[发明专利]转动驱动的并联六足步行机器人

说明书

技术领域

本发明涉及步行机器人技术领域，具体是一种转动驱动的并联六足步行机器人。

背景技术

足式机器人被广泛用于复杂地面环境下的侦查、运输等任务，如：核电站灾害之后的探查工作、地震或塌方之后的救援任务等。与轮式及履带式机器人不同，足式机器人能够灵活选取独立的落脚点来完成运动过程。足式机器人将机身与地面复杂环境通过机械腿隔离，使机身能够在其他机器人难以运动的环境下完成既定任务。机器人的足数越多，稳定性就会越好，但是结构和控制就会愈加复杂。六足机器人具有较好的稳定性与作业能力，能够成为作业平台完成多种任务。在足式机器人腿部结构设计方面，并联式腿结构具有较大的刚度，可提高机器人的载重自重比，同时使机身运动更加平稳。并联腿驱动器集中布置，利于机体防护。但现有并联结构腿通常形式复杂、构件数目较多、驱动器布置容易干涉、工作空间小，阻碍了高速高承载能力的发挥。因此，提供一种结构简单灵活，机构轻便的六足机器人，成为目前行业内亟待解决的问题。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种转动驱动的并联六足步行机器人，该机器人足数多、稳定性好，同时具有结构简单、活动灵活的特点，可以解决现有并联结构步行机器人结构复杂、布置繁琐、易干涉的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种转动驱动的并联六足步行机器人，包括机架以及六条并联驱动腿，所述六条并联驱动腿均布于机架上并对称安装，其中每一条并联驱动腿均相对机架具有三个自由度，所述机架在六条并联驱动腿的配合下具有三维平移和三维转动共六个自由度；

所述每一条并联驱动腿均包括：并联驱动机构和腿部机构，所述并联驱动机构和腿部机构之间通过等效球铰a连接。

优选地，所述并联驱动机构为三支链结构，包括第一驱动支链、第二驱动支链、第三驱动支链和动平台；其中，所述第一驱动支链包括摇杆a和连杆a，所述摇杆a的一端通过转动副连接到机架上，摇杆a的另一端通过虎克铰与连杆a的一端活动连接；所述连杆a的另一端固连动平台；所述第二驱动支链和第三驱动支链均包括摇杆b和连杆b，所述摇杆b的一端通过转动副连接到机架上，摇杆b的另一端通过虎克铰与连杆b的一端活动连接，所述连杆b的另一端通过球副与动平台活动连接；所述动平台的末端通过等效球铰a与腿部机构连接。

优选地，所述并联驱动机构还包括直流伺服电机，所述直流伺服电机固定于机架上，所述摇杆a和摇杆b分别通过直流伺服电机直接驱动。

优选地，所述第一驱动支链、第二驱动支链、第三驱动支链具有任意的空间布置形式。

优选地，所述腿部机构包括驱动杆、连架杆、腿部连杆和小腿杆件；其中，所述连架杆的两端分别与驱动杆的一端和小腿杆件活动连接，所述连架杆同时与机架活动连接，所述驱动杆的另一端通过等效球铰a与动平台连接，所述腿部连杆的两端分别活动连接到驱动杆和小腿杆件上。

优选地，所述小腿杆件的末端安装有足部缓冲结构。

优选地，所述腿部机构的驱动杆、连架杆、腿部连杆和小腿杆件位于同一平面上，形成平面四杆机构；其中，连架杆与机架通过虎克铰连接，使所述平面四杆机构能够相对机架进行侧向摆动。

本发明提供的转动驱动的并联六足步行机器人，并联驱动机构为三支链结构，三个直流伺服电机分别直接驱动三根摇杆，进而通过三根连杆控制动平台的三维运动，动平台驱动腿部机构进行空间运动；腿部机构为四杆结构，连架杆的中间部位铰接于机架上，两端分别铰接驱动杆和小腿杆件。驱动杆和小腿杆件在另一端由腿部连杆连接；驱动杆一端通过等效球铰连接到动平台上。六条并联驱动腿采用相同的腿部形式，通过一定的步态可以实现机器人的全方位运动。本发明结构简单灵活，机构轻便，行走稳定，适应性好，适用于非结构地形条件下的高速、高负载运输作业。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、通过伺服电机直接驱动并联驱动机构的摇杆，选取合适的伺服电机与杆件长度，来满足驱动需求，省去了复杂笨重的减速传动机构，使并联驱动机构的构件数量大大减少，易于空间布置，防止机器人运动过程中的自身干涉。轻便的驱动机构能够降低六足步行机器人的自重，同时提升机器人的运动速度与负载能力。

2、并联驱动机构置于腿部机构上方，主要运动部件是摇杆，可以通过质量分配将并联驱动腿的重心置于髋关节处，最大程度地降低腿部机构的转动惯量，在不影响腿部机构刚度与强度的前提下进一步提升运动速度。