基于UPR-R结构的混联机器人腿部机构及步行机器人制造技术

本发明专利技术涉及步行机器人领域，目的是提供一种基于UPR‑R结构的混联机器人腿部机构及步行机器人，结构简化，灵活性好，动作幅度大，行走平稳且速度快，能有效保护设置的精密仪器。上述腿部机构包括静平台(1)以及与所述静平台(1)连接的大腿组件、与所述大腿组件通过动平台(2)连接的小腿组件，所述大腿组件包括至少三条UPR结构的支链，小腿(27)通过所述动平台(2)与所述大腿组件可转动连接；初始状态时，所述静平台(1)与所述大腿组件之间、所述大腿组件与所述小腿组件之间均呈锐角设置。本发明专利技术解决了现有混联机器人腿部机构结构构件繁多，腿部机构的灵活性较差，行走速度慢，容易引起机构震动的问题。

Leg Mechanism and Walking Robot of Hybrid Robot Based on UPR-R Structure

The invention relates to the field of walking robots. The purpose of the invention is to provide a leg mechanism of a hybrid robot and a walking robot based on UPR R structure. The structure is simplified, the flexibility is good, the action range is large, the walking is smooth and fast, and the precise instrument can be effectively protected. The leg mechanism comprises a stationary platform (1) and a thigh component connected with the stationary platform (1), a leg component connected with the thigh component via a moving platform (2), and the thigh component comprises at least three UPR branches, and the leg (27) can be rotatably connected through the moving platform (2) and the thigh component; in the initial state, the stationary platform (1) is rotatably connected with the thigh component, and the leg component is rotatable. The thigh assembly and the lower leg assembly are arranged at an acute angle. The invention solves the problems of numerous structural components of leg mechanism of existing hybrid robot, poor flexibility of leg mechanism, slow walking speed and easy vibration of mechanism.

