[发明专利]三驱动可调节闭链腿部机构

说明书

本发明公开了一种三驱动可调节闭链腿部机构，包括：第一滑动轨道、第二滑动轨道、第一连接杆、第二连接杆、第三连接杆、第四连接杆、第五连接杆、第六连接杆、第一滑块和第二滑块，第一滑块安装在第一滑动轨道上，第二滑块安装在第二滑动轨道上，第一滑块的一端与第二滑动轨道的上端铰接，第一滑块的另一端与第一连接杆的上端铰接，第二连接杆的上端与第一连接杆的下端铰接，第三连接杆的上端和第四连接杆的下端固装且均与第二滑块铰接，第三连接杆的下端与第六连接杆的下端固装，第四连接杆的上端和第六连接杆的上端固装，在第一滑动轨道上设置有O点，一旋转轴从O点伸出并与第五连接杆的上端固装。本发明可以实现特定的足部轨迹输出。

技术领域

本发明属于移动机器人技术领域，具体来说涉及一种三驱动可调节闭链腿部机构。

背景技术

美国的波士顿动力公司研制的BigDog四足机器人的腿部结构是典型的开链式结构，在腿部结构的每个关节都有电机控制，能够适应各种不同类型的环境。闭链腿部结构一般只有一个自由度，通过一个电机就可以实现控制驱动，且控制稳定性良好。Theo Jansen发明的海滩行走机械Stranbeest是闭链腿部结构的典型，所采用的腿部结构是具有三个复合铰链的八连杆机构，其前后腿完全对称并共享同一个曲柄。它是一个由多个平面连杆结构并连起来形成的机器人，它的相邻曲柄间的相位差固定，稳定性极好。

与轮式移动机器人相比，腿式机器人有对复杂环境有更好的适应性和灵活性。闭链腿式结构特点一般是单自由度驱动曲柄的形式，这种结构设计使步态固定轨迹单一，不能适应复杂的地面环境。但是它有很多优点，能够使步态轨迹连续，曲柄整周运动相比较反复换向驱动，驱动器频繁正反转切换所带来的冲击和增加能量损失，这对足式机器人的移动速度，运动效率和承载能力都以一定的影响。整周运动提高了机器人的移动效率，减少能量损失，降低控制算法难度。驱动电机安装在机架上，减小腿部结构的惯性，具有上述结构的闭链装置主要有Chebyshev机构、Watt机构、Stephenson机构、Jansen机构、Klann机构。开链腿式结构特点自由度多，足部轨迹灵活多样，但腿部承载能力弱，对电机重量也有相应的要求。因此为了发挥闭链腿式机器人的结构特点需要对现有传统结构进行改进，增加自由度目的是使足部轨迹不再单一化，能够更好适应复杂地面环境。

目前，对于足式机器人闭链腿部结构设计有许多设计思路，依据经典的闭链结构进行改进，提高闭链腿部结构的移动效率、承载能力和稳定性。但是研究的思路都存在各自的短板，中国专利CN103395457B公开了“一种基于混合驱动的多足移动装置”，通过伺服电机和大功率电机的双驱动控制，其中一个自由度为单向恒速驱动的曲柄，提供腿部机构的主动力，其余自由度为往复运动的伺服控制自由度，进行腿部机构的伺服调节控制。能够实现特定轨迹的行走，但是轨迹的横向距离无法改变，不能调节步长。比如行走过程中足部点目标逼近问题无法得到解决。中国专利CN109178135A公开了“一种双驱动模式闭链腿部机构”，通过两个旋转电机的双驱动控制，调整电动机实现步行机器人的柔性调节，提出Klann机构上增加一个转动调整的自由度，调整机架铰接位置来实现连续变化的足部轨迹。但是不能在足部工作空间内输出特定的规划轨迹，每条轨迹固定，特定的步长对应特定的轨迹，通过轨迹曲线簇看出抬腿高度增加时跨步距减小，抬腿高度减小时跨步距增加。因此上述两种方法都存在各自不足，对于复杂地形的适应能力都较弱。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种三驱动可调节闭链腿部机构,该三驱动可调节闭链腿部机构具有承载性好、效率高、适应性强的特点，能够实现在复杂环境下越障、跨沟、目标逼近的行走过程。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。