CN107554640B - 一种基于四自由度机构腿的六足步行器 - Google Patents

Abstract

一种基于四自由度机构腿的六足步行器，其包括机架、电气单元和分别联于机架两端的六条结构相同的四自由度机械腿,电气单元设在机架的上面，三角机接板与机架固连；机械腿主要包括三角连接板、四条结构相同的直线驱动分支、连接件、V形件、第一和第二圆柱带耳件、半球形足以及一个四杆机构，机械腿中所有的转动轴相互平行。每条腿在第一直线驱动分支和第二直线驱动分支的协同下，通过第三直线驱动分支和第四直线驱动分支的同步运动实现前后摆动和腿部伸缩，通过第三直线驱动分支和第四直线驱动分支的异步运动实现侧摆；通过第二直线驱动分支的驱动实现第三连杆的摆动。本发明腿部工作空间大、越障能力强、承载能力大、装配工艺性好。

Description

一种基于四自由度机构腿的六足步行器

技术领域

本发明属于机器人技术领域，特别是涉及一种步行器

背景技术

随着机器人技术的不断发展，移动式机器人已经逐渐的参与到工、农业生产以及服务业中。多足机器人作为移动式机器人的一种，相比于轮式与履带式移动机器人，它具有落足点离散，运动灵活及对地面适应性强等特点，是山地、丘陵、楼梯等非结构地面中理想的移动运载平台。根据足的数量的多少，多足机器人又被划分为二足、四足、六足等。由于六足机器人在行走过程中采用三角步态，其稳定性和承载能力较好，以至于其在实际工程应用中的执行能力较强。因此，六足步行机器人的研究有重要的实际意义。

机械腿作为六足机器人运动和承载的关键部件，对六足机器人的性能有重要影响。现有的六足步行机器人的机械腿主要有串联和并联两种形式，其中串联机械腿的主要特点为工作空间大、运动灵活、控制简单、腿部摆动惯性力较大、刚度较低、自重/负荷比大；并联机械腿的主要特点为结构紧凑、刚度大、自重/负荷比小、工作空间较小，控制较复杂。然而，在一些同时要求机械腿的承载能力和工作空间较大的工程应用场合，拥有上述腿部机构的六足机器人较难发挥其自身的特点。此外，同时具有较好的承载能力和较大的腿部工作空间的六足机器人并不多见。因此，设计同时具有更大腿部工作空间和更好承载能力的六足机器人，对拓宽移动式机器人应用范围有重要价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种腿部工作空间大，承载能力强的基于四自由度机构腿的六足步行器。本发明六足步行器的每条腿采用四自由度机构，能够实现两个转动和两个移动且这两个移动可同时沿同一方向运动以增大腿部机构工作空间。

本发明包括机架、电气单元和分别联于机架两端的六条结构相同的四自由度机械腿,电气单元设在机架的上面，机械腿通过三角连接板与机架固连；其中机架上设有螺栓孔、减重孔和定位孔，以便与机械腿和电器单元的连接以及减轻自重；

所述机械腿包括三角连接板、结构相同的四条直线驱动分支、连接件、第一圆柱带耳件、V形件、第一连杆、第二圆柱带耳件、第二连杆、半球形足、第三连杆和第四连杆，其中第一直线驱动分支的一端通过第一虎克铰与三角连接板的一角连接，第一直线驱动分支的另一端与V形件的中部固连，V形件的两端分别通过第一球副和第二球副与第三直线驱动分支和第四直线驱动分支的一端连接，第三直线驱动分支和第四直线驱动分支的另一端分别通过第二虎克铰和第三虎克铰与上述三角连接板的另外两个角连接，其中第三直线驱动分支和第四直线驱动分支位于第一直线驱动分支的一侧，第二直线驱动分支位于第一直线驱动分支的另一侧，第二直线驱动分支的一端与第一圆柱带耳件固定连接，第一圆柱带耳件的耳部通过第一转动轴与连接件的一端转动连接，连接件的另一端与第一直线驱动分支中的电机端盖的一侧面固连，第二直线驱动分支的另一端与第二圆柱带耳件固连，第二圆柱带耳件的耳部通过第二转动轴与第二连杆的一端转动连接，第二连杆的中部和另一端分别通过第三转动轴和第四转动轴与第一连杆的一端和第三连杆的中上部转动连接，第三连杆的一端通过第五转动轴与第四连杆的一端转动连接，第四连杆的另一端通过第六转动轴与第一连杆的中上部转动连接，第一连杆的另一端与V形件的底部固连，第三连杆的另一端与半球形足固连，所述第一、二、三、四、五、六转动轴相互平行设置；所述的第一球副和第二球副可以分别替换为转动中心交于一点的三个顺次连接的转动铰链；

