直线驱动的步行机器人腿部构型及并联四足步行机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机器人技术领域，具体是一种便于防护的直线驱动的步行机器人腿部构型及并联四足步行机器人。
【背景技术】
[0002]腿式机器人与轮式机器人和履带式机器人的最大区别在于，腿式机器人具有更高的机动能力，它们更适合在复杂地形中执行作业任务，尤其是在突发灾难的区域，如:地震、火灾、厂房区内毒气泄漏等，一般的器械都无法有效、快速的将探测、救援设备运送到目的地。腿式机器人(步行器)具备较高的越障能力更适合被派遣到这些地方进行工作。因此，对于军用、民用腿式机器人的研宄有着重要的实际意义。
[0003]腿式机器人在复杂作业环境下，应具备两个很重要的特点:机动性和防护能力。由于地形复杂，机器人为了适应地形，腿部应非常灵活。这需要机器人的腿部质量和转动惯量较小。另一方面，由于在恶劣的环境下作业，对于驱动器以及传感器等电子元器件的防护要求较高。常规的串联腿机器人由于腿部安装了驱动器和相应的传感器，很难实现较好的防护。同时，这样也增加了腿部较低位置的质量，增加了机器人的腿部转动惯量，降低了腿部的机动性。
[0004]另一方面，常规的机器人腿部各驱动功率需求大小相差较大，比如在行走过程中，膝关节需要较大功率的驱动器，而髋关节需要的功率较小。这对于机器人的制造成本、驱动的选型都带来了一定的不便。为了解决这两个问题，需要从机器人的腿部构型这个基本问题着手进行设计。
[0005]综上所述，常规的步行器的腿部设计可能导致机器人腿部转动惯量较大，驱动以及电子器件不易防护、驱动器功率分布不均匀等问题。为了应对复杂作业环境，需要对机器人的腿部构型进行重新设计。
【发明内容】
[0006]针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种直线驱动的步行机器人腿部构型及并联四足步行机器人，以解决现有步行器(腿式机器人)腿转动惯量较大、驱动以及电子器件不容易防护以及驱动器功率分布不均匀等问题。
[0007]为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的。
[0008]根据本发明的一个方面，提供了一种直线驱动的步行机器人腿部构型，包括:腿部伸缩机构、并联驱动机构以及直线驱动机构；所述直线驱动机构与并联驱动机构驱动连接，所述并联驱动机构与腿部伸缩机构驱动连接；其中:
[0009]所述腿部伸缩机构包括:侧摆块1、摆动杆2、传动杆a3、传动杆b6、小腿杆4和足部杆5，其中，所述侧摆块I通过与侧摆块I转动轴线正交布置的转动铰链b与摆动杆2相连，实现腿部伸缩机构的前后摆动，所述摆动杆2分别通过转动铰链c和转动铰链d与传动杆a3和传动杆b6相连，所述传动杆a3和传动杆b6分别通过转动铰链e和转动铰链f与小腿杆4相连，所述小腿杆4通过弹簧伸缩机构与足部杆5相连；
[0010]所述并联驱动机构包括：驱动头7、万向节8、驱动杆a9、驱动杆blO、驱动杆cll、转动组件al2和转动组件bl3，其中，所述驱动头7和万向节8分别为三个，三个驱动头7通过对应的万向节8分别与驱动杆a9、驱动杆blO和驱动杆cll相连，所述驱动杆blO和驱动杆cll通过转动组件al2与驱动杆a9相连，所述驱动杆a9通过转动组件bl3与腿部伸缩机构的传动杆b6相连，驱动腿部伸缩机构运动；
[0011]所述直线驱动机构包括三组直线驱动部件14，三组直线驱动部件14分别与并联驱动机构的三个驱动头7相连，驱动三个驱动头7沿直线上下运动。
[0012]优选地，所述转动组件al2和转动组件bl3均采用如下任一种结构：
[0013]-包括三个顺序相连的转动铰链g，三个转动铰链g的旋转中心交于一点；
[0014]_采用一个球副铰链。
[0015]优选地，所述万向节8包括两个正交的转动铰链h。
