[发明专利]一种用于四足/两足并联腿步行机器人的可重构装置

说明书

技术领域

本发明公开了一种用于四足/两足并联腿步行机器人的可重构装置的机械结构设计，该机器人主要用于助老助残步行机器人，属于机器人技术领域。

背景技术

随着科学技术的发展，机器人的应用范围要求越来越广，而每种机器人的构形仅能适应一定的有限范围，解决这一问题的方法就是对机器人进行可重构装置设计，使机器人能够根据需要被装配成不同构形的机器人，以完成多种环境下的工作任务，扩大机器人的使用范围。因此，可重构机器人的研究越来越广泛地受到重视。对于本发明中的一种用于四足/两足并联腿步行机器人的可重构装置，根据可重构理论对机器人腿机构进行了可重构设计，从而扩大了该机器人的使用范围。

本发明的可重构装置是用于助老助残并联腿步行机器人。对于助老助残步行机器人，现在研究较多的是两足步行机器人。但两足与四足相比，稳定性差，对老年人及下肢残疾人来讲，会产生恐惧心理，所以助老助残步行机器人首选应该是多足。然而，多足助老助残步行机器人的一个缺点是在上下楼梯时有较大的倾斜，会使乘坐者失去安全感。而本发明利用四足和两足的适用场合的不同，汲取了各自的优点，发明了可重构装置，通过快速安全地变换自身结构，可实现两足与四足间的转换，以适应机器人的工作环境或者工作任务的变化，从而很好地实现了步行目的。本发明将为老年人及下肢残疾人提供一种安心的、移动范围更大的乘坐工具，具有重要的社会意义。

发明内容

本发明为一种用于四足/两足并联腿步行机器人的可重构装置设计，通过可重构理论实现了两足与四足间的转换，从而汲取了四足步行机器人和两足步行机器人在实际应用中的优点，使机器人性能得到了进一步的提高。

基本设计思想如下所述。首先对机器人腿机构进行模块化结构设计，机器人四个腿机构结构完全相同，每一个腿为一个模块，3-SPU并联机构为机器人的基本腿机构。腿机构的组成为：一个三自由度铰链与腿机构上平台连接，中间一个直线驱动装置，一个虎克铰链与腿机构下平台连接。当四足步行时，将与上平台相铰接的竖直方向的转动副锁住，则此时并联腿机构为3-UPU，机构自由度为3，动平台可以实现三维移动。若将四足步行时机器人左右两边的腿机构进行前后合并，并且取消与上平台相连接的三自由度铰链的约束，此时腿机构变成6-SPU并联机构，机器人变成2-6SPU并联腿机器人，从而实现两足行走。

一种用于四足/两足并联腿步行机器人的可重构装置包括：转动副止动装置、合并装置。转动副止动装置主要包括：吸盘式电磁铁、电磁吸盘底座、摩擦片、摩擦片载体、支撑柱、弹簧和转动副止动板。该装置的设计原理是通过摩擦片的贴紧与分离来控制S副中转动副的锁紧与打开来实现，摩擦片间的贴紧与分离靠吸盘式电磁铁来控制。合并装置包括电磁吸盘、导向装置、推拉式电磁铁以及锁紧夹。该装置的设计原理是通过控制要合并的两腿的位置，经过电磁吸盘的吸合及导向装置的导向作用，使得足底能够得以合并，最后通过推拉式电磁铁带动锁紧夹动作来实现对合并装置的锁紧。

本发明采用可重构设计扩大了机器人的使用范围，使机器人具有更好的柔性。通过转动副止动装置实现了3-UPU并联机构与6-SPU并联机构间的转换，充分利用了三维移动3-UPU并联机构在三维空间移动的灵活性以及6-SPU并联机构在两足步行过程中可满足对自由度数和稳定性要求的特点；通过一种用于四足/两足并联腿步行机器人的可重构装置实现了两足步行机器人与四足步行机人间的转换，汲取了四足步行机器人有较好的静态和动态稳定性，以及两足步行机器人可以弥补四足步行机器人在上下楼梯或台阶时产生的身体倾斜等优点，使机器人综合性能得到进一步提高，在助老助残机步行器人方面有很好的应用前景。

附图说明

图1是四足行走时，四足/两足并联腿步行机器人示意图；

图2是两足行走时，四足/两足并联腿步行机器人示意图；

图3是转动副止动装置(a)示意图；

图4转动副止动装置(b)与机器人腿机构示意图；

图5是装置(a)示意图；

图6是装置(b)示意图；

图7合并后合并装置示意图。

四足/两足并联腿步行机器人示意图：1-腿机构1，2-腿机构2；

转动副止动装置(a)示意图：3-摩擦片，4-摩擦片载体，5-转动副止动板，6-吸盘式电磁铁，7-电磁吸盘底座；

转动副止动装置(b)与机器人腿机构示意图：8-摩擦片，9-摩擦片载体，10-支撑柱，11-电磁吸盘底座，12-弹簧；13-腿机构1的上平台，14-上平台与万向节连接件，15-腿机构下1的平台；