步行機(jī)器人的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種步行機(jī)器人，包括運(yùn)載平臺(tái)，運(yùn)載平臺(tái)下表面連接有串并混聯(lián)結(jié)構(gòu)的機(jī)器人腿；串并混聯(lián)結(jié)構(gòu)的機(jī)器人腿包括依次相連接的根部部件、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)和腿部末端部件。采用仿哺乳動(dòng)物腿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，機(jī)器人的四條腿合理規(guī)劃生成四足或者四足以上的步行機(jī)器人行走步態(tài)，可以有效提高步行機(jī)器人的能量利用率。本步行機(jī)器人還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，具有更高的可靠性和靈活性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】步行機(jī)器人

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)器人【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種步行機(jī)器人。

【背景技術(shù)】
[0002]目前國(guó)內(nèi)外機(jī)器人分為串聯(lián)機(jī)器人和并聯(lián)機(jī)器人，機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)按移動(dòng)方式分為輪式、腿式、履帶式等。但是，它們各自都存在著相應(yīng)的缺陷，輪式結(jié)構(gòu)機(jī)器人速度快、控制靈活，但跨越障礙的能力有限；腿式機(jī)構(gòu)機(jī)器人適應(yīng)能力強(qiáng)，控制復(fù)雜，能耗大；履帶式移動(dòng)機(jī)器人重量大，能耗高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種步行機(jī)器人，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的移動(dòng)行走機(jī)器人不能兼顧結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便、反應(yīng)快速靈活、適應(yīng)能力強(qiáng)的不足的問(wèn)題。
[0004]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種步行機(jī)器人，包括運(yùn)載平臺(tái)，運(yùn)載平臺(tái)下表面連接有串并混聯(lián)結(jié)構(gòu)的機(jī)器人腿；串并混聯(lián)結(jié)構(gòu)的機(jī)器人腿包括依次相連接的根部部件、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)和腿部末端部件。
[0005]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0006]串并混聯(lián)結(jié)構(gòu)的機(jī)器人腿至少設(shè)置有4個(gè)，串并混聯(lián)結(jié)構(gòu)的機(jī)器人腿成對(duì)設(shè)置。
[0007]根部部件包括法蘭盤(pán)、中間約束支鏈和三個(gè)主動(dòng)運(yùn)動(dòng)支鏈，中間約束支鏈與法蘭盤(pán)的中心轉(zhuǎn)動(dòng)連接，法蘭盤(pán)的下表面均勻連接有三個(gè)主動(dòng)運(yùn)動(dòng)支鏈；每個(gè)主動(dòng)運(yùn)動(dòng)支鏈包括根部電機(jī)、第一電機(jī)架、主動(dòng)桿和從動(dòng)桿；第一電機(jī)架固定在法蘭盤(pán)的下表面，根部電機(jī)固定在電機(jī)支架上，主動(dòng)桿的一端通過(guò)鍵聯(lián)接固定在根部電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸伸出端上，主動(dòng)桿的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)軸與從動(dòng)桿的上端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，從動(dòng)桿的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)軸與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)相連接。
[0008]中間約束支鏈采用虎克鉸，中間約束支鏈的一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與法蘭盤(pán)的中心轉(zhuǎn)動(dòng)連接；另一端通過(guò)虎克鉸與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)連接。
[0009]法蘭盤(pán)的上表面焊接有U形連接件，根部部件通過(guò)U形連接件與運(yùn)載平臺(tái)相連接。
[0010]轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)包括轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)電機(jī)、第二電機(jī)架、從動(dòng)錐齒輪和主動(dòng)錐齒輪，第二電機(jī)架固定設(shè)置于運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的下端；轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)電機(jī)內(nèi)置固定于第二電機(jī)架中；轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)電機(jī)的伸出端通過(guò)鍵聯(lián)接與主動(dòng)錐齒輪連接，主動(dòng)錐齒輪和從動(dòng)錐齒輪通過(guò)齒輪傳動(dòng)連接，主動(dòng)錐齒輪和從動(dòng)錐齒輪兩者呈90°角配合。
[0011]腿部末端部件包括小腿和足端，小腿的一端與第二電機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)連接，小腿的一端固定連接有足端，足端為中空的半球形，足端采用橡膠。
[0012]每個(gè)根部電機(jī)和每個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)電機(jī)均是獨(dú)立控制的。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:
[0014](I)采用將伺服電機(jī)作為串并混聯(lián)步行機(jī)器人腿結(jié)構(gòu)的一部分的設(shè)計(jì)方式，大大簡(jiǎn)化了串并混聯(lián)步行機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)，使步行機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，具有更高的可靠性和靈活性。
[0015](2)采用仿哺乳動(dòng)物腿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，尤其是機(jī)器人采用四條腿合理規(guī)劃生成四足步行機(jī)器人行走步態(tài)，可以有效提高四足步行機(jī)器人的能量利用率。