所述直线驱动分支包括电机端盖、带传动组件、电机连接板、电机、导向杆组、传动杆、下支撑座、套筒、滑块组件、丝杠和上轴承座，其中，电机端盖与电机连接板固连，电机的机身与电机连接板的一端固连，电机的电机轴通过带传动组件与丝杠的输入轴连接，电机连接板的另一端与上轴承座固连接，上轴承座通过轴承与丝杠转动连接，丝杠的两侧设有导向杆组，滑块组件与丝杠螺旋连接，并与导向杆组通过移动副连接，滑块组件可沿着导向杆组移动，滑块组件的一侧与传动件固连，传动件通过滑动轴承与下支撑座移动连接，下支撑座与导向杆组和套筒的一端固连，导向杆组和套筒的另一端与上轴承座固连。每条机械腿在第一直线驱动分支和第二直线驱动分支的协同下，通过第三直线驱动分支和第四直线驱动分支的同步运动实现前后摆动和腿部伸缩，通过第三直线驱动分支和第四直线驱动分支的异步运动实现侧摆；通过第二直线驱动分支的驱动实现第三连杆的摆动。此外，通过六条腿的协同运动实现六足步行器的前进后退，侧移及下蹲等动作。

本发明与现有技术相比具有如下优点：腿部工作空间大、越障能力强、承载能力大、装配工艺性好。

附图说明

图1为本发明立体示意简图；

图2为本发明的侧视图；

图3为本发明机械腿的示意简图；

图4为本发明第一直线驱动分支的示意简图。

图中：1.机架、2.电器单元、3、4、5、6、7、8.机械腿、9.三角连接板、10.第一虎克铰、11.第一直线驱动分支、12.连接件、13.第一转动轴、14.第一圆柱带耳件、15.第二直线驱动分支、16.V形件、17.第一连杆、18.第二圆柱带耳件、19.第二转动轴、20.第三转动轴、21.第二连杆、22.半球形足、23.第三连杆、24.第四转动轴、25.第五转动轴、26.第四连杆、27.第六转动轴、28.第一球副、29.第二球副、30.第三直线驱动分支、31.第四直线驱动分支、32.第二虎克铰、33.第三虎克铰、34.电机端盖、35.带传动组件、36.电机连接板、37.电机、38、38＇.导向杆组、39.传动杆、40.下支撑座、41.套筒、42.滑块组件、43.丝杠、44.上轴承座。

具体实施方式

在图1和图2所示的基于四自由度机构腿的六足步行器示意图中，电气单元2设在机架1的上面，六条结构相同的四自由度机械腿3、4、5、6、7、8通过三角连接板与机架固连；其中机架上设有螺栓孔、减重孔和定位孔，以便与机械腿和电器单元的连接以及减轻自重；

如图3所示，每条机械腿中的第一直线驱动分支11的一端通过第一虎克铰10与三角连接板9的一角连接，第一直线驱动分支的另一端与V形件16的中部固连，V形件的两端分别通过第一球副28和第二球副29与第三直线驱动分支30和第四直线驱动分支31的一端连接，第三直线驱动分支和第四直线驱动分支的另一端分别通过第二虎克铰32和第三虎克铰33与上述三角连接板的另外两个角连接，其中第三直线驱动分支和第四直线驱动分支位于第一直线驱动分支的一侧，第二直线驱动分支15位于第一直线驱动分支的另一侧，第二直线驱动分支的一端与第一圆柱带耳件14固定连接，第一圆柱带耳件的耳部通过第一转动轴13与连接件12的一端转动连接，连接件的另一端与第一直线驱动分支中的电机端盖34的一侧面固连，第二直线驱动分支的另一端与第二圆柱带耳件18固连，第二圆柱带耳件的耳部通过第二转动轴19与第二连杆21的一端转动连接，第二连杆的中部和另一端分别通过第三转动轴20和第四转动轴24与第一连杆17的一端和第三连杆23的中上部转动连接，第三连杆的一端通过第五转动轴25与第四连杆26的一端转动连接，第四连杆的另一端通过第六转动轴27与第一连杆的中上部转动连接，第一连杆的另一端与V形件的底部固连，第三连杆的另一端与半球形足22固连，所述第一、二、三、四、五、六转动轴相互平行设置；

