具有综合移动功能的五足步行载体制造技术

一种具有综合移动功能的五足步行载体，属机器人领域。本五步行载体由车体、五条腿，五只足和控制系统四部分组成，车体由前体、左、右翼体、尾体组成。在前体和左、右翼体上各设置一条腿，在尾体上设置二条腿，每条腿的下部各设置一只足。控制系统设置在车体内，在前体和尾体上的腿各有三个关节，依次为转动关节，髋关节和膝关节，在左、右翼体上的腿只有髋关节和膝关节两个关节，在尾体上的腿的下端设置被动足，在前体和左、右翼体上的腿下端设置有抓握功能的主动足，其抓握功能有抓握机构实现。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有综合移动功能的五足步行载体，属机器人
在很多作业环境中，一些危险有害的工作需要可移动的机器人代替人类来完成，这类机器人通常采用的移动方式有轮式、履带式和腿式，其中轮式和履带式移动机构适宜于在较平坦、相对连续的地面上移动，腿式机构不仅适宜于地面步行，还能跨越障碍和壕沟，攀登台阶和桁架等非连续的空间地形，而且对环境造成的破坏较小，所以腿式移动方式在环境适应能力方面有显著的优越性，以这种腿式步行方式移动的载体有广泛的应用前景。目前，国内外有关腿式移动载体主要是针对具体的、单一的作业环境而开发的，其中大部分仅适合地面行走，还有少数专门设计的机型可在连续墙壁上爬行。对于能够适应一定的综合非结构作业环境的移动载体，国内外的研究涉及甚少。复杂的结构环境大致可分为一般的地面地形和包括大坡度的斜面、墙壁、桁架、台阶等空间意义上的结构地形，其中桁架结构是一种人类经常面临的作业环境，在这种作业环境下的移动机构的研究在国内外几乎都是空白，更没有能实现攀登桁架功能的移动载体问世，特别是兼具一般地面移动又能攀登桁架，而且能够从地面移动状态自主过渡到桁架攀登状态的多功能足式移动载体及相关的研究更未有报道，但是具有这种移动能力是机器人在许多应用环境中进行自主作业所必需的。对于腿式移动机构的静稳定步行而言，传统的步行机设计采用偶数条腿，而且对称分布，这是人们受自然界动物的行走方式的启发，直观仿生而设计出的。实际上动物的行走不仅依靠各腿的循环交替运动，而且很大程度上还依赖于躯体脊椎、颈椎等部位的自由度的配合协调运动，特别是在非常规行走、爬行或攀登运动时，表现得尤为显著。因此，在模仿动物行走机理进行步行机设计时，不能简单的从形式上进行仿生，应综合考虑各部分的运动功能的影响进行功能仿生。现在的步行机一般有偶数条腿，且相对车体对称分布，每条腿有三个自由度，车体为一刚性结构。这种步行机在静稳定行走或攀登时，因缺乏必要的车体协调自由度，使得在支撑图形或攀登握持状态不对称时得不到必要的运动协调，从而影响了其移动性能。本专利技术的目的是基于功能仿生开发一种融合地面行走、桁架攀登及从地面行走状态到攀登状态的自主过渡等综合移动功能的五足步行载体。本专利技术五足步行载体由车体、五条腿，五只足和控制系统四部分组成。车体由前体、左、右翼体、尾体组成，在前体和左、右翼体上各设置一条腿，在尾体上设置二条腿。每条腿的下部各设置一只足，控制系统设置在车体内。在前体和尾体上的腿各有三个关节，依次为转动关节，髋关节和膝关节。在左、右翼体上的腿只有髋关节和膝关节两个关节。在尾体上的腿的下端设置被动足，可用作地面行走和支撑在横杆上，其横杆支撑功能由足后部的圆弧槽实现。在前体和左、右翼体上的腿下端设置有抓握功能的主动足，可用作地面行走，又可抓握横杆，其抓握功能有抓握机构实现，抓握机构有三个轴线相互平行的辊柱组成，其中一个辊注可以上、下移动，实现抓持或松开功能。活动辊柱由电机驱动一丝杆滑块机构实现上、下移动。为实现较大足端可达空间，满足多种攀登姿态要求，膝关节的驱动电机设置在大腿内，抓握电机设置在足掌内。说明附图如下图1是本专利技术步行载体的整机结构示意图。图2是本专利技术步行载体的车体结构示意图。图3是设置在前体上的腿结构示意图。图4是设置在尾体上的腿结构示意图。图5是设置在左、右翼体上的腿结构示意图。图6是本专利技术步行载体的转弯关节结构示意图。图7是本专利技术步行载体的髋关节结构示意图。图8是本专利技术步行载体的膝关节结构示意图。图9是本专利技术步行载体的主动足结构示意图。图10是本专利技术步行载体的被动足结构示意图。图11是控制系统结构框图。图12是本专利技术在典型地面静稳定行走的示意图。图13是本专利技术从地面行走到桁架攀登的过渡过程示意图。图14是本专利技术攀登桁架运动的示意图。