本发明属于机器人,具体涉及一种八自由度并联式四足机器人及其控制方法。
背景技术:
1、传统的轮式或履带式机器人难以在复杂的非结构地形中行走,而参考自然界大部分动物是依靠双腿或四腿完成移动,而这些动物几乎能在所有地形移动,足式移动机器人无论在何种环境下的可通过性上有很大的潜力,并有较好的机动性、崎岖路面上的稳定性及对地形的强适应能力。
2、由于四足机器人比两足步行机器人承载能力强、稳定性好,同时又比六足、八足步行机器人结构简单,因而更加受到各国研究人员的重视。目前,公认的四足机器人是由液压驱动或者大扭矩电机驱动的12自由度的四足机器人,由液压或者大扭矩电机驱动仿生腿的髋关节、臀关节和膝关节,得出有效空间里的足端轨迹,实现奔跑、跳跃等步态,但12自由度的四足机器人需要搭载更多的驱动元件,增加了调试工作的复杂程度,且整体质量重。此外,现有四足机器人的腿部结构采用并联腿结构时,由于其在在复杂地形上进行行走、奔跑或跳跃运动时容易产生震动或在过度颠簸时存在动力不济的情况,震动幅度过大容易导致对整体结构的不良影响,而动力不济会导致较难实现奔跑、跳跃等运动。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种八自由度并联式四足机器人,能够降低结构的整体质量、提高结构的鲁棒性,以及在复杂地形上运动时能够起到缓震助推作用。
2、实现上述目的包括如下技术方案。
3、本发明第一方面提供一种八自由度并联式四足机器人,所述八自由度并联式四足机器人包括机身、电源、连接杆组和四个腿部结构;所述电源设置于所述机身上;
4、所述连接杆组与所述机身连接并向所述机身的相对两侧延伸;各所述腿部结构均与所述连接杆组连接,且四个所述腿部结构分两组均匀布置于所述机身的相对两侧;
5、各所述腿部结构均包括第一动力源件、第二动力源件、第一传动组件、第二传动组件和缓冲装置,所述电源与所述第一动力源件、第二动力源件电连接;所述第一动力源件驱动所述第一传动组件运动,所述第二动力源件驱动所述第二传动组件运动,所述第一传动组件和第二传动组件组成联动腿部结构,所述缓冲装置的相对两端分别连接所述第一传动组件和所述第二传动组件,且所述缓冲装置能够在所述第一传动组件和所述第二传动组件运动过程中进行压缩或释放。
6、在其中一些实施例中,所述缓冲装置包括导引件和弹性件,所述弹性件的第一端和第二端分别与所述第一传动组件和第二传动组件连接,所述导引件与所述弹性件活动连接,且所述弹性件沿所述导引件的延伸方向进行压缩或释放。
7、在其中一些实施例中,所述弹性件为套体结构,且所述弹性件活动套设于所述导引件,所述导引件的第一端与所述第一传动组件连接,第二端穿出所述弹性件的第二端。
8、在其中一些实施例中,所述第一传动组件包括第一大腿件、第一关节连接件和第一小腿件,所述第一大腿件通过所述第一关节连接件与所述第一小腿件铰接,所述第一动力源件的输出端与所述第一大腿件连接;
9、所述第二传动组件包括第二大腿件、第二关节连接件和第二小腿件,所述第二大腿件通过所述第二关节连接件与所述第二小腿件铰接,所述第一小腿件和所述第二小腿件通过活动关节铰接,所述活动关节处设置有滚轮,所述第二动力源件的输出端与所述第二大腿件连接,所述缓冲装置的相对两端分别连接所述第一小腿件和所述第二小腿件。
10、在其中一些实施例中,所述缓冲装置的一端与所述第一小腿件远离所述第一大腿件的一侧连接,相对的另一端与所述第二小腿件靠近所述第二大腿件的一侧连接。
11、在其中一些实施例中,所述机身包括顶板、底板和侧挡板,所述顶板和底板相对设置,且所述顶板和底板通过所述侧挡板连接,且所述顶板、底板和侧挡板均为镂空结构,所述顶板位于自身中心位置设置有放置位,所述电源设置于所述放置位。
12、在其中一些实施例中,所述顶板上设置有两个提手,两个提手设置于所述放置位的相对两侧。
13、在其中一些实施例中,所述连接杆组包括第一杆组和第二杆组,所述第一杆组和所述第二杆组沿所述机身的竖向方向平行设置,所述第一杆组和所述第二杆组均包括主杆体以及与所述主杆体连接的四个侧杆体,所述主杆体横向穿设于所述机身,四个侧杆体分两组均匀布置于所述机身的相对两侧,所述第一杆组的四个侧杆体和所述第二杆组的四个侧杆体一一对应设置。
