一种双驱动模式闭链腿部机构的制作方法

本发明涉及步行机器人技术，具体涉及一种双驱动模式闭链腿部机构。

背景技术：

在自然界中，步行是陆地和两栖动物们最为普遍的移动方式，依靠这一进化出的能力，各种足式动物遍布全球。地球上存在大量被沼泽、沙漠、山地等地面覆盖的地域，这些地域传统的轮式或履带式车辆很难到达，但自然界中很多腿式动物却能够在这些地面上长期生活，活动自如。理论和实践证明，腿式运动是一种适用性更为广泛的运动方式。应用腿式系统的移动机器人因此拥有有较强的地形适应能力，这类机器人可以用在军事运输、丛林作战、灾害救援、海底探测、星球探测、教育娱乐等众多领域。

中国专利cn104925163a公开了“一种足式机器人的四足腿部结构”，该机器人腿部结构采用了五杆机构，相比于传统的串联式腿部结构这种闭链式腿部结构拥有更好的承载能力，但是该腿部结构必须要求两个电机一直协调工作，控制难度高耗能大，工作方式单一。

技术实现要素：

本发明针对现有步行机器人腿部机构工作模式单一，无法兼顾效率和路面适应性问题，进而提供一种双驱动模式闭链腿部机构。

本发明的技术方案：设计一种双驱动模式闭链腿部机构，其特征在于该腿部机构包括腿部连杆机构、第一电机、第二电机和机架；

所述腿部连杆机构包括曲柄、三副杆ⅰ、调节杆、二副杆ⅰ、三副杆ⅱ、足部、二副杆ⅱ；第一电机与机架上的固定孔ⅰ、固定孔ⅱ、固定孔ⅲ、固定孔ⅳ通过螺栓固定连接，第一电机的电机轴通过顶丝与曲柄一端固定连接，曲柄另一端与三副杆ⅰ上端铰接，三副杆ⅰ中部与二副杆ⅱ一端铰接，二副杆ⅱ另一端与机架的连杆孔铰接，三副杆ⅰ下端与三副杆ⅱ中部铰接，三副杆ⅱ下端与足部铰接，三副杆ⅱ上端与二副杆ⅰ一端铰接，二副杆ⅰ另一端与调节杆一端铰接，调节杆另一端通过顶丝与第二电机的电机轴固定连接，第二电机与机架上的固定孔ⅴ、固定孔ⅵ、固定孔ⅶ、固定孔ⅷ通过螺栓固定连接；所述第一电机和第二电机均与控制系统连接。

所述控制系统可控制腿部机构实现两种工作模式的运动，第一种是第二电机(7)不通电，与第二电机(7)固定连接的调节杆(5)固定不动，腿部连杆机构成为一单自由度的六杆机构，由第一电机(2)驱动曲柄整周转动，实现腿部机构的步行运动；第二种是控制第一电机(2)和第二电机(7)同时协调运动，驱动两自由度的七杆机构运动，实现足端轨迹的柔性输出。

本发明的有益效果：本发明所述的双驱动模式闭链腿部机构，具有单自由度工作模式和两自由度工作模式，其中单自由度工作模式具有工作效率高，能耗低，控制简单的优点可以用于平坦路面的行走，而两自由度工作模式可以实现多种足端轨迹的柔性输出，能够适应复杂路面环境，跨越障碍物，两种工作模式可以根据不同路面环境灵活切换，兼具高效率和高适应性的优点同时两种工作模式形成了一种容错机制，即使第二电机出现故障问题，也可以由第一电机来保证步行机器人的基本行走能力，提高了系统可靠性。

附图说明

图1步行机器人腿部机构正面整体结构三维图；

图2步行机器人腿部机构背面整体结构三维图；

图3机架三维图；

图4步行机器人腿部机构俯视图；

图5由步行机器人腿部机构构成的四足机器人示意图；

图6由步行机器人腿部机构构成的六足机器人示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。但本技术的权利要求保护范围不限于所述实施例的描述范围。

如图1、图2、图4所示，本发明所设计的一种双驱动模式闭链腿部机构，其特征在于该腿部机构包括腿部连杆机构、第一电机2、第二电机7和机架1。

如图1至图4所示，所述腿部连杆机构包括曲柄3、三副杆ⅰ4、调节杆5、二副杆ⅰ6、三副杆ⅱ8、足部9、二副杆ⅱ10；第一电机2与机架1上的固定孔ⅰ1f、固定孔ⅱ1g、固定孔ⅲ1h、固定孔ⅳ1i通过螺栓固定连接，第一电机2的电机轴通过顶丝与曲柄3一端固定连接，曲柄3另一端与三副杆ⅰ4上端铰接，三副杆ⅰ4中部与二副杆ⅱ10一端铰接，二副杆ⅱ10另一端与机架1的连杆孔1e铰接，三副杆ⅰ4下端与三副杆ⅱ8中部铰接，三副杆ⅱ8下端与足部9铰接，三副杆ⅱ8上端与二副杆ⅰ6一端铰接，二副杆ⅰ6另一端与调节杆5一端铰接，调节杆5另一端通过顶丝与第二电机7的电机轴固定连接，第二电机7与机架1上的固定孔ⅴ1a、固定孔ⅵ1b、固定孔ⅶ1c、固定孔ⅷ1d通过螺栓固定连接；所述第一电机2和第二电机7均与控制系统连接。

所述一种双驱动模式闭链腿部机构，其特征在于所述腿部机构可用作构成多足步行机器人的模块化单元机械腿，如图5所示为所述腿部机构构成的四足机器人示意图，如图6所示为所述腿部机构构成的六足机器人示意图。

所述一种双驱动模式闭链腿部机构，其特征在于所述第一电机2和第二电机7应为配有自锁式减速器的伺服电机。

本发明的工作原理和过程为：所述一种双驱动模式闭链腿部机构拥有两种工作模式，第一种是第二电机7不通电，与第二电机7固定连接的调节杆5固定不动，腿部连杆机构成为一单自由度的六杆机构，由第一电机2驱动曲柄整周转动，实现腿部机构的步行运动；第二种是控制第一电机2和第二电机7同时协调运动，驱动两自由度的七杆机构运动，实现足端轨迹的柔性输出。

技术特征：

技术总结
本发明公开一种双驱动模式闭链腿部机构，其特征在于该腿部机构包括腿部连杆机构、第一电机、第二电机和机架。腿部连杆机构包括曲柄、三副杆Ⅰ、调节杆、二副杆Ⅰ、三副杆Ⅱ、足部、二副杆Ⅱ。第一电机与机架固定连接，第一电机的电机轴与曲柄一端固定连接，曲柄另一端与三副杆Ⅰ上端铰接，三副杆Ⅰ中部与二副杆Ⅱ一端铰接，二副杆Ⅱ另一端与机架的连杆孔铰接，三副杆Ⅰ下端与三副杆Ⅱ中部铰接，三副杆Ⅱ下端与足部铰接，三副杆Ⅱ上端与二副杆Ⅰ一端铰接，二副杆Ⅰ另一端与调节杆一端铰接，调节杆另一端与第二电机的电机轴固定连接，第二电机与机架固定连接。本发明具有两种驱动工作模式，具有高效率和高适应性特点。

技术研发人员：姚燕安;王森;武建昫;宁亚飞;徐小景;王子谦
受保护的技术使用者：北京交通大学
技术研发日：2018.08.20
技术公布日：2019.01.11