一种模块化可重构多足机器人的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种模块化可重构多足机器人。

背景技术：

足式机器人能够在各种复杂的地形上移动，由于它对非结构环境的高度适应性，与传统的轮式机器人相比，能够代替人类在复杂环境下从事各种非预先设定的任务，在人类难以抵达的危险恶劣环境下去执行远程遥控操作或自主作业任务。由于足式机器人对环境的高度适应性和执行任务的高度灵活性，它在能源开采、核能工业、外星探测、灾害搜救、农林采伐和野外考察等方面有广泛的应用前景。针对不同的应用场景和功能要求，需要定制开发不同类型的多足机器人，但是由于多足机器人之间往往缺乏通用的结构和部件，而且模块化程度低，导致需要重复设计，结构无法复用，增加了成本。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种模块化可重构多足机器人，机械腿结构通用、模块化程度高，进行重构多足机器人时成本低。

本发明的具体实施方式如下：

一种模块化可重构多足机器人，所述多足机器人包括机器人本体、本体框架、两对以上机械腿以及多足协调运动控制系统；

机械腿上留有与本体框架固定连接的安装接口，每对机械腿作为一个模块通过所述安装接口固定在本体框架上，两对以上机械腿沿本体框架纵向安装实现重构，且每对机械腿关于机器人本体左右对称，机器人本体上安装有多足协调运动控制系统，通过多足协调运动控制系统协调控制所有机械腿协同运动实现机器人行走。

进一步地，所述机械腿包括髋关节、膝关节、固定板、腿臂、机械腿足端缓冲部件、减速器及电机；

髋关节由旋转轴垂直正交的两个转动副构成，髋关节通过固定板与膝关节相连，且髋关节的水平转轴垂直安装于固定板上，膝关节的转轴与髋关节的水平旋转轴平行；所述减速器及电机有三组，设置在固定板上，分别对应驱动髋关节的水平转轴、竖直转轴及膝关节的转轴转动，固定板和腿臂在髋关节带动下共同实现在水平平面内和竖直平面内的转动，腿臂在膝关节带动下绕膝关节的转轴实现在竖直平面内的转动，所述腿臂末端与机械腿足端缓冲部件固定连接。

进一步地，所述机械腿进一步包括同步齿形带，电机的输出轴与减速器的输入轴之间使用同步齿形带相连。

进一步地，所述多足协调运动控制系统采用双闭环反馈控制系统，髋关节水平转轴、竖直转轴及膝关节转轴的负载端均设置旋转变压器进行位置反馈，每个电机输入轴端设置光电编码器进行速度反馈。

进一步地，所述多足协调运动控制系统包括多轴运动控制器、伺服电机驱动器，每组机械腿上设置三个伺服电机驱动器，所述伺服电机驱动器对应驱动每组机械腿的各个电机，所有伺服电机驱动器均与多轴运动控制器连接，多轴运动控制器根据旋转变压器和光电编码器的反馈实现对机械腿每个自由度运动过程中的位置控制。

有益效果：

1、本发明采用模块化设计的机械腿组件，可以根据应用场景和功能要求快速装配成四足机器人、六足机器人或其他多足机器人，为多足机器人的运动控制提供通用的测试平台，机械腿结构通用，无需重新设计、成本低。

2、本发明的机械腿采用同步齿形带、减速器实现两级减速，结构紧凑，极大简化了结构设计。

3、本发明采用双闭环反馈控制系统，能够根据旋转变压器和光电编码器的反馈实现对机械腿每个自由度运动过程中的位置的精确控制。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明机械腿的结构示意图。

其中，1-前部机械腿组件，2-中部机械腿组件，3-后部机械腿组件，4-本体框架，4-1-肋板，5-多足协调运动控制系统，6-髋关节，7-膝关节，7-1-伺服电机驱动器，7-2-直流无刷电机，7-3-同步齿形带，7-4-谐波减速器，8-机械腿足端缓冲部件，9-旋转变压器，10-光电编码器。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种模块化可重构多足机器人，以六足机器人构型为例，如图1所示，包括机器人本体、前部机械腿组件1、中部机械腿组件2、后部机械腿组件3、本体框架4、机械腿足端缓冲部件8以及多足协调运动控制系统5。