[0016]优选地，所述足部杆5的端部形成足尖结构，所述足尖结构具有前后、左右和上下三维运动输出。
[0017]优选地，所述足尖结构采用圆形结构。
[0018]优选地，直线驱动部件14采用如下任一种形式：
[0019]_液压缸驱动；
[0020]-旋转电机驱动丝杠传动；
[0021]-直线电机驱动。
[0022]根据本发明的另一个方面，提供了一种并联四足步行机器人，包括身体机架V和布置于身体机架V上的四条上述直线驱动的步行机器人腿部构型，四条所述直线驱动的步行机器人腿部构型的侧摆块1通过转动铰链a在身体机架V的下方前后对称布置或同向布置，实现直线驱动的步行机器人腿部构型的腿部伸缩机构左右摆动，所述并联驱动机构和直线驱动机构分别设置于身体机架V的上方。
[0023]本发明的工作原理为：
[0024]每一条腿部伸缩机构的足尖结构均具有前后、左右和上下三维运动能力，相应的，传动杆b6上和驱动杆a 9连接的三个正交转动副或者球铰（转动组件bl3)也具有空间三维运动能力，通过控制该转动组件bl3的运动实现对足尖结构的运动控制；和该转动组件bl3连接的是一个三支链的并联驱动机构，包括驱动头7、万向节8、驱动杆a9、驱动杆blO、驱动杆cl 1、转动组件al2 ;直线驱动部件14通过提供直线驱动力，带动驱动头7上下运动，各腿部构型的三个构件（腿部伸缩机构、并联驱动机构以及直线驱动机构）通过协调运动，实现足部杆（5)的空间三维运动输出。
[0025]本发明提供的便于实现驱动防护的直线驱动的步行机器人腿部构型及并联四足步行机器人，采用身体机架、四条相同构型的腿部构型、四个相同的并联驱动机构、每条腿都具有的三个直线驱动部件。足尖结构通过并联驱动机构、直线驱动机构和腿部伸缩机构协同运动实现各种行走轨迹。
[0026]与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0027]1、本发明通过驱动腿部上方的并联驱动机构控制腿部伸缩机构的三维空间运动，与常规腿部结构相比，本发明提供的腿部伸缩机构上没有驱动装置，通过优化结构和材料特性，可以最大限度的降低腿部伸缩机构的质量和转动惯量，提高机器人的机动性能。
[0028]2、本发明将驱动器集中在身体上方，便于统一防护，在复杂作业环境下，机器人具有更高的防护安全级别，在危险环境下作业可靠性更高；各驱动器功率相当，在设计制造时可以选用同款驱动器。
[0029]3、各腿部伸缩机构的小腿杆会通过弹簧和伸缩装置连接到足部杆5，使各腿部伸缩机构具有缓冲吸振功能。
[0030]4、足部杆5的足尖结构具有圆形结构，以适应不同地形，同时采用柔韧材料降低冲击。
[0031]5、直线驱动部件提供直线驱动力带动驱动头，具体实现可以通过液压缸，或者通过旋转电机、丝杠传动实现，也可以通过直线电机直接驱动，结构简单易实现。
[0032]6、本发明具有腿部质量轻、转动惯量小、便于驱动器以及传感器等电子元器件便于防护的优点。
[0033]7、本发明解决了机器人在地形复杂、环境恶劣的作业条件下行走的防护与机动性冋题。
【附图说明】
[0034]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0035]图1为本发明直线驱动的步行机器人腿部构型的结构示意图；
[0036]图2为本发明并联四足步行机器人的结构示意图。
[0037]图中:1为侧摆块，2为摆动杆，3为传动杆a，4为小腿杆，5为足部杆，6为传动杆b，7为驱动头，8为万向节，9为驱动杆a，10为驱动杆b，11为驱动杆C，12为转动组件a，13为转动组件b，14为直线驱动部件，I为直线驱动机构(前)，II为直线驱动的步行机器人腿部构型(前)，III为直线驱动的步行机器人腿部构型(后)，IV为直线驱动机构(后)，V为身体机架。
【具体实施方式】
[0038]下面对本发明的实施例作详细说明:本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干