多机械臂四足机器人制造技术

一种多机械臂四足机器人。该种机器人的驱动部分为腿部及机械臂液压驱动，腿部结构采取前肘后膝式的配置形式，开环关节连杆机构，分为髋部连接大腿小腿的形式，两两之间配置旋转关节以达到走动目的；机器人机身为钢架结构，具有足够强的刚度与承载能力；六自由度机械臂是由六个旋转关节和不同的关节节段通过一定的构型串联组成的，采用模块化关节机械结构设计，交流伺服电机、中空谐波减速器及失电保护装置的传动方式，中心孔布线，具有标准机械接口。本种机器人可以多自由度运行在可达空间里，可以使末端夹持的物体变换到任何位置，同时，这种机器人结构简单、无线路外露，具有较高的安全性。

Quadruped Robot with Multiple Manipulators

A multi-arm quadruped robot. The driving part of this kind of robot is hydraulic drive of legs and manipulators. The leg structure adopts the configuration form of front elbow and back knee. The open-loop joint linkage mechanism is divided into the form of hip connecting thigh and leg, and rotating joints are arranged between the two parts to achieve the purpose of walking. The body of the robot is a steel frame structure with strong stiffness and bearing capacity; the six-degree-of-freedom manipulator is composed of six. Rotary joints and different joint segments are composed of a certain configuration in series. Modular joint mechanical structure design is adopted. AC servo motor, hollow harmonic reducer and power loss protection device are used. The central hole wiring has standard mechanical interface. This kind of robot can operate in reachable space with multi-degree of freedom, and can change the object clamped at the end to any position. At the same time, this kind of robot has simple structure, exposed wireless path and high security.

【技术实现步骤摘要】
多机械臂四足机器人
本专利技术涉及一种多机械臂四足式机器人。
技术介绍
现有的轮式及履带式机器人对于崎岖地形适应能力差，无法进行快速的运动，难以在山区等狭窄的地方进行大规模的物资运送和转移。因此，在移动或托运物品时，上方布置有六自由度的机械臂的足式机器人在机器人中相比较于其他的轮式、履带式机器人，其运动时的越障能力较强，可以跨过一定高度的障碍，并且有着很高的自由度，运动灵活性较高，只需要几个离散的空间支撑点，具有比较高的在复杂非结构化地形中的灵活运动能力。但是，目前国内多自由度机械臂仍然具有结构复杂、线路外露以及无安全保护装置的问题。