【技术实现步骤摘要】
基于UPR-R结构的混联机器人腿部机构及步行机器人
本专利技术涉及步行机器人
，特别是涉及一种基于UPR-R结构的混联机器人腿部机构及步行机器人。
技术介绍
近年来，水下安全检查、渔业养殖、船舶清洗、海洋工程、科教等方面对水下机器人的需求不断增加，在技术革新与市场需求的双重推动下，水下机器人产业发展迅速。目前，水下机器人按行走方式来分主要有轮式机器人、履带式机器人、足式机器人和混合式机器人四种。与其他行走方式的机器人相比，足式机器人对工作环境的要求较低，适应性强，具有较大的使用价值。足式机器人可分为双足机器人、四足机器人、六足机器人和多足机器人，其中四足机器人的平稳性强于双足机器人，又避免了六足、多足机器人的结构复杂、控制复杂等问题。目前，足式机器人的腿部结构多采用串并混联结构，这种腿部结构兼具了串联结构和并联结构的优点，不仅速度很高，刚度较大，定位精度较高，而且工作范围广，工作空间大，工作末端灵活，易控制。现有的串并混联机器人腿部机构，如中国专利文献CN204296909U中公开了一种类人型机器人混联式机械腿，包括由上至下顺序平行设置的髋关节平台、膝关节平台、踝关节平台和支撑脚，以及连接髋关节平台和膝关节平台的大腿驱动支链，连接膝关节平台和踝关节平台的小腿驱动支链，连接踝关节平台和支撑脚的脚腕驱动支链，各驱动支链分别由万向节与关节平台连接；所述机械腿还设有支撑支链，支撑支链轴向设于关节平台的中心，包括大腿支撑支链、小腿支撑支链和脚腕支撑支链；所述大腿支撑支链与髋关节平台由万向结连接，与膝关节平台固结，所述小腿支撑支链与膝关节平台通过十字联轴器连接，与踝关节平台固结；所述脚腕支撑支链与踝关节平台由万向节连接，与支撑脚固结。上述混联机器人腿部机构具有以下缺陷：①其大腿部分、小腿部分和脚腕部分都是采用多个支链的并联结构，然后三个并联结构又依次串联在一起，可见这种串并混联腿部结构的结构非常复杂，使整体机构的质量很重，影响腿部机构的灵活性，而且由于小腿部分和脚腕部分也都是并联结构的，结构构件数目很多，行走时会产生不可避免的相互约束，此外，大腿支撑支链与膝关节平台固结，小腿支撑支链与踝关节平台固结，这些因素都会导致腿部机构的灵活性较差，行走动作幅度较小，行走速度慢，从而导致机器人的工作效率低下；②初始状态时，髋关节平台、膝关节平台和踝关节平台相互平行设置，大腿部分与小腿部分几乎呈一条直线，开始行走时，特别是在地形环境崎岖不平的情况下，髋关节平台和膝关节平台会受到较大的应力，进而引起整体结构的震动，而且髋关节平台上通常还要设置很多精密仪器，这种震动会影响仪器的测量精度，不利于机器人的正常作业。
技术实现思路
为此，本专利技术所要解决的技术问题在于现有技术的混联机器人腿部机构，结构构件繁多，导致腿部机构的灵活性较差，行走速度慢，而且容易引起机构震动，影响机器人的正常作业，而提供一种结构简化，灵活性好，动作幅度大，行走平稳且速度快，而且能有效保护设置的精密仪器，确保机器人正常工作的基于UPR-R结构的混联机器人腿部机构及步行机器人。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种基于UPR-R结构的混联机器人腿部机构，包括静平台以及与所述静平台连接的大腿组件、与所述大腿组件通过动平台连接的小腿组件，所述大腿组件包括至少三条UPR结构的支链，所述静平台上设置有分别驱动各条所述支链的至少三个驱动器，所述小腿组件包括小腿，所述小腿通过所述动平台与所述大腿组件可转动连接；初始状态时，所述静平台与所述大腿组件之间、所述大腿组件与所述小腿组件之间均呈锐角设置。优选地，所述大腿组件包括第一支链、第二支链和第三支链，所述第一支链、所述第二支链和所述第三支链的上端分别通过第一U副连接块、第二U副连接块和第三U副连接块与所述静平台连接，所述第一支链、所述第二支链和所述第三支链的下端分别通过第一转动副连接块、第二转动副连接块和第三转动副连接块与所述动平台连接，所述第一支链、所述第二支链和所述第三支链内部分别设置有可伸长/收缩的第一螺旋移动副、第二螺旋移动副和第三螺旋移动副。优选地，所述第一U副连接块、所述第二U副连接块和所述第三U副连接块在所述静平台上的连接点按等边三角形布置；所述第一转动副连接块、所述第二转动副连接块和所述第三转动副连接块在所述动平台上的连接点也按等边三角形布置。优选地，所述第一转动副连接块、所述第二转动副连接块和所述第三转动副连接块的转动连接孔轴线的夹角均为60°。优选地，所述小腿组件还包括连接件，所述连接件具有第一连接点、第二连接点和第三连接点，所述小腿与所述连接件的所述第一连接点铰接；所述大腿组件还包括第一导向支链和第二导向支链，所述第一导向支链和所述第二导向支链的上端分别通过第四U副连接块、第五U副连接块与所述静平台连接，所述第一导向支链的下端通过第四转动副连接块与所述动平台连接，且该连接点位于由所述第一转动副连接块、所述第二转动副连接块和所述第三转动副连接块与所述动平台的连接点形成的等边三角形的中心；所述第二导向支链的下端与所述小腿以及所述连接件的所述第一连接点铰接在一起，所述动平台的下部与所述小腿以及所述连接件的所述第二连接点铰接在一起。优选地，所述静平台水平设置，其上设置有分别驱动所述第一支链、所述第二支链和所述第三支链的第一电机、第二电机和第三电机，所述动平台上设置有第四电机，所述第四电机的输出轴与所述连接件的所述第三连接点固定连接。优选地，所述动平台在设置各个所述支链的部位旁边具有豁口，所述第二导向支链的下端穿过所述动平台的所述豁口，与所述小腿以及所述连接件的所述第一连接点铰接在一起；在所述动平台的所述豁口的端部设置所述第四电机。优选地，所述小腿的足端为球状结构。一种步行机器人，包括机身，所述机身安装有四个上述的基于UPR-R结构的混联机器人腿部机构，四个所述混联机器人腿部机构前后、左右对称设置，形成四足步行机器人。优选地，所述机身具有四个内部中空的腔体，所述腔体的下部与静平台通过螺纹密封连接。本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：(1)本专利技术提供的基于UPR-R结构的混联机器人腿部机构，其中小腿为一个结构简单的单独构件，小腿通过动平台与大腿组件可转动连接，通过对整体腿部机构的合理设计，大大简化了小腿及脚踝部分的结构，不仅使腿部机构的质量大大减轻，而且灵活性大幅提高，在行走过程中动作幅度大，行走平稳且速度快，提高机器人工作效率；另外，初始状态静平台与大腿组件之间、大腿组件与小腿组件之间均呈锐角设置，这种类似于“之”字形结构在机器人开始行走时，能够有效减缓机器人腿部与地面接触所产生的冲击，即使处于地形崎岖不平的恶劣环境中，也能充分缓解接触冲击力，减小静平台和动平台受到的应力，减轻整体机构的震动，使机器人能非常平稳地从静止状态(初始状态)过渡到行走状态，能够有效保护机器人上设置的各种仪器，特别是当机器人加载价格昂贵的精密仪器时，这种平稳过渡过程显得尤为重要。(2)本专利技术提供的基于UPR-R结构的混联机器人腿部机构，其中大腿组件包括至少三条UPR结构的支链，形成并联结构，而大腿组件与小腿组件通过R结构串联，从而构成了串并混联的腿部机构，而且小腿由单独的电机进行控制，实现小腿的抬腿动作，使得小本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于UPR‑R结构的混联机器人腿部机构，包括静平台(1)以及与所述静平台(1)连接的大腿组件、与所述大腿组件通过动平台(2)连接的小腿组件，其特征在于：所述大腿组件包括至少三条UPR结构的支链，所述静平台(1)上设置有分别驱动各条所述支链的至少三个驱动器，所述小腿组件包括小腿(27)，所述小腿(27)通过所述动平台(2)与所述大腿组件可转动连接；初始状态时，所述静平台(1)与所述大腿组件之间、所述大腿组件与所述小腿组件之间均呈锐角设置。

