一种适于斜坡路面的爬行机器人腿部装置及控制制造方法及图纸

一种适于斜坡路面的爬行机器人腿部装置及控制属于机器人技术领域；解决了现有技术中爬行机器人在斜坡路面平衡能力差的问题；包括髋关节、膝关节、腿部机构、足部装置以及控制系统；所述腿部机构采用双列角接触球轴承，增加了一个转动自由度，提供了充足的平衡运动裕度；所述足部装置采用三维力传感器，可根据腿部末端的受力情况调节腿部位置，使得机身与斜坡平行，保持重心稳定；所述控制系统针对爬行机器人在斜坡行进时腿部各关节存在耦合以及受到摩擦力、温度变化综合扰动的影响，采用基于力反馈的抗干扰解耦控制，将腿部末端的受力大小作为抗干扰解耦控制输入端的参考信息，提高了腿部的控制精度、运动平衡性以及爬行机器人在斜坡的行进效率。

A Kind of Leg Device and Control of Crawling Robot Suitable for Slope Pavement

【技术实现步骤摘要】
一种适于斜坡路面的爬行机器人腿部装置及控制
本专利技术属于机器人
，尤其涉及一种适于斜坡路面的爬行机器人腿部装置及控制。
技术介绍
我国地理环境大多为山地、丘陵复杂路面，爬行机器人代替人类进行救援、勘探工作时，经常在斜坡路面上行走，在现有技术中，爬行机器人在斜坡路面行进时存在平衡能力差的问题，这与爬行机器人的机构设计以及运动协调性控制方面有关。爬行机器人在斜坡路面行进时，由于地面的冲击，机身会随着凹凸斜坡地形有所起伏，机身不平衡、步进电机能量损耗大，爬行机器人不能有效率地通过斜坡，而腿部机构的设计很多为单纯的仿生，如模拟壁虎、蜘蛛、鳄鱼等腿部机构，缺乏有效的减震机构以及腿部平衡运动裕度不充足。对于控制系统，爬行机器人在斜坡路面行进时，腿部某一个关节的输入会受到其他关节输出的影响，同时，这个关节的输出也会受到其他关节输入的影响，各关节之间存在的耦合现象对腿部的运动协调性产生了影响，降低了爬行机器人的平衡能力，解耦控制虽能获得满意的控制效果，但在受到摩擦力、温度变化综合扰动的影响时，腿部的实际运动轨迹偏离期望轨迹，不能有效地通过斜坡。
技术实现思路
本专利技术克服了上述现有技术上的不足本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适于斜坡路面的爬行机器人腿部装置，其特征在于，包括(1)髋关节、(2)膝关节、(3)腿部机构、(4)足部装置以及(5)控制系统；初始状态下，所述(1)髋关节与(2)膝关节水平方向连接，(2)膝关节与(3)腿部机构成90度连接，(3)腿部机构与(4)足部装置竖直方向连接，(5)控制系统放置在(1)髋关节上；所述(1)髋关节包括(1‑1)U型支撑架、(1‑2)第一步进电机、(1‑3)第一金属盘、(1‑4)髋关节支撑架；所述(1‑2)第一步进电机与(1‑4)髋关节支撑架固定连接，与(1‑1)U型支撑架通过(1‑3)第一金属盘转动连接，所述(1‑3)第一金属盘与(1‑1)U型支撑架固定连接，所...

【技术特征摘要】
1.一种适于斜坡路面的爬行机器人腿部装置，其特征在于，包括(1)髋关节、(2)膝关节、(3)腿部机构、(4)足部装置以及(5)控制系统；初始状态下，所述(1)髋关节与(2)膝关节水平方向连接，(2)膝关节与(3)腿部机构成90度连接，(3)腿部机构与(4)足部装置竖直方向连接，(5)控制系统放置在(1)髋关节上；所述(1)髋关节包括(1-1)U型支撑架、(1-2)第一步进电机、(1-3)第一金属盘、(1-4)髋关节支撑架；所述(1-2)第一步进电机与(1-4)髋关节支撑架固定连接，与(1-1)U型支撑架通过(1-3)第一金属盘转动连接，所述(1-3)第一金属盘与(1-1)U型支撑架固定连接，所述(1-4)髋关节支撑架与(1-1)U型支撑架转动连接；所述(2)膝关节包括(2-1)第二步进电机、(2-2)第二金属盘、(2-3)膝关节第一传动板、(2-4)膝关节第二传动板、(2-5)膝关节第一连接板、(2-6)膝关节第二连接板；所述(2-1)第二步进电机与(1-4)髋关节支撑架固定连接，与(2-3)膝关节第一传动板通过(2-2)第二金属盘转动连接，所述(2-2)第二金属盘(2-3)与膝关节第一传动板固定连接，所述(2-3)膝关节第一传动板与(2-4)膝关节第二传动板转动连接，所述(2-4)膝关节第二传动板与(2-5)膝关节第一连接板转动连接，所述(2-5)膝关节第一连接板与(2-6)膝关节第二连接板转动连接，并通过(1-4)髋关节支撑架的限位槽进行限位，所述(2-6)膝关节第二连接板与(1-4)髋关节支撑架转动连接；所述(3)腿部机构包括(3-1)减震机构以及(3-2)转动机构；所述(3-1)减震机构分别与(2-5)膝关节第一连接板、(2-6)膝关节第二连接板固定连接，与(3-2)转动机构转动连接；所述(4)足部装置包括(4-1)三维力传感器以及(4-2)足部结构；所述(4-1)三维力传感器分别与(3-2)转动机构、(4-2)足部结构固定连接；所述(5)控制系统包括主控芯片、第一步进电机驱动芯片、第二步进电机驱动芯片、三维力传感器芯片；所述(5)控制系统放置在(1-4)髋关节支撑架上，所述主控芯片分别于第一步进电机驱动芯片、第二步进电机驱动芯片、三维力传感器芯片控制连接。2.根据权利要求1所述一种适于斜坡路面的爬行机器人腿部装置，其特征在于，所述(3)腿部机构包括(3-1)减震机构以及(3-2)转动机构，所述(4)足部装置包括(4-1)三维力传感器以及(4-2)足部结构；所述(3-1)减震机构包括(3-1A)腿部连接板、(3-1B)轴筒、(3-1C)中心轴、(3-1D)两个圆螺母、(3-1E)弹簧预紧块、(3-1F)弹簧；所述(3-1A)腿部连接板分别与(2-5)膝关节第一连接板、(2-6)膝关节第二连接板以及(3-1B)轴筒固定连接，所述(3-1B)轴筒与(3-1C)中心轴同轴配合，上方由(3-1D)两个圆螺母限位，所述(3-1C)中心轴采用中空结构，所述(3-1E)弹簧预紧块与(3-1C)中心轴同轴配合，(3-1E)弹簧预紧块与(3-1B)轴筒之间配合(3-1F)弹簧；所述(3-2)转动机构包括(3-2A)双列角接触球轴承、(3-2B)轴承底座、(3-2C)上端盖、(3-2D)下端盖；所述(3-2A)双列角接触球轴承安装在(3-2B)轴承底座上，内圈与(3-1C)中心轴同轴配合，并由(3-1C)中心轴进行上方限位，下方由(3-2D)下端盖限位，所述(3-2A)双列角接触球轴承外圈下方由(3-2B)轴承底座限位，外圈上方由(3-2C)上端盖限位，所述(3-2B)轴承底座与(4-1)三维力传感器固定连接；所述(4-2)足部结构包括(4-2A)足部底座、(4-2B)前足底、(4-2C)后足底、(4-2D)前足橡胶垫、(4-2E)后足橡胶垫；所述(4-2)足部底座分别与(4-1)三维力传感器以及(4-2B)前足底、(4-2C)后足底固定连接，所述(4-2B)前足底、(4-2C)后足底分别与(4-2D)前足橡胶垫、(4-2E)后足橡胶垫固定连接；所述主控芯片与步进电机驱动芯片采用共阳极接法，主控芯片的PA0、PA1引脚分别与第一步进电机驱动芯片的DIR-、PUL-引脚连接，用于第一步进电机驱动芯片脉冲信号和方向信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏，宋春宵，翟士朋，刘孟琦，陈巨辉，张元，张鹏，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23