[发明专利]一种基于混合驱动机构的多足移动装置

说明书

技术领域

本发明涉及仿生移动平台技术领域，具体地说是一种采用混合驱动机构作为腿部结构的多足移动装置。 

背景技术

在军事、探索和救援等领域中，传统的履带和轮式移动装置在高山、丛林、荒原等复杂地形应用场合受到较大的限制，而仿生的足式移动装置由于其具有更好的机动灵活性、更强的环境适应性，从而具有广阔的应用前景。在过去的足式移动装置研究中，大部分采用基于开链式串联机构的腿部结构，使其具有良好的多自由度可控灵活性。例如，美国Boston Dynamics公司的“BigDog”和“LittleDog”，瑞士ETH的“StarlETH”，美国NASA的“Scorpoin”八足星球探测机器人等，都是采用开链多自由度串联机构的腿部结构设计，具有良好的地形适应性，可以通过各种复杂地形。然而，开链式串联机构的关节大都需要伺服驱动系统，驱动性能要求高，同时控制算法复杂、伺服刚度高，并且驱动器需要进行频繁的往复运动，随着腿部摆动频率增加，驱动器频繁正反转切换所带来的冲击和能量损耗大大增加，这就极大的制约了该类足式移动装置的移动速度和移动效率。因此，提高足式移动装置的速度和效率，获得高效能、 快速移动的足式移动机构成为当前足式机器人研究的重要发展趋势。 

当前，提高足式机器人移动效率的研究存在着多种不同的研究思路。一种是在足式机器人上添加轮式移动装置进行多种移动方式的复合，如哈工大的“HYBTOR”轮腿四足机器人、美国NASA的“ATHLETE”六足机器人，机器人采用足式行走通过坎坷地形环境，同时采用轮式进行平坦地面的快速移动，在移动效率得到一定程度上的提高。然而，足式与轮式移动机构的复合，一方面提高了机构复杂度和成本代价，降低了系统可靠性；另一方面增加了泥淖沼泽、岩石狭缝、杂草和沙漠等复杂地形下的阻力，在一定程度上影响了机器人的地形适应性。而另一种研究思路是通过将腿驱动的往复摆动改换成连续的旋转运动，避免驱动器的频繁正反转切换，从而提高移动速度和效率。Boston Dynamics的“RHex”六足机器人采用简单的圆弧形腿，通过圆弧形腿的连续转动实现足式移动，获得了较高的移动效率，在草地、泥沼、乱石等环境中具有良好的适用性，但其实质上放弃了足式机器人的高重心越障功能与腿部灵活动作能力；Theo Jansen的“Strandbeests”和美国的“Water Runner”则采用曲柄驱动的连杆机构作为腿部结构，将曲柄的连续旋转运动转换为腿部的往复摆动，从而实现机器人的高效移动。其中，“Strandbeests”能够使用海风进行海滩步行，“Water Runner”则可以在水面上快速奔跑。然而，由于只有固定的足端轨迹，单自由度的曲柄连杆机构的腿部结构不具备复杂地形的适应性。 

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术不足，提供一种基于混合驱动机构的 多足移动装置，实现快速、高效的步态摆动，从而实现移动装置的高效行走和奔跑；同时实现灵活的控制，进而实现移动装置对山坡、草地、坑洼等复杂地形的适应性。 

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于混合驱动机构的多足移动装置，由机体1和多个混合驱动腿结构2组成；所述混合驱动腿结构2安装于机体1上，所述每个混合驱动腿结构2包括基座5，主驱动电机6、电机座7、联轴器8、曲柄转轴9、曲柄10、曲柄连杆转轴11、传递连杆12、摇杆转轴13、齿轮箱转轴14、直线驱动单元15、摇杆16、摇杆小腿转轴17和小腿单元18、连杆-丝杠螺母套筒转轴19、连杆小腿转轴20；主驱动电机6安装于电机座7上，电机座7刚性连接于基座5上，曲柄10、直线驱动单元15和摇杆16分别通过曲柄转轴9、齿轮箱转轴和摇杆转轴13安装于基座5上，传递连杆12分别通过曲柄连杆转轴11、连杆-丝杠螺母套筒转轴19和连杆小腿转轴20与曲柄10、直线驱动单元15和小腿单元18连接，摇杆16和小腿单元18通过摇杆小腿转轴17连接。 

所述多个混合驱动腿结构2中的每个混合驱动腿结构成矩形安装于机架1上，安装方式为外肘式、内肘式或平行肘式；四足以上的多足移动装置混合驱动腿结构2成横向、纵向、阵列或环形分布于机体上，前后足同时采用外肘式、内肘式或平行肘式分布。