[0016](3)本串并混聯(lián)步行機(jī)器人的每條腿都采用串并混聯(lián)結(jié)構(gòu)，使得本發(fā)明兼有并聯(lián)機(jī)器人剛度大、精度高的優(yōu)點(diǎn)和串聯(lián)機(jī)器人工作空間大的優(yōu)點(diǎn)。
[0017](4)本串并混聯(lián)步行機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、布局合理。
[0018](5)本串并混聯(lián)步行機(jī)器人的腿部在法蘭盤(pán)和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)之間設(shè)計(jì)的中間約束支鏈，提高了轉(zhuǎn)動(dòng)精度，使得機(jī)器人腿部的活動(dòng)范圍大、承載能力強(qiáng)，同時(shí)方便裝配。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本發(fā)明步行機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明步行機(jī)器人腿部根部部件示意圖；
[0021]圖3是本發(fā)明步行機(jī)器人中間約束支鏈的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4是本發(fā)明步行機(jī)器人腿的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的示意圖。
[0023]圖中，1.運(yùn)載平臺(tái)，2.根部部件，3.運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，4.轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，5.腿部末端部件，6.法蘭盤(pán)，7.根部電機(jī)，8.第一電機(jī)架，9.主動(dòng)桿，10.從動(dòng)桿，11.轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)電機(jī)，12.從動(dòng)錐齒輪，13.主動(dòng)錐齒輪，14.中間約束支鏈，15.第二電機(jī)架，16.U形連接件，17.小腿，18.足立而。

【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0025]本發(fā)明提供一種步行機(jī)器人，如圖1所示，包括運(yùn)載平臺(tái)1，運(yùn)載平臺(tái)I下表面連接有串并混聯(lián)結(jié)構(gòu)的機(jī)器人腿；串并混聯(lián)結(jié)構(gòu)的機(jī)器人腿包括依次相連接的根部部件2、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3、轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)4和腿部末端部件5。
[0026]串并混聯(lián)結(jié)構(gòu)的機(jī)器人腿至少設(shè)置有4個(gè)，串并混聯(lián)結(jié)構(gòu)的機(jī)器人腿成對(duì)設(shè)置。
[0027]如圖2和圖3所示，根部部件2包括法蘭盤(pán)6、中間約束支鏈14和三個(gè)主動(dòng)運(yùn)動(dòng)支鏈，中間約束支鏈14與法蘭盤(pán)6的中心轉(zhuǎn)動(dòng)連接，法蘭盤(pán)6的下表面均勻連接有三個(gè)主動(dòng)運(yùn)動(dòng)支鏈；法蘭盤(pán)6的上端焊接有U形連接件16，所述根部部件2通過(guò)U形連接件16與運(yùn)載平臺(tái)I相連接。每個(gè)主動(dòng)運(yùn)動(dòng)支鏈包括根部電機(jī)7、第一電機(jī)架8、主動(dòng)桿9和從動(dòng)桿10 ;第一電機(jī)架8固定在法蘭盤(pán)6的下表面,根部電機(jī)7固定在電機(jī)支架8上,主動(dòng)桿9的一端通過(guò)鍵聯(lián)接固定在根部電機(jī)7的轉(zhuǎn)動(dòng)軸伸出端上，主動(dòng)桿9的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)軸與從動(dòng)桿10的上端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，從動(dòng)桿10的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)軸與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3轉(zhuǎn)動(dòng)相連接。該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3由三個(gè)主動(dòng)運(yùn)動(dòng)支鏈上的三個(gè)相互獨(dú)立的腿部電機(jī)7驅(qū)動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)空間三個(gè)自由度的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)腿部電機(jī)7接受指令后運(yùn)轉(zhuǎn)，可以控制運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3的前擺和后擺、內(nèi)擺和外擺運(yùn)動(dòng)，從而可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人腿的抬起和落下，內(nèi)擺和外擺的動(dòng)作。
[0028]中間約束支鏈14采用虎克鉸，中間約束支鏈14的一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與法蘭盤(pán)6的中心轉(zhuǎn)動(dòng)連接，另一端通過(guò)虎克鉸與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3轉(zhuǎn)動(dòng)連接。
[0029]法蘭盤(pán)6的上表面焊接有U形連接件16，根部部件2通過(guò)U形連接件16與運(yùn)載平臺(tái)I相連接。
[0030]如圖4所示，轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)4包括轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)電機(jī)11、第二電機(jī)架15、從動(dòng)錐齒輪12和主動(dòng)錐齒輪13，第二電機(jī)架15固定設(shè)置于運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3的下端；轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)電機(jī)11內(nèi)置固定于第二電機(jī)架15中；轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)電機(jī)11的伸出端通過(guò)鍵聯(lián)接與主動(dòng)錐齒輪13連接，主動(dòng)錐齒輪13和從動(dòng)錐齒輪12通過(guò)齒輪傳動(dòng)連接，主動(dòng)錐齒輪13和從動(dòng)錐齒輪12兩者呈90°角配合；轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)11接收到指令后轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)帶動(dòng)腿部末端部件5運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人腿部的前擺和后擺。
