(xué)成, 槐創(chuàng)鋒, 黃志剛 申請人:華東交通大學(xué)