基于双曲柄复合连杆机构的腿部机构及其仿生机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种基于双曲柄复合连杆机构的腿部机构，包括机架、设置于所述机架的第一曲柄、第二曲柄、依次串联铰接于所述第一曲柄和第二曲柄之间以形成闭环结构的连杆、大腿杆和小腿杆；所述机架与连杆之间铰接有摇杆，所述小腿杆末端固定有足部，用于输出步幅进行行走；本发明专利技术的腿部机构和机器人能够减轻腿部质量和腿部摆动时的惯量，提高了机器人在非结构地形条件下的行走速度、负载能力。

【技术实现步骤摘要】
基于双曲柄复合连杆机构的腿部机构及其仿生机器人
本专利技术涉及机器人领域，特别涉及一种基于双曲柄复合连杆机构的腿部机构及其仿生机器人。
技术介绍
现有的步行机器人的足数分别为一足、二足、三足、四足、六足、八足甚至更多。其中偶数占绝大多数，因为就直线运动来说，偶数足能产生有效的步态。足的数目多时适合于重载和慢速运动，而二足或四足结构简单且更灵活一些。与二足相比，四足步行机器人承载能力强、稳定性好，既能以静态步行方式实现不平地面及复杂地形上的行走，又能以动态步行方式(实现高速行走，在抢险救灾、排雷、探险、娱乐及军事等许多方面有很好的应用前景，现有的足式机器人的腿部机构多为通过大腿驱动小腿，或者大腿和小腿分别设置驱动机构的方式实现，结构复杂，且足式机器人的大腿与小腿连接处形成关节，由于足式机器人关节受力的复杂性及其特殊性，即在关节运动速度和驱动力矩大小这两者的均衡性上有特殊要求，如何达到减轻腿部质量和腿部摆时的惯量，同时提高机器人在非结构地形条件下的高速、负载能力是一个亟待解决的问题。因此，需要一种能够减轻腿部质量和腿部摆时惯量，提高了机器人在非结构地形条件下的行走速度、负载能力的基于双曲柄复合连杆机构的腿部机构及其仿生机器人。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种能够减轻腿部质量和腿部摆时惯量，提高了机器人在非结构地形条件下的行走速度、负载能力的基于双曲柄复合连杆机构的腿部机构及其仿生机器人。本专利技术的基于双曲柄复合连杆机构的腿部机构，包括机架、设置于所述机架的第一曲柄、第二曲柄、依次串联铰接于所述第一曲柄和第二曲柄之间以形成闭环结构的连杆、大腿杆和小腿杆；所述机架与连杆之间铰接有摇杆，所述小腿杆末端固定有足部，用于输出步幅进行行走；进一步，本专利技术的基于双曲柄复合连杆机构的腿部机构，还包括动力装置，所述动力装置用于驱动所述第一曲柄和第二曲柄同步转动；进一步，所述摇杆一端铰接于第一曲柄和第二曲柄之间的机架上，另一端铰接于连杆中部；进一步，所述足部采用缓冲材料制作；进一步，所述第一曲柄和第二曲柄分别传动连接有通过同步带进行传动的第一同步带轮和第二同步带轮；进一步，所述动力装置为伺服电机；所述伺服电机的输出轴传动连接于所述第一或第二同步带轮；进一步，该腿部机构的各个杆件均设有减重孔。本专利技术还公开了一种仿生机器人，包括机身和一个或多个权利要求1-7任一项所述的基于双曲柄复合连杆机构的腿部机构；进一步，所述腿部机构为两对，并对称设置与所述机身的两侧。本专利技术的有益效果：1.本专利技术的腿部机构采用双曲柄摇杆结构与五杆机构形成的复合连杆机构，充分利用了五杆机构丰富的轨迹特性，避免了五杆机构存在死点的可能，可实现足端以不同的步幅进行行走；2)通过带传动结构实现腿部机构中两曲柄同步转动，实现了每个腿部机构只使用一个驱动电机来实现机器人抬腿迈步，简化了驱动部分控制；3)由电机驱动腿部机构的曲柄连续转动，不必改变电机转动方向就可实现腿部连续运动，有效提高了运动效率，减小了高速下电机冲击；4)驱动电机安装于机架上，相对于关节式腿部机构，减轻了腿部的质量及转动惯量，利于减小行走时腿部与地面接触的反力，降低能量损耗，提高了机器人在非结构地形条件下的高速、负载能力。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述。图1为本专利技术的基于双曲柄复合连杆机构的腿部机构的结构示意图；图2为本专利技术的仿生机器人的结构示意图。