图15为程序框图。 结合附图说明实施例如下图1是本专利技术五足步行载体整机结构示意图，其中1是梯子，3，5，8，10，12是五条步行腿；2，6，7，9，13是五只足；11是控制系统，4是车体。图2是车体结构示意图，其中，14是前体；15是右翼体；16是左翼体；17是尾体；18是上、下基板。前体14，右翼体15，左翼体16和尾体17与上、下基板18联结于一体，并相对车体纵向轴线呈左右对称，目的是使步行载体在行走或攀登时，可得到较好的受力状态及稳定性。前体14，右翼体15，左翼体16，尾体13两端分别供安置图1中的8，5，10，3，12五条腿。翼体和尾体的距离构成步行载体的有效长度。较小的车体有效长度，保证从地面行走状态到攀登状态的顺利过渡。图3为图1中设置在前体上的腿8的结构示意图，该腿含有转弯关节19，髋关节20和膝关节21三个关节，并由转弯关节19连在车体上，足22为主动足结构(如图9)。图4为图1中设置在尾体上的腿的结构示意图，该种腿含有转弯关节23，髋关节24和膝关节25三个关节，并由转弯关节23连在车体上，足26为被动足结构(如图10)。图5为图1中设置在左、右翼体上的腿的结构示意图，该种腿只含有髋关节27和膝关节28两个关节，而没有转弯关节，整个腿由髋关节27直接固联于车体上，足29为主动足结构(如图9)。图3、图4、图5所示的各腿均为内置电机式关节型结构，即膝关节21、25、28的驱动电机内置入大腿20中，主动足22、29的驱动电机内置于小腿31中。这些腿的结构都类似哺乳动物的腿结构形式，有较大灵活性，且可实现较大足端可达空间，避免了腿和腿、腿和桁架的干涉，能满足任意攀登姿态的要求。图6是转弯关节结构示意图，其中32是髋关节，33是传动齿轮对，34是关节转轴，35是关节检测器，36是驱动电机，37是齿轮减速器。图7是髋关节结构示意图，其中38是传动齿轮，39是关节转轴，40是关节检测器，41是关节驱动电机，42是大腿。髋关节结构中，驱动电机41经过一级蜗轮和二级齿轮减速器驱动关节转轴39带动大腿42绕关节转动轴39相对转动。关节检测器40位于关节转动轴39的轴端，用以检测髋关节的转动位置及转动速度等状态信息。图8是膝关节结构示意图，其中，43是驱动电机，44是大腿，45是减速器，46是膝关节检测器，47是关节转动轴，48是小腿。膝关节结构中，驱动电机43经过一级蜗轮和二级齿轮减速器45驱动关节转动轴47带动小腿48相对绕关节转动轴47转动。驱动电机43内置于大腿44中。关节检测器46位于关节转动轴47的轴端，用以检测膝关节的转动位置及转动速度等状态信息。图9是主动足结构示意图，其中，49是联轴器，50是丝杠，51是滑块，52是导轨，53是活动尼龙辊柱，54是驱动电机，55是侧基板，56是固定尼龙辊柱，57是弧形尼龙块，58是胶皮垫。本足结构兼具有抓握功能，故称为主动足结构。其抓握功能由抓握机构实现。抓握机构由三个轴线相互平行的尼龙辊柱53，56组成，其中活动尼龙辊柱53联结于滑块51上。驱动电机54经联轴器49驱动丝杠50转动，丝杠50带动滑块51沿导轨52上下移动，滑块51带动活动尼龙辊柱53运动，从而完成抓握功能。导轨52具有精确导向及承载双重功能。丝杠50与电机轴由联轴器49浮动联结，以使足端载荷作用于腿上而不是在电机轴上。足底部为弧形尼龙块57，外覆弹性材料胶皮垫58。圆弧形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有综合移动功能的五足步行载体，其特征是：由车体、五条腿，五只足和控制系统四部分组成，车体由前体、左、右翼体、尾体组成，在前体和左、右翼体上各设置一条腿，在尾体上设置二条腿，每条腿的下部各设置一只足，控制系统设置在车体内，在前体和尾体上的腿各有三个关节，依次为转动关节，髋关节和膝关节，在左、右翼体上的腿只有髋关节和膝关节两个关节，在尾体上的腿的下端设置被动足，在前体和左、右翼体上的腿下端设置有抓握功能的主动足，其抓握功能有抓握机构实现，抓握机构有三个轴线相互平行的辊柱组成，其中一个辊注可以上、下移动，实现抓持或松开功能，活动辊柱由电机驱动一丝杆滑块机构实现上、下移动。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汪劲松，张伯鹏，张江红，孟庆国，郑浩峻，陈恳，王维，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]