一种四足步行机器人的制作方法
【专利摘要】一种四足步行机器人，它包括机架、四条结构相同的机械腿和电器单元，其中，所述四条机械腿分别通过转动轴连接在机架的四个角上，所述电器单元固接在机架的上面；所述每条机械腿主要包括长方环型件、双平行四边形机构、弹性足趾和分别通过伺服电机机身和球副以并联方式联于机架和双平行四边形机构之间的三条结构相同的驱动支链，所述长方环型件的一组对边连接于机架一角，其另一组对边与双平行四边形机构的中上部连接，弹性足趾通过螺栓与双平行四边形机构的下端固联；所述结构相同的三条驱动支链包括伺服电机、曲柄和连杆。本发明运动灵活，行走速度快，工作空间大，承载能力强，可防护特性好。
【专利说明】
一种四足步行机器人
技术领域
[0001]本发明属于机器人技术领域，特别是涉及一种四足步行机器人
【背景技术】
[0002]多足步行机器人具有落足点离散，运动灵活及对地面适应性强等特点在机器人应用领域的发展前景越来越广泛。四足步行机器人比两足步行机器人承载能力强、稳定性好，比六足、八足步行机器人灵活性好，控制简单，因而其应用更加广泛。现有的四足步行机器人的腿部结构主要有串联和并联两种形式，其中串联结构腿的主要特点为工作空间大、运动灵活、控制简单、腿部摆动惯性力较大、刚度较低、自重/负荷比大及可防护特性差，并联结构腿的主要特点为结构紧凑、刚度大、自重/负荷比小、工作空间较小，控制较复杂及可防护特性较差。因此，在一些同时要求腿部工作空间和承载能力大、防护级别高的应用场合，拥有上述腿部结构的步行机器人很难发挥其应有的功能。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种腿部工作空间大，承载能力强，可防护特性好的四足步行机器人。本发明的四足步行机器人的每条腿采用并联驱动空间双平行四边形机构的结构形式，具有一维移动和二维转动三个自由度。
[0004]本发明的技术方案如下:
[0005]本发明包括机架、四条结构相同的机械腿和电器单元，其中，所述四条机械腿分别通过转动轴连接在机架的四个角上，所述电器单元固连在机架的上面，用于控制伺服电机；所述机架上设有通孔以便与机械腿连接和减轻自重，所述各转动轴相互平行设置；
[0006]所述每条机械腿主要包括长方环型件、双平行四边形机构、弹性足趾和分别通过伺服电机机身和球副以并联方式联于机架和双平行四边形机构之间的三条结构相同的驱动支链，其中，所述机械腿中的长方环型件的一组对边通过一对第一转动轴连接于机架一角，长方环型件的另一组对边通过第四转动轴与双平行四边形机构的中上部连接，弹性足趾通过螺栓与双平行四边形机构的下端固联；
[0007]所述结构相同的三条驱动支链包括伺服电机、曲柄和连杆，其中，第一驱动支链中的第一伺服电机与机架固接，该第一伺服电机的输出轴通过第一曲柄与第一连杆的一端球副连接，该第一连杆的另一端通过球副与第二传动轴的一端连接;第二驱动支链中的第二伺服电机与机架固接，该第二伺服电机的输出轴通过第二曲柄与第二连杆的一端球副连接，该第二连杆的另一端通过球副与第二传动轴的另一端连接;第三驱动支链中的第三伺服电机与机架固接，该第三伺服电机的输出轴通过第三曲柄与第三连杆的一端球副连接，该第三连杆的另一端通过球副与第一传动轴中部连接;三条驱动支链中的三个伺服电机相互平行设置，第一驱动支链和第二驱动支链分别沿第一转动轴所在的竖直平面对称布置，第三驱动支链上的第三曲柄始终在第一转动轴所在的竖直平面内转动。
