一种具有悬挂系统的轮腿式六足机器人技术方案

本发明专利技术公开一种具有悬挂系统的轮腿式六足机器人，包括机体与六条单腿结构；六条单腿机构在机体周向上均布。单腿结构具有跟关节、髋关节与膝关节；其中，跟关节与机体间相连，通过电机驱动绕竖直Z轴转动；髋关节与跟关节间通过悬挂系统相连，该悬挂系统仅仅使用一个避震器就可以实现两个方向的减震缓冲效果。髋关节与膝关节均通过电机直驱，绕水平Y轴转动，两者间通过大腿结构相连；膝关节与小腿结构末端相连，小腿结构末端还安装有轮式移动机构；小腿前端安装有足端缓冲机构。本发明专利技术具有悬挂系统的轮腿式六足机器人，可以保证机体内部环境在运动过程中的完整性，同时可以提高机器人的承载能力以及在运动过程中负载的稳定性。

Wheeled leg type six legged robot with suspension system

The invention discloses a wheel leg type six legged robot with a suspension system, comprising a machine body and six single leg structures, and six single leg mechanisms uniformly distributed on the circumference of the machine body. Single leg structure with joint, hip joint and knee joint; wherein, connected with the joint and the body, driven by the motor to rotate around the vertical axis Z; hip joint with connected by a suspension system, the suspension cushioning system using only a shock absorber can be achieved in two directions. The hip joint and knee joint through direct drive motor, around the level of Y axis between the two structures connected through the legs; the knee joint is connected with the leg structure at the end of the end structure is also provided with a leg wheeled mobile mechanism is installed in the front end of the foot; leg buffering mechanism. The six foot wheel legged robot of the invention has a suspension system, can guarantee the integrity of the body's internal environment in the process of movement, and can improve the bearing capacity and stability of the robot during exercise load.

