本发明专利技术公开一种模块化的六自由度主动关节型双足步行机器人。该机器人主要由六个关节模块和两个圆环状足组成。每个关节模块具有一个转动自由度，由直流伺服电机驱动。关节模块有两种型式，其关节转轴分别与关节连杆轴线平行和垂直，各称为Ｉ型和Ｔ型。各模块依次按串联方式连接，顺序为：足部－Ｉ型关节－Ｔ型关节－Ｔ型关节－Ｔ型关节－Ｔ型关节－Ｉ型关节－足部。中间四个Ｔ型关节的转轴互相平行，并与两端Ｉ型关节的转轴垂直。该机器人的步行模式有多种，包括扭转步态、横移步态和翻转步态。所发明专利技术的机器人具有自由度少、主动步行、结构和控制简单、对环境的适应性好、越障能力强、能耗小等特点，可广泛用于搬运、探测和救灾等作业。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机器人
，具体而言涉及一种用模块化方法构建的具有 六个自由度的所有关节都为主动型的双足步行机器人。
技术介绍
仿人机器人是当今机器人技术发展的最高级和最尖端的体现。它们具有类 似人类的外形，在结构方面和步行方式上也模仿人类。其结构复杂，往往有上身和下肢组成，具有双腿和双手，自由度往往多达30个。仿人机器人的核心技 术和最具挑战的难点是双足步行时动态平衡的实现。自从机器人技术发展的初 期，双足步行就被认为是一项最高难度的挑战。早在著名的仿人机器人ASIMO、 QRIO和HRP-2出现之前的三十年中，双足步行一直是步行机器人发展的焦点 和难点。最早的研究暨平台开发可以追溯到早稻田大学的加藤一郎在1966年和 牛津大学的D.C. Witt在1968年开始的工作。加藤一郎等人在1973年创建了世 界上第一台具有双腿和双臂并受计算机控制的仿人机器人WAB0T-1。虽然是一 项标志性成果，WAB0T-1只能做静态步行运动。在1980年前后， 一个重大的 研究趋势是实现双足动态步行，很多国内外研究人员开始积极从事理论研究和 机器人平台的开发。到1986年，已开发出许多能作动态步行运动的双足机器人。 即便是仿人机器人已成功开发(以1996年本田推出仿人机器人P2为标志)了 十多年的今天，双足步态规划和控制仍然是一个研究热点，国内外还有很多研究机构开发和研究各种双足步行机器人。国内外大多数双足步行机器人在结构上都较复杂，由两条腿构成，关节都 是主动型的，自由度较多，双足的自由度有8个、10个、往往多达12个，行走方式模仿人类的步行，控制较复杂。另有一类步行机器人通过其它方式实现动 态步行，包括让机器人在势能的作用下沿小斜面步行而下的被动步行机器人、通过非线性振摆实现跨步的高跷型双足机器人BIPMAN2、通过学习和进化算法 实现双足步行的由三个连杆构成的简单步行机器人以及麻省理工学院开发过一 个装备四个驱动器的三维半被动步行机，等等。这些双足机器人结构较简单， 自由度较少，关节多为被动或半被动的。由于全部或部分关节是非主动的，机 器人往往借助外界环境的特点(例如斜坡)实现歩行。因此其活动范围和场所 很小，步行能力很有限。显然，开发少自由度、结构简单而步行能力较强的步行机器人符合人们的 需求和步行机器人的发展方向。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服主动步行机器人结构复杂、自由度多等缺点而被动 歩行机器人步行能力弱等局限，提供一种模块化的六自由度主动关节型双足步 行机器人。为实现本专利技术的目的，本专利技术采用的技术方案如下所述机器人采用六个主动关节，包括两个I型关节和四个T型关节，两端 是两个足部。各部分采用串联方式依次连接，顺序为足部-I型关节-T型关节 -T型关节-T型关节-T型关节-I型关节-足部，即四个T型关节在中间，两个I 型关节和足部在两端。四个T型关节的转轴互相平行，并与两端的I型关节的 转轴互相垂直。机器人的具体组成包括两个I型关节模块、四个T型关节模块、两个足部模块和一个连接套筒。机器人站立时呈倒u形，I型关节模块与地面垂直。足部模块为圆环状或轮式，通过其端面与地面接触。上述模块化的六自由度主动关节型双足步行机器人中，所述I型关节模块是指只有一个转动自由度且关节转轴与连杆轴线重合或平行的关节模块。关节由 直流伺服电机驱动，电机的后端与用于检测转角位移和角速度的光电编码器直 接相联，前端与谐波减速器相连，进行减速增力。谐波减速器通过一个轴输出 到一个中心直齿轮，而中心直齿轮通过两个对称分布的过渡轮驱动一个内齿直 齿轮作进一步减速增力并保持传动方向，内齿轮带动关节模块的另一部分作相 对转动，最后驱动关节的输出件。