[发明专利]一种混联步行机器人的构建方法及其混联步行机器人

说明书

一种混联步行机器人的构建方法及其混联步行机器人属于步行机器人领域，主要包括A、B两个腿机构，一个腿机构是混联腿机构，另一个腿机构是混联腿机构或脚并联机构。混联腿机构由大腿机构和脚并联机构串联构成。两个腿机构具有特定的自由度组合，两个腿机构的上部固连在一起，两个腿机构的各个部件互相包含，互相交叉，且保持各自的独立活动空间。两个腿机构的脚趾三角形，在水平面上的投影有重合；该机器人前进过程中，重心不要作左右调整，就可以进行任意方向的稳态步行；该机器人运动副较少，机身高度较低。具有承载能力强，转向灵活，越障能力和上下坡能力强等优点。可用于服务，工业，农业，军事、航天等领域。

技术领域

本发明公开了一种混联步行机器人的构建方法及其混联步行机器人，涉及现有双腿步行机器人结构的改进，属于步行机器人技术领域。

背景技术

现有的双腿步行机器人主要有仿生步行机器人和非仿生步行机器人两种。非仿生步行机器人主要有中国专利201010292424.1(以下简称文献1)公开的方案。在这一类步行机器人的方案中，有一部分具有在并联机构的下方串联广义移动副的结构(文献1中，权利要求10给出的方案)，其共同特点是，两个腿机构中，每一个腿机构都由一个并联机构和三个广义移动副(称为小腿)组成。由于所述的并联机构本身包含有Rx自由度和Ry自由度，而三个广义移动副也可形成Rx自由度和Ry自由度，所以大腿机构上的Rx自由度和Ry自由度是冗余自由度。同时，所述的并联机构本身包含有Tz自由度,三个广义移动副也有Z向自由度，所以腿机构上的Z向自由度也是冗余自由度。由于这几个冗余自由度的存在，文献1给出的步行机器人，1、运动副较多，机身高度较大，通过性较差。2，机体发生Rx，Ry方向的倾斜时，小腿会出现不与地面垂直的情况，小腿受力状况变差，爬坡能力受到限制。由此带来的问题是，实现同样的步行功能，需要更多的运动副，且性能不能充分发挥。

同时，由于上述文献1给出的步行机器人的小腿只有一个Z向自由度(P副)，脚趾间距不可以变化(调节)，三个着地点不可独立调节，故落脚点的选择受到限制。所以对路面的适应性较差。越障能力不能充分发挥。

上述非仿生步行机器人还有一个共同的缺点，仅仅依靠步行移动，在结构化路面上移动速度低，效率不高。

这种非仿生步行机器人，还有中国专利201510275161.6(以下简称文献2)公开的双面对称步行机器人方案(文献2的权利要求13-17)。由于其腿机构是文献1公开的方案。所以上述问题同样存在于文献2公开的双面对称步行机器人方案中。

所以，这一类步行机器人，其共有的缺点是：

1、由于并联机构上的Rx自由度和Ry自由度是冗余自由度，所以，并联机构运动副较多，结构较复杂。

2、由于并联机构是空间并联机构，同时Z向自由度也是冗余自由度。所以体积较大，机身高度较大，通过性较差。

3、由于脚并联机构的支链只有一个自由度，脚趾间距不可以变化，落脚点的选择受到限制，对路面的适应性差，越障能力差，在某些情况下，也会影响通过性。

4、移动方式单一，在结构路面上的移动速度低，效率低。

5、双面运动的步行机器人方案也需要较多的运动副，且机身高度较大，结构也较复杂，通过性较差。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种具有下列特点的机器人，从而解决了现有技术存在的问题。本发明可以达到如下目的：

1、本发明提供了构建一种混联步行机器人的新方法，解决了Rx、Ry冗余自由度和Z向自由度冗余自由度带来的问题，从而以较少的自由度实现同样的步行运动，同时可达到更好的性能。

2、本发明还提供一种实现上述方法的混联步行机器人，这种步行机器人可以较少运动副实现同样的步行运动，同时可达到更好的性能。