[0031]腿部末端部件5包括小腿17和足端18，小腿17的一端與第二電機(jī)架15轉(zhuǎn)動(dòng)連接，小腿17的一端固定連接有足端18，足端18為中空的半球形，足端18采用橡膠；其落足后與地面為柔性接觸面而非剛性接觸，既可以防止串并混聯(lián)四足步行機(jī)器人在行走時(shí)打滑又可以減小地面沖擊，有效的提高了機(jī)器人對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。
[0032]每個(gè)根部電機(jī)7和每個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)電機(jī)11均是獨(dú)立控制的。
[0033]上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作了詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以對(duì)其作出種種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種步行機(jī)器人，其特征在于，包括運(yùn)載平臺(tái)(I)，所述運(yùn)載平臺(tái)(I)下表面連接有串并混聯(lián)結(jié)構(gòu)的機(jī)器人腿；串并混聯(lián)結(jié)構(gòu)的機(jī)器人腿包括依次相連接的根部部件(2)、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(3)、轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)(4)和腿部末端部件(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的步行機(jī)器人，其特征在于，所述串并混聯(lián)結(jié)構(gòu)的機(jī)器人腿至少設(shè)置有4個(gè)，串并混聯(lián)結(jié)構(gòu)的機(jī)器人腿成對(duì)設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的步行機(jī)器人，其特征在于，所述根部部件(2)包括法蘭盤(pán)(6)、中間約束支鏈(14)和三個(gè)主動(dòng)運(yùn)動(dòng)支鏈，所述中間約束支鏈(14)的一端與法蘭盤(pán)(6)的中心轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述法蘭盤(pán)￠)的下表面均勻連接有三個(gè)主動(dòng)運(yùn)動(dòng)支鏈；每個(gè)主動(dòng)運(yùn)動(dòng)支鏈包括根部電機(jī)(X)、第一電機(jī)架(8)、主動(dòng)桿(9)和從動(dòng)桿(10);所述第一電機(jī)架(8)固定在法蘭盤(pán)￠)的下表面，根部電機(jī)(7)固定在電機(jī)支架(8)上，主動(dòng)桿(9)的一端通過(guò)鍵聯(lián)接固定在根部電機(jī)(7)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸伸出端上，主動(dòng)桿(9)的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)軸與從動(dòng)桿(10)的上端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，從動(dòng)桿(10)的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)軸與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(3)轉(zhuǎn)動(dòng)相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的步行機(jī)器人，其特征在于，所述中間約束支鏈(14)采用虎克鉸，中間約束支鏈(14)的一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與法蘭盤(pán)￠)的中心轉(zhuǎn)動(dòng)連接；另一端通過(guò)虎克鉸與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(3)轉(zhuǎn)動(dòng)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的步行機(jī)器人，其特征在于，所述法蘭盤(pán)(6)的上表面焊接有U形連接件(16)，所述根部部件(2)通過(guò)U形連接件(16)與運(yùn)載平臺(tái)(I)相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的步行機(jī)器人，其特征在于，所述轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)(4)包括轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)電機(jī)(11)、第二電機(jī)架(15)、從動(dòng)錐齒輪(12)和主動(dòng)錐齒輪(13)，所述第二電機(jī)架(15)固定設(shè)置于運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(3)的下端；轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)電機(jī)(11)內(nèi)置固定于第二電機(jī)架(15)中；轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)電機(jī)(11)的伸出端通過(guò)鍵聯(lián)接與主動(dòng)錐齒輪(13)連接，主動(dòng)錐齒輪(13)和從動(dòng)錐齒輪(12)通過(guò)齒輪傳動(dòng)連接，主動(dòng)錐齒輪(13)和從動(dòng)錐齒輪(12)兩者呈90°角配合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的步行機(jī)器人，其特征在于，所述腿部末端部件(5)包括小腿(17)和足端(18)，小腿(17)的一端與第二電機(jī)架(15)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，小腿(17)的一端固定連接有足端(18)，所述足端(18)為中空的半球形，所述足端(18)采用橡膠。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的步行機(jī)器人，其特征在于，所述每個(gè)根部電機(jī)(7)和每個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)電機(jī)(11)均是獨(dú)立控制的。
【文檔編號(hào)】B62D57/032GK104163216SQ201410430561
【公開(kāi)日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月28日
【發(fā)明者】高建設(shè), 高暢, 趙曉東, 李明祥, 王寶糖 申請(qǐng)人:鄭州大學(xué)