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中所提到的技术问题，本专利技术提供了一种多机械臂四足式机器人，该种机器人的驱动部分为腿部及机械臂液压驱动，腿部结构采取前肘后膝式的配置形式，开环关节连杆机构，分为髋部连接大腿小腿的形式，两两之间配置旋转关节以达到走动目的；机器人机身为钢架结构，具有足够强的刚度与承载能力；六自由度机械臂是由六个旋转关节和不同的关节节段通过一定的构型串联组成的，采用模块化关节机械结构设计，交流伺服电机、中空谐波减速器及失电保护装置的传动方式，中心孔布线，具有标准机械接口，多自由度运行在可达空间里，可以使末端夹持的物体变换到任何位置。这种机器人结构简单、无线路外露，具有较高的安全性。本专利技术的技术方案是：该种多机械臂四足机器人，包括主机架1，其独特之处在于：主机架1为梯形钢管结构，主机架1的上方安装两只六自由度机械臂2，主机架1的下边安装四条机械腿3；在所述主机架中间部位上安装机械臂安装底座4，机械臂安装底座4两个相对的侧面上开有4个通孔，通过螺栓连接六自由度机械臂2；其中，所述六自由度机械臂2，包括若干模块化关节,所述模块化关节包含电机罩5、关节壳体6、轴承、法兰8以及法兰接口,所述法兰接口包括谐波减速器大法兰10和电机连接法兰11；其中，法兰8位于电机罩5的内部，中间开有通孔用于定位交流伺服电机14；在电机罩5的侧面垂直电机轴线的方向固定具有标准机械接口的法兰，远离法兰一侧罩体与电机罩端盖9连接，靠近法兰8的一侧与关节壳体6相连；所述关节壳体6与电机罩5连接，在关节壳体的另一端与关节透盖12相连；通过法兰接口与连接件连接电机罩1和下一关节单元，每个单元以此方法安装并依次串联连接，在最后的关节处，连接机械爪13，形成最后完整的六自由度机械臂2；所述机械腿3即腿部结构，包括髋部组合15、大腿16和小腿17三个主要构件；髋部组合15与大腿16之间、大腿16与小腿17之间有两个旋转关节18和一个侧摆关节19；所述髋部组合15，上边有供轴穿过的轴孔，下部孔位通过旋转关节18连接大腿16部分，中部孔位穿过侧摆关节19的侧摆轴20，上部孔位通过螺纹连接侧摆液压缸21；所述旋转关节18分为髋部组合15与大腿16之间和大腿16与小腿17之间两个，中间利用一根旋转轴22连接相邻的两个模块，旋转轴22通过薄形平键连接和上一模块保持同步转动，通过深沟球轴承和下一模块配合；旋转轴22的一端连接有角度传感器，并通过支撑座23固定到模块上，支撑座23和角度传感器之间连接透盖24，而旋转轴22的另一侧则通过端盖25固定住。所述大腿16，由大臂26和液压缸30组成；所述大臂26的中间开通并有隔断，所述大臂顶部开有两个通孔，底部开有一个通孔，顶部位置靠上的通孔安置旋转关节18连接髋部组合15，在位置靠下的通孔处，固定连接液压缸30的一侧，液压缸30另一侧连接至小腿17内部，下部也开有一个通孔并安置旋转关节18连接小腿17；所述液压缸30，平行安置于大腿16主体下方并连接于大腿16与小腿17之间。所述小腿17，包括弹簧单元27和小腿轴28以及足底29，所述弹簧单元27上部开有槽孔，并开通孔，通孔处安置旋转关节18连接大腿16，下部连接小腿轴28与其轴线同轴，通过一个弹簧缓冲结构与小腿轴28相连；所述小腿轴28，上部连接弹簧单元27，下部安置足底29；所述足底29，是在小腿17末端连接的一块橡胶材料。所述侧摆关节19，包括侧摆液压缸21、侧摆轴20、液压缸30、液压缸支座31以及轴承支座32；其中侧摆液压缸21，通过液压缸支座31横向固定在机架1上，一端绕支座孔中心摆动，另一侧绕髋部组合15孔摆动；所述侧摆轴20，为一根圆柱形实心轴，侧摆轴通过深沟球轴承与两侧轴承支座32连接；液压缸30一侧连接至液压缸支座31，另一侧连接至大腿大臂26内，髋部组合15和液压缸支座31通过键连接；所述轴承支座32，用螺栓固定在机架1上，侧摆轴20通过深沟球轴承与轴承支座32连接，轴承支座32两端安装有透盖24和端盖25。所述机械腿3在行走运动的时候，由液压缸30提供动力，通过安置在髋部组合15和大腿16以及大腿16和小腿17之间的旋转关节18旋转带动达到行走的效果，液压缸30作为动力源驱动侧摆轴20旋转需要的角度，髋部组合15和液压缸支座31通过键连接和侧摆轴20同步转动，从而实现机械腿3的侧摆。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术是能够在复杂非结构化地形下快速移动，完成丛林救援和物资运输等特殊任务的四足机器人，并具有能够在可达空间里可以使末端夹持的物体变换到任何位姿，能够满足绝大多数生产过程的要求的六自由度的机械臂。