具体实施方式图1为本专利技术的基于双曲柄复合连杆机构的腿部机构的结构示意图；如图所示：本实施例的一种基于双曲柄复合连杆机构的腿部机构，包括机架、设置于所述机架的第一曲柄5、第二曲柄6、依次串联铰接于所述第一曲柄5和第二曲柄6之间以形成闭环结构的连杆10、大腿杆9和小腿杆7；本实施例中，机架上设有两个用于转动支承第一曲柄5和第二曲柄6的轴承座；机架、第一曲柄5、连杆10、大腿杆9、小腿杆7和第二曲柄6顺序铰接形成闭环的六连杆10机构，所述机架与连杆10之间铰接有摇杆11，所述小腿杆7末端固定有足部8，用于输出步幅进行行走；本实施例中，本专利技术的基于双曲柄复合连杆机构的腿部机构，还包括动力装置2，所述动力装置2用于驱动所述第一曲柄5和第二曲柄6同步转动；行走时，可以通过两个动力装置2分别驱动第一曲柄5和第二曲柄6同步转动，或者仅仅通过一个动力装置2，通过齿轮、链轮、带轮等现有的传动机构使第一曲柄5和第二曲柄6之间形成联动；动力装置2可采用现有一切能够输出旋转动力的设备，其安装于机架上，相对于关节式腿部机构，减轻了腿部的质量及转动惯量，利于减小行走时腿部与地面接触的反力，降低能量损耗，提高了机器人在非结构地形条件下的高速、负载能力。本实施例中，所述摇杆11一端铰接于第一曲柄5和第二曲柄6之间的机架上，另一端铰接于连杆10中部。本实施例中，所述足部8可采用橡胶等缓冲材料制作，有利于较小行走时，足部8与地面之间的冲击作用，提高整个腿部机构的使用寿命和可靠性。优选实施方案中，所述第一曲柄5和第二曲柄6分别传动连接有通过同步带4进行传动的第一同步带轮3和第二同步带轮12，所述动力装置2为伺服电机；所述伺服电机的输出轴传动连接于所述第一同步带轮3；通过这种结构实现了每条腿部机构只使用一个驱动电机就能完成机器人抬腿迈步动作，简化了腿部机构驱动部分的控制；同时，由电机驱动两个曲柄连续转动，不必改变电机转动方向就可实现腿部连续运动，有效提高了运动效率，减小了高速下电机冲击。优选实施方案中，该腿部机构的各个杆件均设有减重孔；如图所示，本实施例中，小腿杆7、大腿杆9、连杆10和摇杆11上均设有减重孔，减重孔为矩形孔，矩形孔内一组对角之间设有加强肋，这种结构能够有效降低腿部机构各个杆件的重量以及摆动时的惯量，同时，减重孔的加强肋能够增强腿部机构各个杆件的强度，避免发生断裂。本专利技术还公开了一种仿生机器人，包括机身1和所述基于双曲柄复合连杆机构的腿部机构；所述腿部机构为两对，并对称设置与所述机身1的两侧，这种四足机器人承载能力强、稳定性好，能够实现高速行走，在抢险救灾、排雷、探险、娱乐及军事等许多方面有很好的应用前景。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本专利技术的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本专利技术进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本专利技术的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本专利技术的权利要求范围当中。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双曲柄复合连杆机构的腿部机构，其特征在于：包括机架、设置于所述机架的第一曲柄、第二曲柄、依次串联铰接于所述第一曲柄和第二曲柄之间以形成闭环结构的连杆、大腿杆和小腿杆；所述机架与连杆之间铰接有摇杆，所述小腿杆末端固定有足部，用于输出步幅进行行走。

【技术特征摘要】
1.一种基于双曲柄复合连杆机构的腿部机构，其特征在于：包括机架、设置于所述机架的第一曲柄、第二曲柄、依次串联铰接于所述第一曲柄和第二曲柄之间以形成闭环结构的连杆、大腿杆和小腿杆；所述机架与连杆之间铰接有摇杆，所述小腿杆末端固定有足部，用于输出步幅进行行走。2.根据权利要求1所述的基于双曲柄复合连杆机构的腿部机构，其特征在于：还包括动力装置，所述动力装置用于驱动所述第一曲柄和第二曲柄同步转动。3.根据权利要求1所述的基于双曲柄复合连杆机构的腿部机构，其特征在于：所述摇杆一端铰接于第一曲柄和第二曲柄之间的机架上，另一端铰接于连杆中部。4.根据权利要求1所述的基于双曲柄复合连杆机构的腿部机构，其特征在于：所述足部采用缓冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：柏龙，李兴宇，龙樟，陈晓红，湛京洋，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50