具体结构包括伺服电机及光电编码器组件1-1、关节套筒l-2、电机轴套1-3、电机座1-4、关节基座1-5、轴承端盖1-6、轴承座 1-7、角接触球轴承及外轴套1-8、轴承端盖1-9、内齿轮1-10、关节输出端连接 件l-ll、过渡齿轮轴1-12、过渡齿轮1-13、谐波减速器输出轴1-14、中心齿轮 1-15、小轴承端盖1-16、轴套1-17、角接触球轴承1-18、谐波减速器输出过渡 盘1-19、盘式谐波减速器组件1-20。各零部件的连接方式为伺服电机及光电 编码器组件1-1与电机座l-4通过轴向螺钉紧固；电机轴通过电机轴套1-3与盘 式谐波减速器组件1-20的波发生器间接相连；盘式谐波减速器组件1-20的输入 和输出刚轮通过轴向螺钉分别与电机座1-4和谐波减速器输出过渡圆盘1-19紧 固连接，而后者(1-19)再用轴向螺钉与谐波减速器输出轴l-14紧固连接关 节套筒l-2套在电机座l-4上并沿圆周方向用径向螺钉紧固；电机座1-4通过轴 向螺钉与关节基座1-5紧固连接；轴承座1-7通过角接触球轴承及外轴套1-8支 承于关节基座1-5上；角接触球轴承及外轴套1-8通过轴承端盖1-6定位和施加 预紧力；谐波减速器输出轴1-14通过两个键与中心齿轮1-15连接，而中心齿轮 1-15又与对称分布的两个过渡齿轮1-13啮合；两个过渡齿轮轴1-12通过其上的 螺纹与关节基座1_5紧固连接，并通过轴承与过渡齿轮1-13连接；两个过渡齿 轮1-13与内齿轮1-10啮合；内齿轮1-10、关节输出端连接件1-11和轴承座1-7 三者通过轴向螺钉紧固连接。上述模块化的六自由度主动关节型双足步行机器人中，所述T型关节模块 只有一个转动自由度且关节转轴与连杆轴线垂直的关节模块。关节由直流伺服 电机驱动，电机的后端与用于检测转角位移和角速度的光电编码器直接相联， 前端与谐波减速器相连，进行减速增力。谐波减速器通过一个轴进行输出，再 通过一对锥齿轮作进一步减速与增力并改变传动方向。大锥齿轮通过一根关节 轴带动关节模块的另一部分作相对转动，进行速度和力的输出。具体结构包括 伺服电机及光电编码器组件2-l、关节套筒2-2、电机座2-3、关节基座2-4、角 接触球轴承2-5、轴承套环2-6、内轴套2-7、小锥齿轮2-8、齿轮端盖2-9、关节 轴端盖2-10、关节轴2-11、关节盖2-12、大锥齿轮2-13、关节输出连接件2-14、 关节轴角接触球轴承2-15、关节轴端盖2-16、轴承端盖2-17、轴承端盖2-18、 谐波减速器输出轴2-19 、谐波减速器输出过渡盘2-20 、盘式谐波减速器组件2-21 、 电机轴套2-22。各零部件的连接方式为伺服电机及光电编码器组件2-l与电机 座2-3通过轴向螺钉紧固；电机轴通过电机轴套2-22与盘式谐波减速器组件2-21 的波发生器间接相连；盘式谐波减速器组件2-21的输入和输出刚轮通过轴向螺 钉分别与电机座2-3和谐波减速器输出过渡盘2-20紧固连接，而后者(2-20) 再用轴向螺钉与谐波减速器输出轴2-19紧固连接；关节套筒2-2套在电机座2-3 上并沿圆周方向用径向螺钉紧固；电机座2-3通过轴向螺钉与关节基座2-4紧固 连接；谐波减速器输出轴2-19通过角接触球轴承及轴承套环2-5和2-6支承于 关节轴承座2-4内，输出端与小锥齿轮2-8连接，用齿轮端盖2-9紧固；小锥齿 轮2-8与角接触球轴承2-5之间通过内轴套2-7作轴向间隔；小锥齿轮2-8与大 锥齿轮2-13啮本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种模块化的六自由度主动关节型双足步行机器人，该机器人具有六个主动关节，包括两个Ｉ型关节和四个Ｔ型关节，所述Ｉ型关节是指只有一个转动自由度且关节转轴与连杆轴线重合或平行的关节，所述Ｔ型关节是指只有一个转动自由度且关节转轴与连杆轴线垂直的关节，其特征在于该机器人由两个Ｉ型关节模块、四个Ｔ型关节模块和两个足部模块组成，关节模块采用串联方式通过卡环依次连接，顺序从一端到另一端为：Ｉ型关节模块－Ｔ型关节模块－Ｔ型关节模块－Ｔ型关节模块－Ｔ型关节模块－Ｉ型关节模块，两端的Ｉ型关节模块再分别与两个足部模块通过卡环连接，四个Ｔ型关节的转轴互相平行，并与两端的Ｉ型关节的转轴互相垂直，机器人站立时呈倒Ｕ形，Ｉ型关节模块与地面垂直；所述足部模块为圆环状或轮式，其端面与地面接触。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：管贻生，江励，张宪民，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]
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