下面对有益效果进行详细说明：首先，该机器人采用四足式，其具有较高地形适应能力，在非结构化地面灵活运动的潜在能力。与双足机器人相比有更好的运动稳定性，又比六足、八足机器人在结构和控制算法上简单的多，综合性能最好，运动过程中足部的落点在空间内是离散的，在工作空间内能够主动选择落点，跨过障碍和深坑的能力较强。无横向运动约束，可以实现空间全方位的移动。足端运动与机架质心运动解耦，在不平整地形移动时能保持机架运动的相对平稳。可以用腿迈过一定高度的障碍物和凹陷，避免质心上下动作所需的能量能耗。其次，在机器人的腿部设计时，为了简化机器人的结构和控制难度，足部的踝关节被省略了，我们在机械结构上用一个被动自由度代替，用来缓解冲击力。为了提供一定的缓冲和一定储能作用，在四足机器人的腿部结构设计中可以选用一个恰当的弹簧结构来取代足部，设计弹性缓冲环节在小腿位置，与其轴线同轴，通过一个弹簧缓冲结构与小腿轴相连。通过设计和选取适当的弹簧结构，机器人在奔跑或在不平整地面上运动时，足部接触地面时产生的冲击力的峰值将会大大减小。同时，为增加机器人足底的耐磨性和抓地能力，在机器人小腿末端连接有一块橡胶材料作为足部，起到一定的缓冲作用。再次，对于六自由度机械臂设计，采用中心孔布线，模块化关节的设计采用中心孔布线的设计形式，选用的伺服电机、谐波减速器都有一个较大的中心孔。在布线时，动力线及控制器信号线可以从模块化关节内部的中心孔通过，避免了外部布线引起的问题，而且使机械臂更加美观。且具有标准机械接口，便于安装机械臂。最后，机械臂采用交流伺服电机、中空谐波减速器及失电保护装置的传动方式，工作可靠，效率高。同时编码器可以内嵌在伺服电机上，结构紧凑，从整体上减小了模块化关节的尺寸。谐波减速器结构简单、尺寸小减速比大、传动效率高，这样在电机的功率及转速满足要求的情况下可以选用扭矩较小的电机，减少了电机的尺寸，从而从整体上减小了模块化关节的尺寸。当关节突本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多机械臂四足机器人，包括主机架（1），其特征在于：主机架（1）为梯形钢管结构，主机架（1）的上方安装两只六自由度机械臂（2），主机架（1）的下边安装四条机械腿（3）；在所述主机架中间部位上安装机械臂安装底座（4），机械臂安装底座（4）两个相对的侧面上开有4个通孔，通过螺栓连接六自由度机械臂（2）；其中，所述六自由度机械臂（2），包括若干模块化关节,所述模块化关节包含电机罩（5）、关节壳体（6）、轴承、法兰（8）以及法兰接口,所述法兰接口包括谐波减速器大法兰（10）和电机连接法兰（11）；其中，法兰（8）位于电机罩（5）的内部，中间开有通孔用于定位交流伺服电机（14）；在电机罩（5）的侧面垂直电机轴线的方向固定具有标准机械接口的法兰（8），远离法兰（8）一侧罩体与电机罩端盖（9）连接，靠近法兰（8）的一侧与关节壳体（6）相连；所述关节壳体（6）与电机罩（5）连接，在关节壳体的另一端与关节透盖（12）相连；通过法兰接口与连接件连接电机罩（1）和下一关节单元，每个单元以此方法安装并依次串联连接，在最后的关节处，连接机械爪（13），形成最后完整的六自由度机械臂（2）；所述机械腿（3）即腿部结构，包括髋部组合（15）、大腿（16）和小腿（17）三个主要构件；髋部组合（15）与大腿（16）之间、大腿（16）与小腿（17）之间有两个旋转关节（18）和一个侧摆关节（19）；所述髋部组合（15），上边有供轴穿过的轴孔，下部孔位通过旋转关节（18）连接大腿（16）部分，中部孔位穿过侧摆关节（19）的侧摆轴（20），上部孔位通过螺纹连接侧摆液压缸（21）；所述旋转关节（18）分为髋部组合（15）与大腿（16）之间和大腿（16）与小腿（17）之间两个，中间利用一根旋转轴（22）连接相邻的两个模块，旋转轴（22）通过薄形平键连接和上一模块保持同步转动，通过深沟球轴承和下一模块配合；旋转轴（22）的一端连接有角度传感器，并通过支撑座（23）固定到模块上，支撑座（23）和角度传感器之间连接透盖（24），而旋转轴（22）的另一侧则通过端盖（25）固定住；所述大腿（16），由大臂（26）和液压缸（30）组成；所述大臂（26）的中间开通并有隔断，所述大臂（26）顶