[0008]所述的双平行四边形机构包括六个H形连杆、五个转动轴和二个传动轴，其中，第一H形连杆的两端分别通过一对第二转动轴与第二 H形连杆和第六H形连杆的一端连接，该第二 H形连杆的中上部和第六H形连杆的另一端分别通过一对第六转动轴与第三H形连杆的中下部和一端连接，该第三H形连杆的另一端通过第三转动轴与第四H形连杆的一端连接，该第四H形连杆的下部两侧面分别与第二传动轴固连，该第四H形连杆的另一端通过第四转动轴与第五H形连杆的中上部连接，该第五H形连杆的一端通过第五转动副与第二 H形连杆的另一端连接，该第五H形连杆的另一端与第一传动轴转动连接，所述所有转动轴相互平行设置;每条腿在第三驱动支链的协同下，通过第一驱动支链和第二驱动支链的同步运动实现前后摆动和腿部伸缩，通过第一驱动支链和第二驱动支链的异步运动实现侧摆和腿部伸缩;通过四条腿的协同运动实现机器人的前进后退，侧移及下蹲等动作。
[0009]本发明与现有技术相比具有如下优点:
[0010]行走速度快、越障能力强、承载能力强、可防护特性好、装配工艺性好。
【附图说明】
[0011]图1为本发明的立体示意简图。
[0012]图2为本发明机械腿的立体示意简图。
[0013]图3为本发明第一驱动支链立体示意简图。
[0014]图4为本发明第三驱动支链立体示意简图。
[0015]图5为本发明双平行四边形机构的立体示意简图。
[0016]图6为本发明弹性足趾的立体示意简图。
[0017]图中:1、2、3、4.机械腿，5.机架，6.电器单元，7.弹性足趾，8.双平行四边形机构，9.第一驱动支链，10.第二驱动支链，11、第三驱动支链，12.长方环型件，13、13'.第一转动轴，14.第一传动轴，15.第二传动轴，16.第一伺服电机，17.第二伺服电机，18.第三伺服电机，19.第一曲柄，20.第一连杆，21.第二曲柄，22.第二连杆，23.第三曲柄，24.第三连杆，25.第一H形连杆，26、26'.第二转动轴，27.第二H形连杆，28.第三H形连杆，29.第三转动轴，30.第四H形连杆，31.第四转动轴，32.第五H形连杆，33.第五转动轴，34、34'.第六转动轴，35.第六H形连杆，36、36 \螺栓。
【具体实施方式】
[0018]在图1所示的四足步行机器人示意图中，四条结构相同的机械腿1、2、3、4分别通过转动轴连接在机架5的四个角上，所述电器单元6固连在机架的上面;所述机架上设有通孔以便与机械腿连接和减轻自重，所述与机架相联的各转动轴相互平行设置；如图2-图6所示，所述每条机械腿主要包括长方环型件、双平行四边形机构、弹性足趾和分别通过伺服电机机身和球副以并联方式联于机架和双平行四边形机构之间的三条结构相同的驱动支链，其中，在所述机械腿中，长方环型件12的一组对边通过一对第一转动轴13连接于机架一角，长方环型件的另一组对边通过第四转动轴31与双平行四边形机构8的中上部连接，弹性足趾7通过螺栓36、36'与双平行四边形机构的下端固联;所述结构相同的三条驱动支链包括伺服电机、曲柄和连杆，其中，第一驱动支链9中的第一伺服电机16与机架固接，该第一伺服电机的输出轴通过第一曲柄19与第一连杆20的一端球副连接，该第一连杆的另一端通过球副与第二传动轴15的一端连接;第二驱动支链10中的第二伺服电机17与机架固接，该第二伺服电机的输出轴通过第二曲柄21与第二连杆22的一端球副连接，该第二连杆的另一端通过球副与第二传动轴的另一端连接;第三驱动支链11中的第三伺服电机18与机架固接，该第三伺服电机的输出轴通过第三曲柄23与第三连杆24的一端球副连接，该第三连杆的另一端通过球副与第一传动轴14中部联接;三条驱动支链中的三个伺服电机相互平行设置，第一驱动支链和第二驱动支链分别沿第一转动轴所在的竖直平面对称布置，第三驱动支链上的第三曲柄始终在第一转动轴所在的竖直平面内转动。