【技术特征摘要】
1.一种基于UPR-R结构的混联机器人腿部机构，包括静平台(1)以及与所述静平台(1)连接的大腿组件、与所述大腿组件通过动平台(2)连接的小腿组件，其特征在于：所述大腿组件包括至少三条UPR结构的支链，所述静平台(1)上设置有分别驱动各条所述支链的至少三个驱动器，所述小腿组件包括小腿(27)，所述小腿(27)通过所述动平台(2)与所述大腿组件可转动连接；初始状态时，所述静平台(1)与所述大腿组件之间、所述大腿组件与所述小腿组件之间均呈锐角设置。2.根据权利要求1所述的基于UPR-R结构的混联机器人腿部机构，其特征在于：所述大腿组件包括第一支链(3)、第二支链(4)和第三支链(5)，所述第一支链(3)、所述第二支链(4)和所述第三支链(5)的上端分别通过第一U副连接块(6)、第二U副连接块(7)和第三U副连接块(8)与所述静平台(1)连接，所述第一支链(3)、所述第二支链(4)和所述第三支链(5)的下端分别通过第一转动副连接块(9)、第二转动副连接块(10)和第三转动副连接块(11)与所述动平台(2)连接，所述第一支链(3)、所述第二支链(4)和所述第三支链(5)内部分别设置有可伸长/收缩的第一螺旋移动副(12)、第二螺旋移动副(13)和第三螺旋移动副(14)。3.根据权利要求2所述的基于UPR-R结构的混联机器人腿部机构，其特征在于：所述第一U副连接块(6)、所述第二U副连接块(7)和所述第三U副连接块(8)在所述静平台(1)上的连接点按等边三角形布置；所述第一转动副连接块(9)、所述第二转动副连接块(10)和所述第三转动副连接块(11)在所述动平台(2)上的连接点也按等边三角形布置。4.根据权利要求3所述的基于UPR-R结构的混联机器人腿部机构，其特征在于：所述第一转动副连接块(9)、所述第二转动副连接块(10)和所述第三转动副连接块(11)的转动连接孔轴线的夹角均为60°。5.根据权利要求4所述的基于UPR-R结构的混联机器人腿部机构，其特征在于：所述小腿组件还包括连接件(24)，所述连接件(24)具有第一连接点(A)、第二连接点(B)和第三连接点(C)，所述小腿(27)与所述连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：马广英，刘润晨，陈原，王光明，高军，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37