前部机械腿组件1、中部机械腿组件2、后部机械腿组件3结构一致，均包括左右对称布置的两组机械腿，机械腿具有三个自由度，如图2所示，包括髋关节6、膝关节7、固定板、同步齿形带7-3、腿臂、机械腿足端缓冲部件8、谐波减速器7-4及直流无刷电机7-2，髋关节6具有两个自由度，由旋转轴垂直正交的两个转动副构成，髋关节6固定在两块固定板之间，并通过固定板与膝关节7相连，且髋关节7的水平转轴垂直安装于两块固定板之间。膝关节7具有一个自由度，膝关节7的转轴与髋关节6的水平旋转轴平行。谐波减速器7-4及直流无刷电机7-2有三组，均设置在固定板上，分别对应驱动髋关节6的水平转轴、髋关节6的竖直转轴及膝关节7的转轴转动，直流无刷电机7-2的输出轴与谐波减速器7-4的输入轴之间使用同步齿形带7-3相连，谐波减速器7-4的输入轴固定在谐波减速器7-4的内圈，膝关节7的转轴固定在谐波减速器7-4的外圈，膝关节7的转轴与谐波减速器7-4的输入轴同步转动。

固定板和腿臂在髋关节6带动下共同实现在水平平面内和竖直平面内的转动，腿臂在膝关节7带动下绕膝关节7的转轴实现在竖直平面内的转动，腿臂末端与机械腿足端缓冲部件8固定连接，机械腿足端缓冲部件8可使用半球状橡胶或弹簧缓冲部件，还可以在机械腿足端缓冲部件8中设置压力传感器采集更多的反馈信息。

两组机械腿通过连接板连接在一起构成一个机械腿组件，连接板上留有与肋板4-1固定连接的安装接口，连接板和肋板4-1共同构成机器人的本体框架4。前部机械腿组件1、中部机械腿组件2、后部机械腿组件3通过安装接口沿肋板4-1纵向安装且关于机器人本体左右对称，多足协调运动控制系统5安装在本体框架4上。

多足协调运动控制系统5采用双闭环反馈控制系统，包括多轴运动控制器、伺服电机驱动器7-1，髋关节6水平转轴、竖直转轴及膝关节7转轴的负载端均设置有旋转变压器9进行位置反馈，每个直流无刷电机7-2输入轴端设置有光电编码器10进行速度反馈。每组机械腿上设置三个伺服电机驱动器7-1，伺服电机驱动器7-1对应驱动每组机械腿的各个直流无刷电机7-2，所有伺服电机驱动器7-1均与多轴运动控制器连接，多轴运动控制器根据旋转变压器9和光电编码器10的反馈信息来控制伺服电机驱动器7-1，对机械腿每个自由度运动过程中的位置进行控制，从而通过所有机械腿协同运动实现机器人行走。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种模块化可重构多足机器人，包括机器人本体、本体框架、两对以上机械腿以及多足协调运动控制系统；机械腿上留有与本体框架固定连接的安装接口，每对机械腿作为一个模块通过所述安装接口固定在本体框架上，两对以上机械腿沿本体框架纵向安装实现重构，且每对机械腿关于机器人本体左右对称，机器人本体上安装有多足协调运动控制系统，通过多足协调运动控制系统协调控制所有机械腿协同运动实现机器人行走。本发明机械腿结构通用、模块化程度高，进行重构多足机器人时成本低。

技术研发人员：马哲松;王心亮;魏伟;郑超;刘智;唐平鹏;钱家昌;陈虹
受保护的技术使用者：中国船舶重工集团公司第七一九研究所
技术研发日：2018.11.19
技术公布日：2019.02.22