14、在其中一些实施例中,所述第一动力源件和所述第二动力源件均包括旋转电机、行星减速器和外壳;
15、所述外壳具有容纳空间,所述旋转电机设置于所述容纳空间内,且所述旋转电机与所述行星减速器连接,所述行星减速器部分设置于所述容纳空间内。
16、本发明第二方面提供一种八自由度并联式四足机器人的控制方法,基于如上所述的八自由度并联式四足机器人,包括如下步骤:
17、根据前进路径,通过机身相对两侧的四个腿部结构中的第一动力源件驱动第一传动组件运动,第二动力源件驱动第二传动组件运动,所述第一传动组件和第二传动组件组成联动腿部结构,以带动所述八自由度并联式四足机器人按照所述前进路径进行运动。
18、本发明所提供的技术方案具有以下的优点及效果:
19、该八自由度并联式四足机器人通过在机身的相对两侧设置四个腿部结构,且各腿部结构均包括第一动力源件和第二动力源件组成的两个动力源件和第一传动组件和第二传动组件组成的两个传动组件,每一动力源件驱动一个传动组件运动,两个传动组件组成联动腿部结构,从而通过该四个腿部结构形成八自由度的并联式四足机器人,一方面能够保证其行走或者跳跃的灵活性和适应性,且能够减少动力源件,降低调试工作的复杂程度,也减轻该并联式四足机器人的整体质量,在实际应用中具有更好的鲁棒性。与此同时,通过在第一传动组件和第二传动组件之间设置具有弹性性能的缓冲装置,缓冲装置能够在第一传动组件和第二传动组件相互作用联动过程中进行压缩或释放,将弹性势能转化为机械能,起到缓震助推的作用,提高该八自由度并联式四足机器人在复杂地形环境下的适应性。
1.八自由度并联式四足机器人,其特征在于,所述八自由度并联式四足机器人包括机身、电源、连接杆组和四个腿部结构;所述电源设置于所述机身上;
2.如权利要求1所述的八自由度并联式四足机器人,其特征在于,所述缓冲装置包括导引件和弹性件,所述弹性件的第一端和第二端分别与所述第一传动组件和第二传动组件连接,所述导引件与所述弹性件活动连接,且所述弹性件沿所述导引件的延伸方向进行压缩或释放。
3.如权利要求2所述的八自由度并联式四足机器人,其特征在于,所述弹性件为套体结构,且所述弹性件活动套设于所述导引件,所述导引件的第一端与所述第一传动组件连接,第二端穿出所述弹性件的第二端。
4.如权利要求1所述的八自由度并联式四足机器人,其特征在于,所述第一传动组件包括第一大腿件、第一关节连接件和第一小腿件,所述第一大腿件通过所述第一关节连接件与所述第一小腿件铰接,所述第一动力源件的输出端与所述第一大腿件连接;
5.如权利要求4所述的八自由度并联式四足机器人,其特征在于,所述缓冲装置的一端与所述第一小腿件远离所述第一大腿件的一侧连接,相对的另一端与所述第二小腿件靠近所述第二大腿件的一侧连接。
6.如权利要求1至5任一项所述的八自由度并联式四足机器人,其特征在于,所述机身包括顶板、底板和侧挡板,所述顶板和底板相对设置,且所述顶板和底板通过所述侧挡板连接,且所述顶板、底板和侧挡板均为镂空结构,所述顶板位于自身中心位置设置有放置位,所述电源设置于所述放置位。
7.如权利要求6所述的八自由度并联式四足机器人,其特征在于,所述顶板上设置有两个提手,两个提手设置于所述放置位的相对两侧。
8.如权利要求1至5任一项所述的八自由度并联式四足机器人,其特征在于,所述连接杆组包括第一杆组和第二杆组,所述第一杆组和所述第二杆组沿所述机身的竖向方向平行设置,所述第一杆组和所述第二杆组均包括主杆体以及与所述主杆体连接的四个侧杆体,所述主杆体横向穿设于所述机身,四个侧杆体分两组均匀布置于所述机身的相对两侧,所述第一杆组的四个侧杆体和所述第二杆组的四个侧杆体一一对应设置。
9.如权利要求1至5任一项所述的八自由度并联式四足机器人,其特征在于,所述第一动力源件和所述第二动力源件均包括旋转电机、行星减速器和外壳;
10.八自由度并联式四足机器人的控制方法,其特征在于,基于权利要求1至9任一项所述的八自由度并联式四足机器人,包括如下步骤: