专利名称：各向同性混联腿构型四足步行机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及机械工程中机器人技术领域，具体是一种各向同性混联腿构型四足步行机器人。
背景技术：
高速、高承载四足步行机器人是模仿四足动物运动形式的特种机器人，该类机器人能够在复杂的非结构环境中稳定的行走，可以代替人完成许多危险作业，在军事、矿山开采、核能工业、星球表面探测、消防及营救、建筑业、农林采伐、示教娱乐等行业有着许多潜在的应用前景。长期以来，四足步行机器人技术一直是国内外机器人领域研究的热点之一。 与工业机器人相比，四足步行机器人需要在各个方向都具有比较好的运动和承载性能，即各向同性。在四足步行器机械结构设计方面，串联结构的应用可提高机器人腿部的工作空间和灵活性；并联结构的应用提高机器人的结构强度和稳定性，对提高步行机器人载重/ 自重比有着非常重要的意义，完全对称的并联机构具有较好的各向同性；混联腿结构结合了并联机构和串联机构的优点，可实现机器人全方位、高承载的运动；在驱动方面，直线驱动器结构简单、布置容易，使用直线驱动器可以使步行器腿部结构更加简单、紧凑，并可以提高步行器的驱动力和运动速度。
经检索发现，申请号为201010279765. 5的中国发明专利公开了一种基于混联机构的全方位四足步行移动装置，用于废墟等复杂地形及狭窄空间条件下搜索目标和运输作业。该发明由一个中心对称的机架，四个和机架连接的串、并混联三自由度腿部机构构成。 每一个腿部机构组件由连杆、转动关节、驱动电机和联轴器组成；电机输出轴通过联轴器与主动连杆相连接，所有的主动连杆在一个平面内，和机架垂直的连杆与机架之间形成转动副；转动连杆上固定的两个电机驱动平面五杆机构的两个主动连杆，把电机的周转运动转化为足端的平面运动，三个电机输入实现了每个足端的3个自由度运动输出。四个腿部机构协调运动，实现四足步行移动装置的实际全方位步行输出。该专利并未考虑行进过程中足端与地面之间的震荡冲击问题，并且采用驱动电机的驱动力和响应时间很难满足步行器在野外作业时高速、高承载力的要求。同时，该专利所设计的机器人并不具备各向同性，因此在运动的灵活性方面存在改进的空间。发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种各向同性混联腿构型四足步行机器人。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种各向同性混联腿构型四足步行机器人，包括机架，还包括四条结构相同的混联腿，所述四条混联腿具有各向同性，并安装于机架的下方。
所述混联腿包括腿部机架、第一直线驱动器、第二直线驱动器、第三直线驱动器、 第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆和足部。其中，第一直线驱动器的两端分别通过铰链与腿部机架以及机架相连，腿部机架的两端通过铰链分别与机架相连，第二直线驱动器分别与腿部机架、第一连杆的一端相连，第一连杆的中部通过铰链与第二连杆的一端和腿部机架相连，第一连杆的末端通过铰链与第三连杆相连，第二连杆的中部通过第三直线驱动器与腿部机架相连，第二连杆的末端与第四连杆相连，第三连杆和第四连杆中部铰接，第三连杆的末端与第五连杆相连，第四连杆的末端与第六连杆相连。第五连杆和第六连杆的末端铰接在足部。
所述足部具有弹性。
所述四条混联腿的布置方式采用对称布置或同向布置。
所述第一直线驱动器、第二直线驱动器和第三直线驱动器采用任意类型能满足驱动要求的直线驱动系统。
实际作业时，单条混联腿具有三个驱动自由度，第一直线驱动器驱动整个腿部进行侧摆运动，第二直线驱动器和第三直线驱动器可协同带动足部在腿部机构平面内进行平面并联运动输出。步行机器人整体具有十二个驱动自由度，通过一定的步态输出可实现机器人的全方位运动。
本发明具有实质性特点和显著进步。本发明所采用的混联腿结构提高了四足机器人腿部结构的承载力和灵活性；连杆部分的并联腿结构为对称结构，同时机器人本身也是对称结构的，具有各向同性，因此机器人在各个方向都具有良好的运动能力和承载能力。直线驱动器布置容易，使机器人腿部结构更加简单、紧凑，还提高了机器人的驱动力和运动速度；足部的弹性可以减少机器人运动过程中的震荡冲击，同时为下一次迈步积蓄能量。本发明结构简单、控制容易，运动精度高，具有高速响应能力及高承载能力，适用于野外复杂的非结构地形条件下的高速、高负载运输作业及危险环境作业。
图1为本发明结构示意图。
图中，1为机架，2为腿部机架，3为第一直线驱动器，4为第二直线驱动器，5为第三直线驱动器，6为第一连杆，7为第二连杆，8为第三连杆，9为第四连杆，10为第五连杆，11 为第六连杆，12为足部。
具体实施方式
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，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例提供的各向同性混联腿构型四足步行机器人，包括机架1 和四条结构相同的混联腿，所述四条混联腿具有各向同性，并安装于机架的下方。
每条混联腿包括腿部机架2、第一直线驱动器3、第二直线驱动器4、第三直线驱动器5、第一连杆6、第二连杆7、第三连杆8、第四连杆9、第五连杆10、第六连杆11和足部12。 其中，第一直线驱动器3的两端分别通过铰链与腿部机架2以及机架1相连，腿部机架2的两端通过铰链分别与机架1相连，第二直线驱动器4分别与腿部机架2、第一连杆6的一端相连，第一连杆6的中部通过铰链与第二连杆7的一端和腿部机架2相连，第一连杆6的末端通过铰链与第三连杆8相连，第二连杆7的中部通过第三直线驱动器5与腿部机架2相连，第二连杆7的末端与第四连杆9相连，第三连杆8和第四连杆9中部铰接，第三连杆8 的末端与第五连杆10相连，第四连杆9的末端与第六连杆11相连。第五连杆10和第六连杆11的末端铰接在足部12。足部12具有弹性，可减轻与地面之间的冲击。
本实施例中的四条混联腿的布置方式可采用对称布置或同向布置。
本实施例中采用的第一直线驱动器、第二直线驱动器和第三直线驱动器采用任意类型能满足驱动要求的直线驱动系统。
实际作业时，每条混联腿具有三个驱动自由度，第一直线驱动器驱动整个腿部进行侧摆运动，第二直线驱动器和第三直线驱动器可协同驱动足部在腿部机构平面内进行平面并联运动输出。步行机器人整体具有十二个驱动自由度，通过一定的步态输出可实现机器人的全方位运动。
权利要求
1.一种各向同性混联腿构型四足步行机器人，包括机架，其特征在于还包括四条结构相同的混联腿，所述四条混联腿具有各向同性，并安装于机架的下方。
2.根据权利要求1所述的各向同性混联腿构型四足步行机器人，其特征在于，所述每一条混联腿包括腿部机架、第一直线驱动器、第二直线驱动器、第三直线驱动器、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆和足部，其中，第一直线驱动器的两端分别通过铰链与腿部机架以及机架相连，腿部机架的两端通过铰链分别与机架相连，第二直线驱动器分别与腿部机架、第一连杆的一端相连，第一连杆的中部通过铰链与第二连杆的一端和腿部机架相连，第一连杆的末端通过铰链与第三连杆相连，第二连杆的中部通过第三直线驱动器与腿部机架相连，第二连杆的末端与第四连杆相连，第三连杆和第四连杆中部铰接，第三连杆的末端与第五连杆相连，第四连杆的末端与第六连杆相连，第五连杆和第六连杆的末端铰接在足部。
3.根据权利要求2所述的各向同性混联腿构型四足步行机器人，其特征在于，所述第一直线驱动器、第二直线驱动器和第三直线驱动器共具有三个驱动自由度，其中，第一直线驱动器驱动整个腿部进行侧摆运动，第二直线驱动器和第三直线驱动器协同驱动足部在腿部机架平面内进行平面并联运动输出。
4.根据权利要求2所述的各向同性混联腿构型四足步行机器人，其特征在于，所述足部具有弹性。
5.根据权利要求1所述的各向同性混联腿构型四足步行机器人，其特征在于，所述四条混联腿的布置方式采用对称布置或同向布置。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的各向同性混联腿构型四足步行机器人，其特征在于，所述第一直线驱动器、第二直线驱动器和第三直线驱动器采用任意类型能满足驱动要求的直线驱动系统。
全文摘要
本发明公开了一种各向同性混联腿构型四足步行机器人，包括机架和四条结构相同且各向同性的混联腿，所述四条混联腿安装于机架的下方，腿部机架、第一直线驱动器、第二直线驱动器、第三直线驱动器、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆和足部，三个直线驱动器的协同作业可以驱动足部进行空间运动，连杆部分的并联结构为对称结构，同时机器人本身也是对称结构的，具有各向同性。四条腿采用对称布置或同向布置，通过一定的步态可实现机器人的全方位运动。本发明结构简单、控制容易，运动精度高，具有高速响应能力及高承载能力，适用于野外复杂的非结构地形条件下的高速、高负载运输作业及危险环境作业。
文档编号B62D57/032GK102514648SQ201110410048
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月9日 优先权日2011年12月9日
发明者王静, 田兴华, 金振林, 高峰, 齐臣坤 申请人:上海交通大学