如图4所示，直线驱动分支中的电机端盖34与电机连接板36固连，电机37的机身与电机连接板的一端固连，电机的电机轴通过带传动组件35与丝杠43的输入轴连接，电机连接板的另一端与上轴承座44固连接，上轴承座通过轴承与丝杠转动连接，丝杠的两侧设有导向杆组38、38＇，滑块组件42与丝杠螺旋连接，并与导向杆组通过移动副连接，滑块组件可沿着导向杆组移动，滑块组件的一侧与传动件39固连，传动件通过滑动轴承与下支撑座40移动连接，下支撑座与导向杆组和套筒41的一端固连，导向杆组和套筒的另一端与上轴承座固连。每条机械腿在第一直线驱动分支和第二直线驱动分支的协同下，通过第三直线驱动分支和第四直线驱动分支的同步运动实现前后摆动和腿部伸缩，通过第三直线驱动分支和第四直线驱动分支的异步运动实现侧摆；通过第二直线驱动分支的驱动实现第三连杆的摆动。此外，通过六条腿的协同运动实现六足步行器的前进后退，侧移及下蹲等动作。

Claims (3)

1.一种基于四自由度机构腿的六足步行器，其包括机架、电气单元和分别联于机架两端的六条结构相同的四自由度机械腿,电气单元设在机架的上面，机械腿通过三角连接板与机架固连，所述机械腿包括三角连接板、结构相同的四条直线驱动分支、连接件、第一圆柱带耳件、V形件、第一连杆、第二圆柱带耳件、第二连杆、半球形足、第三连杆和第四连杆，所述直线驱动分支包括电机端盖、带传动组件、电机连接板、电机、导向杆组、传动杆、下支撑座、套筒、滑块组件、丝杠和上轴承座，其中，电机端盖与电机连接板固连，电机的机身与电机连接板的一端固连，电机的电机轴通过带传动组件与丝杠的输入轴连接，电机连接板的另一端与上轴承座固连接，上轴承座通过轴承与丝杠转动连接，丝杠的两侧设有导向杆组，滑块组件与丝杠螺旋连接，并与导向杆组通过移动副连接，滑块组件可沿着导向杆组移动，滑块组件的一侧与传动件固连，传动件通过滑动轴承与下支撑座移动连接，下支撑座与导向杆组和套筒的一端固连，导向杆组和套筒的另一端与上轴承座固连，V形件的两端分别通过第一球副和第二球副与第三直线驱动分支和第四直线驱动分支的一端连接，第三直线驱动分支和第四直线驱动分支的另一端分别通过第二虎克铰和第三虎克铰与上述三角连接板的另外两个角连接，其中第三直线驱动分支和第四直线驱动分支位于第一直线驱动分支的一侧，第二连杆的中部和另一端分别通过第三转动轴和第四转动轴与第一连杆的一端和第三连杆的中上部转动连接，第三连杆的一端通过第五转动轴与第四连杆的一端转动连接，第四连杆的另一端通过第六转动轴与第一连杆的中上部转动连接，第三连杆的另一端与半球形足固连，其特征在于：所述六足步行器的机械腿为带有四条直线驱动分支的四自由度机构腿，其中第一直线驱动分支的一端通过第一虎克铰与三角连接板的一角连接，第一直线驱动分支的另一端与V形件的中部固连，第二直线驱动分支位于第一直线驱动分支的另一侧，第二直线驱动分支的一端与第一圆柱带耳件固定连接，第一圆柱带耳件的耳部通过第一转动轴与连接件的一端转动连接，连接件的另一端与第一直线驱动分支中的电机端盖的一侧面固连，第二直线驱动分支的另一端与第二圆柱带耳件固连，第二圆柱带耳件的耳部通过第二转动轴与第二连杆的一端转动连接，第一连杆的另一端与V形件的底部固连。

2.根据权利要求1所述的基于四自由度机构腿的六足步行器，其特征在于：所述第一、二、三、四、五、六转动轴相互平行设置。

3.根据权利要求1所述的基于四自由度机构腿的六足步行器，其特征在于：所述的第一球副和第二球副能够分别替换为转动中心交于一点的三个顺次连接的转动铰链。

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