【技术实现步骤摘要】
一种具有悬挂系统的轮腿式六足机器人
本专利技术涉及机器人领域，具体是一种具有悬挂系统的轮腿式六足机器人。
技术介绍
目前，常规的移动机器人包括轮式机器人和履带式机器人，与它们相比，腿式机器人具有更强的地形适应能力以及更好的机动性能。作为腿式机器人的典型代表，六足机器人具有丰富的步态和冗余的肢体结构，运动灵活，可以在离散的地面上移动、跨越障碍等。另外，在平坦的地面环境下，与轮式、履带式移动机器人相比，传统的腿式机器人则具有移动速度慢、效率低的缺点，因此，将轮式与腿式相结合的移动方式的研究具有十分重要的意义。悬挂系统是最初应用在汽车制造中汽车车架与车轮或车桥之间的一切连接装置的总称，可分为独立悬挂系统和非独立悬挂系统，非独立悬挂系统中两个车轮相互联系，两者的跳动相互影响。而独立悬挂系统中各个车轮有各自的悬挂机构，彼此相互独立。通过悬挂系统，可以有效地降低移动平台的震动，缓解平台关键零件之间的冲击，提高平台的稳定性和可靠性。公开号为CN106427446A的专利技术专利提出了一种机器人车体的悬挂系统，虽然其结构简单，但其只在竖直方向实现了对机器人本体的减震。对于六足机器人来说，通过在其身上装载各种设备，它们可以在复杂地形中执行各种任务，这就要求六足机器人具有较高的承载能力以及在负载状态下具有较强的运动稳定性。在机器人移动过程中，无论是腿式移动方式还是轮式移动方式，机器人还需要保证本体内设备的完整性以及减少移动过程中机器人的各个方向的颠簸对本体设备的影响。在现有的大型六足机器人中，其主要关注机器人的承载能力，对机器人本体在移动过程中负载对运动的影响的研究较少，同时对本体内部设备受到运动颠簸的影响较少。因此，腿式机器人的悬挂系统的研究具有十分重要的意义。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种具有独立悬挂系统的轮腿复合式六足机器人，悬挂系统仅仅使用一个避震器就可以实现两个方向的减震缓冲效果，保证机器人内部环境在运动过程中的完整性，同时可以提高机器人的承载能力以及在运动过程中负载的稳定性；本专利技术具有悬挂系统的轮腿式六足机器人，包括机体与六条单腿结构；六条单腿机构在机体周向上均布。所述单腿结构具有跟关节、髋关节与膝关节。其中，跟关节与机体间相连，通过电机驱动绕竖直Z轴转动。髋关节与跟关节间通过悬挂系统相连；髋关节与膝关节均通过电机直驱，绕水平Y轴转动，两者间通过大腿结构相连。膝关节与小腿结构末端相连，小腿结构末端还安装有轮式移动机构；小腿前端安装有足端缓冲机构。上述悬挂系统包括横臂、避震器、避震器下连接件、跟关节接头与跟关节接头连接件。其中，避震器顶部与跟关节件间形成绕Y轴转动的转动副；避震器底部与避震器下连接件顶部间形成绕Y轴转动的转动副。横臂末端与跟关节间形成绕Y轴转动的转动副；避震器下连接件底部与横臂前端间形成沿Z轴的移动副。跟关节连接头安装于髋关节上；跟关节接头连接件与连接头间周向相对定位；横臂前端与跟关节连接头以及跟关节接头连接件间形成绕水平X轴转动的转动副。上述跟关节接头顶部具有接触面，与避震器下连接件底部凸起接触。由此使悬挂系统仅仅使用一个避震器就可以实现两个方向的减震缓冲效果：当单腿结构竖直方向受力时，避震器受压会对外部产生张力，这是会将避震器下连接件顶住，使其紧贴横臂的接板，此时单腿机构的受力经横臂及避震器下连接件传递至避震器，由避震器缓冲冲击。当单腿结构受到侧向的冲击时，会有一个绕Y轴转动的趋势，此时会带动跟关节接头和跟关节接头连接件一并转动，进而通过跟关节连接件顶部的接触面向上推动避震器下连接件相对横臂向上移动，由此压缩避震器，由避震器缓冲冲击。本专利技术设计的机器人的运行状态包括步行移动状态和轮式移动状态，其中步行移动状态是通过控制跟关节电机、髋关节电机和膝关节电机的运转来实现的，通过控制三个电机的转向和转速来实现机器人步行状态的前进、后退和转向。轮式移动状态是通过控制轮式电机和跟关节电机的转向和转速来实现机器人轮式移动状态的前进、后退和转向。另外，通过在机器人机体上增添摄像头、相应的传感器和操作臂等，可以作为各类型具有高机动能力的移动机器人、能完成各种任务的特种机器人等平台的移动机构。本专利技术的优点在于：1、本专利技术具有独立悬挂系统的轮腿式六足机器人中，悬挂系统仅仅使用一个避震器就可以实现两个方向的减震缓冲效果。在崎岖不平的环境下行走时，悬挂系统不仅可以有效地减缓机械腿与机体之间在竖直方向上的运动冲击，而且可以当机械腿摆动过程中碰到障碍物或者机械腿突然侧滑时，减缓机械腿与机体在由机体中心向外的轴线方向上的转矩，从而可以缓冲机械腿的转矩对跟关节电机的冲击。同时在轮式移动模式下，可以减缓在运动过程中因路面不平橡胶轮、机械腿与机体之间的运动冲击。无论是步行移动还是轮式移动方式，该悬挂系统都可以保证机体内部环境在运动过程中的完整性，同时可以提高机器人的承载能力以及在运动过程中负载的稳定性；2、本专利技术具有独立悬挂系统的轮腿式六足机器人中，跟关节和轮式移动机构的驱动均采用电机直线驱动方式，这不仅可以减少电机对机器人内部空间的占用，减轻机器人的重量，而且可以提高电机的运行效率；3、本专利技术具有独立悬挂系统的轮腿式六足机器人中，髋关节和膝关节的关节电机均合理布置在大腿处，在小腿内部保留较大的空间，以便可以在小腿处安装各种设备，如操作臂等，从而提高机器人自身的功能集合度。附图说明图1为本专利技术具有悬挂系统的轮腿式六足机器人整体结构示意图；图2为本专利技术具有悬挂系统的轮腿式六足机器人中单腿结构示意图；图3为本专利技术具有悬挂系统的轮腿式六足机器人中髋关节结构示意图；图4为本专利技术具有悬挂系统的轮腿式六足机器人中悬挂系统结构示意图；图5为悬挂系统中横臂结构示意图；图6为本专利技术具有悬挂系统的轮腿式六足机器人中悬挂系统安装方式示意图；图7为本专利技术具有悬挂系统的轮腿式六足机器人中足端缓冲机构结构示意图；图8为本专利技术具有悬挂系统的轮腿式六足机器人轮行模式姿态示意图。图中：1-机体2-单腿结构201-跟关节202-髋关节203-膝关节204-悬挂系统205-大腿结构206-小腿结构207-足端缓冲机构208-轮式移动机构201a-跟关节连接件201b-跟关节基座201c-跟关节电机202a-关节基座202b-关节连接件202c-关节电机202d-髋关节连接件202e-电机安装板202f-转轴202g-关节齿轮A202h-关节齿轮B204a-横臂204b-避震器204c-避震器下连接件204d-跟关节接头204e-跟关节接头连接件204a1-侧臂204a2-接板204a3-凸耳204c1-凸起部分204d1-连接头204d2-一字型槽204e1-接触面204e2-连接轴207a-足端基座207b-缓冲弹簧207c-足端杆具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。本专利技术具有悬挂系统的轮腿式六足机器人，如图1所示，包括机体1与六条单腿结构2。其中，机体1为由上层与下层六边形板构成的双层正六面体框架结构，机体1的各角处作为单腿结构安装位，用来安装单腿结构2，则机体1周向上均匀安装有六条单腿结构2，进而通过六条单腿结构2的协调运动，可以实现本专利技术轮腿式六足机器人的全方位步行行走，以及轮式移动。上述单腿结构2具有三个传统关节，分别为跟关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有悬挂系统的轮腿式六足机器人，包括机体与六条单腿结构；六条单腿机构在机体周向上均布；其特征在于：单腿结构具有跟关节、髋关节与膝关节；其中，跟关节与机体间相连，通过电机驱动绕竖直Z轴转动；髋关节与跟关节间通过悬挂系统相连；髋关节与膝关节均通过电机直驱，绕水平Y轴转动，两者间通过大腿结构相连；膝关节与小腿结构末端相连，小腿结构末端还安装有轮式移动机构；小腿前端安装有足端缓冲机构；上述悬挂系统包括横臂、避震器、避震器下连接件、跟关节接头与跟关节接头连接件；其中，避震器顶部与跟关节件间形成绕Y轴转动的转动副；避震器底部与避震器下连接件顶部间形成绕Y轴转动的转动副；横臂末端与跟关节间形成绕Y轴转动的转动副；避震器下连接件底部与横臂前端间形成沿Z轴的移动副。跟关节连接头安装于髋关节上；跟关节接头连接件与连接头间周向相对定位；横臂前端与跟关节连接头以及跟关节接头连接件间形成绕水平X轴转动的转动副；上述跟关节接头顶部具有接触面，与避震器下连接件底部凸起接触。