所述的双平行四边形机构包括六个H形连杆、五个转动轴和二个传动轴，其中，第一H形连杆25的两端分别通过一对第二转动轴26、26'与第二 H形连杆27和第六H形连杆35的一端连接，该第二 H形连杆的中上部和第六H形连杆的另一端分别通过一对第六转动轴34、34'与第三H形连杆28的中下部和一端连接，该第三H形连杆的另一端通过第三转动轴29与第四H形连杆30的一端连接，该第四H形连杆的下部两侧面分别与第二传动轴15固连，该第四H形连杆的另一端通过第四转动轴31与第五H形连杆32的中上部连接，该第五H形连杆的一端通过第五转动轴33与第二 H形连杆的另一端连接，该第五H形连杆的另一端与第一传动轴14转动联接，所述所有转动轴相互平行设置；所述一对第二转动轴26、26'之间的距离与所述一对第六转动轴34、34'之间的距离相等，转动轴26、34之间的距离与转动轴26'、34'之间的距离相等，转动轴29、34之间的距离与转动轴31、33之间的距离相等，转动轴29、31之间的距离与转动轴33、34之间的距离相等。每条腿在第三驱动支链的协同下，通过第一驱动支链和第二驱动支链的同步运动实现前后摆动和腿部伸缩，通过第一驱动支链和第二驱动支链的异步运动实现侧摆和腿部伸缩;通过四条腿的协同运动实现机器人的前进后退，侧移及下蹲等动作。
【主权项】
1.一种四足步行机器人，它包括机架、四条结构相同的机械腿和电器单元，所述四条机械腿分别通过转动轴连接在机架的四个角上，所述电器单元固接在机架的上面;所述机架上设有通孔以便与机械腿连接和减轻自重，所述各转动轴相互平行设置;所述每条机械腿主要包括长方环型件、双平行四边形机构、弹性足趾和三条结构相同的驱动支链，其中，所述机械腿中的长方环型件的一组对边通过一对第一转动轴连接于机架一角，长方环型件的另一组对边通过第四转动轴与双平行四边形机构的中上部连接，弹性足趾通过螺栓与双平行四边形机构的下端固联;所述的双平行四边形机构包括六个H形连杆、五个转动轴和二个传动轴，其中，第一H形连杆的两端分别通过一对第二转动轴与第二H形连杆和第六H形连杆的一端连接，该第二 H形连杆的中上部和第六H形连杆的另一端分别通过一对第六转动轴与第三H形连杆的中下部和一端连接，该第三H形连杆的另一端通过第三转动轴与第四H形连杆的一端连接，该第四H形连杆的下部两侧面分别与第二传动轴固连，该第四H形连杆的另一端通过第四转动轴与第五H形连杆的中上部连接，该第五H形连杆的一端通过第五转动副与第二 H形连杆的另一端连接，该第五H形连杆的另一端与第一传动轴转动连接，所述所有转动轴相互平行设置;其特征在于:所述结构相同的三条驱动支链分别通过伺服电机机身和球副以并联方式联于机架和双平行四边形机构之间，所述三条驱动支链包括伺服电机、曲柄和连杆，其中，第一驱动支链中的第一伺服电机与机架固接，该第一伺服电机的输出轴通过第一曲柄与第一连杆的一端球副连接，该第一连杆的另一端通过球副与第二传动轴的一端联接;第二驱动支链中的第二伺服电机与机架固接，该第二伺服电机的输出轴通过第二曲柄与第二连杆的一端球副连接，该第二连杆的另一端通过球副与第二传动轴的另一端联接;第三驱动支链中的第三伺服电机与机架固接，该第三伺服电机的输出轴通过第三曲柄与第三连杆的一端球副连接，该第三连杆的另一端通过球副与第一传动轴中部联接;三条驱动支链中的三个伺服电机相互平行设置，第一驱动支链和第二驱动支链分别沿第一转动轴所在的竖直平面对称布置，第三驱动支链上的第三曲柄始终在第一转动轴所在的竖直平面内转动。
【文档编号】B25J9/12GK105856250SQ201610338623
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月20日
【发明人】金振林, 张金柱, 邢燕兵
【申请人】燕山大学