[发明专利]一种连杆式多足机器人

说明书

本发明公布了一种连杆式多足机器人，该机器人结构基于四足哺乳动物的仿生特征，包括四组对称分布在机架两侧的足式模块和三段式结构的机架模块，其特征在于：所述足式采用一种含有移动副的多连杆机构，利用交流永磁同步电机与谐波减速器相连接的传动方式驱动足式单元中的髋关节、大腿关节和膝关节。模块化的足式设计思路可实现足部和机架快速装拆，达到不同配置方式，实现一机多型。本发明采用的多连杆缩放式足部架构，实现大腿关节和小腿关节的力和运动的比例放大，降低了电机输出力矩需求。腿部连杆结构兼具高刚度、大承载力的特点。腿部肢体具有驱动容错能力，提升了整体结构的刚性和稳定性，使得机器人具有更强的复杂地形适应能力。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种连杆式多足机器人。

背景技术

多足哺乳动物因其独特的身体结构具备高动力性、高稳定性、高适应性的运动能力。借鉴仿生学研发的具备仿生特征的多足机器人，既可实现动态步行，又能高速移动。现有的轮式和履带式等传统移动机器人移动时需与地面始终保持接触，但足式机器人可利用孤立的地面支撑而不是连续支撑，并在复杂的地形中选择最优的支撑点，实现更强的机动性和适应性。若将辅助执行工具与多足机器人组成的运动平台相结合，可代替人去完成危险环境下的任务，故具备广阔的应用前景。

目前，多足机器人的足式机构主要包括关节串联机构和连杆式机构。前者结构紧凑，足部末段运动空间较大、灵活性好，但驱动单元布置在关节处，增加了腿部整体重量，降低了承载能力。连杆式机构具有多种演化形式，例如，采用曲柄连杆机构组成的封闭式四连杆结构(专利申请号CN 104890759 A)。该结构具有较好的刚性和承载能力，但需具备两个以上的线性驱动单元，连杆传动距离制约了足端的运动空间。

发明内容

本发明针对现有技术的不足之处，提出一种连杆式多足机器人，该机器人足单元采用缩放式多连杆机构，用滑块替换四杆机构中一根连杆，设计一种含有移动副的多连杆机构，其结构具备良好的比例特性，可将原动件的小位移在足端按比例放大，在保证承载能力的同时拥有充足的运动空间。

为达到上述目的，本发明采用的实施方案为：

一种连杆式多足机器人，包括左前足单元，左后足单元，右前足单元，右后足单元和机架单元，其中机架单元包括底板、连接杆、连接件。底板包括后底板、中底板、前底板三种底板组件，连接件分别安装在底板的下表面，连接杆安装在连接件通孔中，使多个底板组件串联并与其共同构成整体的机架单元。机架单元中的各底板组件上表面安装侧摆机架和轴承座。四个足单元通过连接架和连接销与安装在底板上的侧摆机架和轴承座连接，四个足单元呈两排并列分布在机架单元的两侧。

四个足单元的结构原理均相同，分为驱动机构和传动机构。驱动机构包括髋关节、大腿关节、小腿关节的驱动部分，三个关节之间用连接销的方式串联连接，并保证各连接销的轴线处于同一条直线上，连接部位采用紧定螺钉限位，实现了髋关节对大腿关节和小腿关节的同时驱动。每个关节的驱动结构均相同，包括电机机架、交流永磁同步电机、电机减速器连接轴、谐波减速器、减速器输出轴。其中交流永磁同步电机与电机减速器连接轴安装在电机机架内部，电机减速器连接轴安装于电机的前端，另一端与谐波减速器连接，谐波减速器的配置方式为刚轮输入，柔轮输出，其输出端与减速器输出轴固连，将动力传递至传动机构。传动结构包括大腿关节连杆、小腿关节连杆以及含有移动副的闭环多杆机构。该闭环多杆机构包括导轨、滑块、导轨连接件A、导轨连接件B、末端连杆、膝关节连杆A和膝关节连杆B。其中大腿关节连杆和小腿关节连杆分别与谐波减速器的输出轴相连，而大腿关节连杆另一端与闭环多杆机构中的导轨连接件A相连，实现大腿关节的运动，小腿关节连杆另一端与闭环多杆机构中的滑块连接，实现小腿关节的运动。

本发明与现有的连杆式足式结构多足机器人相比，具备以下显著特点：