【技术特征摘要】
1.一种具有悬挂系统的轮腿式六足机器人，包括机体与六条单腿结构；六条单腿机构在机体周向上均布；其特征在于：单腿结构具有跟关节、髋关节与膝关节；其中，跟关节与机体间相连，通过电机驱动绕竖直Z轴转动；髋关节与跟关节间通过悬挂系统相连；髋关节与膝关节均通过电机直驱，绕水平Y轴转动，两者间通过大腿结构相连；膝关节与小腿结构末端相连，小腿结构末端还安装有轮式移动机构；小腿前端安装有足端缓冲机构；上述悬挂系统包括横臂、避震器、避震器下连接件、跟关节接头与跟关节接头连接件；其中，避震器顶部与跟关节件间形成绕Y轴转动的转动副；避震器底部与避震器下连接件顶部间形成绕Y轴转动的转动副；横臂末端与跟关节间形成绕Y轴转动的转动副；避震器下连接件底部与横臂前端间形成沿Z轴的移动副。跟关节连接头安装于髋关节上；跟关节接头连接件与连接头间周向相对定位；横臂前端与跟关节连接头以及跟关节接头连接件间形成绕水平X轴转动的转动副；上述跟关节接头顶部具有接触面，与避震器下连接件底部凸起接触。2.如权利要求1所述一种具有悬挂系统的轮腿式六足机器人，其特征在于：所述髋关节与膝关节结构相同，包括关节基座、关节连接件、关节电机与关节齿轮组件；其中关节基座具有左右安装板，两者间平行设置，且前端之间通过电机安装板相连定位；左右安装板后端间安装有转轴，转轴轴线沿Y轴方向设置，两端与左右安装板间固定，且两端穿出左右安装板；关节电机固定于电机安装板上，轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁希仑，潘希祥，徐坤，郑羿，齐静，陈佳伟，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11