部开有两个通孔，底部开有一个通孔，顶部位置靠上的通孔安置旋转关节（18）连接髋部组合（15），在位置靠下的通孔处，固定连接液压缸（30）的一侧，液压缸（30）另一侧连接至小腿（17）内部，下部也开有一个通孔并安置旋转关节（18）连接小腿（17）；所述液压缸（30），平行安置于大腿（16）主体下方并连接于大腿（16）与小腿（17）之间；所述小腿（17），包括弹簧单元（27）和小腿轴（28）以及足底（29），所述弹簧单元（27）上部开有槽孔，并开通孔，通孔处安置旋转关节（18）连接大腿（16），下部连接小腿轴（28）与其轴线同轴，通过一个弹簧缓冲结构与小腿轴（28）相连；所述小腿轴（28），上部连接弹簧单元（27），下部安置足底（29）；所述足底（29），是在小腿（17）末端连接的一块橡胶材料；所述侧摆关节（19），包括侧摆液压缸（21）、侧摆轴（20）、液压缸（30）、液压缸支座（31）以及轴承支座（32）；其中侧摆液压缸（21），通过液压缸支座（31）横向固定在机架（1）上，一端绕支座孔中心摆动，另一侧绕髋部组合（15）孔摆动；所述侧摆轴（20），为一根圆柱形实心轴，侧摆轴通过深沟球轴承与两侧轴承支座（32）连接；液压缸（30）一侧连接至液压缸支座（31），另一侧连接至大腿大臂（26）内，髋部组合（15）和液压缸支座（31）通过键连接；所述轴承支座（32），用螺栓固定在机架（1）上，侧摆轴（20）通过深沟球轴承与轴承支座(32)连接，轴承支座(32)两端安装有透盖(24)和端盖(25)；所述机械腿（3）在行走运动的时候，由液压缸（30）提供动力，通过安置在髋部组合（15）和大腿（16）以及大腿（16）和小腿（17）之间的旋转关节（18）旋转带动达到行走的效果，液压缸（30）作为动力源驱动侧摆轴（20）旋转需要的角度，髋部组合（15）和液压缸支座（31）通过键连接和侧摆轴（20）同步转动，从而实现机械腿（3）的侧摆。...

【技术特征摘要】
1.一种多机械臂四足机器人，包括主机架（1），其特征在于：主机架（1）为梯形钢管结构，主机架（1）的上方安装两只六自由度机械臂（2），主机架（1）的下边安装四条机械腿（3）；在所述主机架中间部位上安装机械臂安装底座（4），机械臂安装底座（4）两个相对的侧面上开有4个通孔，通过螺栓连接六自由度机械臂（2）；其中，所述六自由度机械臂（2），包括若干模块化关节,所述模块化关节包含电机罩（5）、关节壳体（6）、轴承、法兰（8）以及法兰接口,所述法兰接口包括谐波减速器大法兰（10）和电机连接法兰（11）；其中，法兰（8）位于电机罩（5）的内部，中间开有通孔用于定位交流伺服电机（14）；在电机罩（5）的侧面垂直电机轴线的方向固定具有标准机械接口的法兰（8），远离法兰（8）一侧罩体与电机罩端盖（9）连接，靠近法兰（8）的一侧与关节壳体（6）相连；所述关节壳体（6）与电机罩（5）连接，在关节壳体的另一端与关节透盖（12）相连；通过法兰接口与连接件连接电机罩（1）和下一关节单元，每个单元以此方法安装并依次串联连接，在最后的关节处，连接机械爪（13），形成最后完整的六自由度机械臂（2）；所述机械腿（3）即腿部结构，包括髋部组合（15）、大腿（16）和小腿（17）三个主要构件；髋部组合（15）与大腿（16）之间、大腿（16）与小腿（17）之间有两个旋转关节（18）和一个侧摆关节（19）；所述髋部组合（15），上边有供轴穿过的轴孔，下部孔位通过旋转关节（18）连接大腿（16）部分，中部孔位穿过侧摆关节（19）的侧摆轴（20），上部孔位通过螺纹连接侧摆液压缸（21）；所述旋转关节（18）分为髋部组合（15）与大腿（16）之间和大腿（16）与小腿（17）之间两个，中间利用一根旋转轴（22）连接相邻的两个模块，旋转轴（22）通过薄形平键连接和上一模块保持同步转动，通过深沟球轴承和下一模块配合；旋转轴（22）的一端连接有角度传感器，并通过支撑座（23）固定到模块上，支撑座（23）和角度传感器之间连接透盖（24），而旋转轴（22）的另一侧则通过端盖（25）固...

【专利技术属性】
技术研发人员：高胜，郑文，潘云龙，曹柏寒，陈俊星，张国鹏，
申请(专利权)人：东北石油大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23