基于刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元及其智能机器人平台制造技术

本发明专利技术提供一种基于刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元，包括立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元和卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元，立式和卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元，均包括移动装置、移动驱动、转向架、升降架、弹簧装置和主动差动轮组等，再结合车架、驱动器组、电池组和控制箱，能构成多自由度并联机构平台；本发明专利技术提供的基于刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元的智能机器人平台，具有刚性调姿、弹性悬挂、刚柔耦合调姿功能，还可以自动适应地面不平的工况，不仅解决了现有调姿平台高度过高、运动误差大的问题，还具有对测量运载物测重和质心定位功能，有效拓展了移动调姿平台的使用范围。

A multi DOF walking adjustable leg unit based on rigid flexible coupling and its intelligent robot platform

【技术实现步骤摘要】
基于刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元及其智能机器人平台
本专利技术涉及通用装备对接和装配辅助设备
，具体涉及一种基于刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元及其立式全域多自由度移动调姿智能机器人平台，还涉及一种卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元及其卧式全域多自由度移动调姿智能机器人平台。
技术介绍
在轮船、飞机、电力等装备制造领域，其产品一般由多个零部件组装而成，且由于这些零部件体积和质量较大，人工无法直接操作，因此需要借助移动调姿平台进行辅助调姿和装配。目前移动调姿平台有轮式搬运车和麦克那姆轮搬运车，由于这两种搬运车一般只具有平面移动和绕运载物平台法线转动等三个自由度，无法实现零部件空间六自由度的调整，导致零部件在对接过程中常常会发生无法对接的情况。为解决这一问题，本领域技术人员将搬运车与并联机构结合，例如中国专利CN109231065A公开的一种基于全向移动模块的六自由度调姿系统，其将多自由度并联调姿机构安装在搬运车上，实现搬运车的空间六自由度调姿。由搬运车和并联机构组成的调姿系统本质上仍属于两套独立的系统，搬运车和并联机构在工作过程中所产生的运动误差相互累加，进而降低了移动调姿平台末端的运动精度，不利于零部件的高精度对接和装配；并且并联机构安装在车体上，整个调姿车体高度大大增加，降低了车体的通过性，无法完成一些低矮空间的设备装配和对接。运动和调姿集成与灵活及智能性较低。另外，这种组合调姿系统在调姿时无法实现对运载物质量、质心的测位，因此对于需要质心测位的工况下，此调姿系统是无法满足要求的。专利
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元及全域多自由度移动调姿智能机器人平台；一种刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元分为立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元和卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元两种。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案为：一种基于刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元，其包括第二移动装置、第一升降架、第一移动驱动、第一移动机构、第一转向驱动、第一转向架、第一弹簧装置和第一主动差动轮组：两组第二移动装置通过第二滑块对称设置在第一升降架的两侧，所述第一移动驱动通过第一电机安装架固定于第一转向架的中部，所述第一移动机构的第一滑块和第一丝母成组安装于第一升降架的内侧，两组第一移动机构分别固连于第一转向架的两侧，且设有高度差；四组第一弹簧装置通过弹簧固定架对称固连于第一转向架的外侧底部四角，所述第一弹簧装置的弹簧压紧块对称固连于第一升降架的内部四角；所述第一转向驱动通过第一转向电机安装架固连于第一转向架内侧，所述第一转向驱动的转向从动同步轮固连于第一主动差动轮组的竖直轴顶端，所述第一主动差动轮组通过竖直轴转动安装于第一转向架底部中心；所述第二移动装置包括第一车体转接件、第二导轨、第二滑块、第二丝杠支撑座、第二丝杠、第二丝母、第二丝杠固定座、第二伺服电机和第二减速器，所述第二导轨分别固连于第一车体转接件两侧，所述第二滑块与第二导轨组成滑动副Pz2，所述第二丝杠的两端分别通过第二丝杠固定座和第二丝杠支撑座进行支撑，且轴线平行于第二导轨，所述第二丝母与第二丝杠组成螺旋副，所述第二伺服电机通过第二减速器与第二丝杠相连；所述第一移动驱动包括第一伺服电机、蜗轮蜗杆减速器、第一离合器、第一减速器、第一同步轴、第一高位主动同步轮、第一低位主动同步轮、第一电机安装架和第一同步带，所述第一伺服电机通过蜗轮蜗杆减速器与第一离合器的左端相连，所述第一离合器的右端与第一减速器固连，所述第一减速器通过第一电机安装架固连于第一转向架上，所述第一同步轴转动安装于第一电机安装架上，所述第一高位主动同步轮和第一低位主动同步轮分别与第一同步轴相连，所述第一减速器的输出轴与第一同步轴进行键连接；所述第一移动机构包括第一从动同步轮、第一丝杠固定座、第一丝杠、第一丝母、第一丝杠支撑座、第一导轨和第一滑块，所述第一导轨固连于第一转向架上，所述第一滑块与第一导轨形成移动副Pz1，所述第一丝杠的两端分别通过第一丝杠固定座和第一丝杠支撑座进行支撑，且轴线与第一导轨平行，所述第一丝母与第一丝杠组成螺旋副，所述第一从动同步轮固连于第一丝杠的输入端，所述第一从动同步轮通过第一同步带与第一高位主动同步轮、第一低位主动同步轮进行同步啮合连接；所述第一转向驱动包括第一转向电机、第一转向减速器、第一转向电机安装架、转向主动同步轮、转向同步带和转向从动同步轮，所述第一转向电机安装架固连于第一转向架内侧，所述第一转向电机通过第一转向减速器与转向主动同步轮相连，所述转向主动同步轮与转向从动同步轮之间通过转向同步带连接，所述转向从动同步轮与竖直轴固连，竖直轴与第一转向架相连并构成转动副Rz；所述第一主动差动轮组包括轮转电机安装架、竖直轴、十字轴、左车轮、右车轮、轮转从动同步轮、轮转同步带、轮转主动同步轮、轮转减速器、轮转电机和转角编码器，所述十字轴的横轴与竖直轴底部进行转动连接，形成转动副Rx，所述竖直轴的侧面设有转角编码器，所述左车轮和右车轮分别与十字轴纵轴的左端和右端相连，并形成转动副Ry1和转动副Ry2，两车轮与地面接触形成轮转副Rp，所述轮转电机固连于轮转减速器上，所述轮转减速器通过轮转电机安装架固连于十字轴上方，所述轮转主动同步轮固连于轮转减速器的输出轴上，所述轮转从动同步轮分别固连于左车轮和右车轮外侧，所述轮转主动同步轮和轮转从动同步轮之间通过轮转同步带连接；所述第一弹簧装置包括弹簧固定架、弹簧、弹簧滑筒、磁尺、磁头、弹簧压紧块和弹簧导柱，所述弹簧导柱与弹簧固定架固连，所述弹簧和弹簧滑筒滑动安装于弹簧导柱上，且弹簧安装于弹簧固定架和弹簧滑筒之间，所述弹簧固定架设置有上限位块，所述磁头固连于弹簧滑筒上，所述磁尺固连于弹簧固定架一侧，其方向与磁头移动方向一致。优选地，移动副Pz2的轴线与移动副Pz1的轴线、转动副Rz的轴线以及第一弹簧装置的轴线均平行，转动副Rx的轴线与转动副Rz的轴线、转动副Ry1的轴线以及转动副Ry2的轴线均垂直，转动副Ry1和转动副Ry2的轴线重合，移动副Pz1与第一弹簧装置构成并联，移动副Pz2与第一弹簧装置构成串联。优选地，所述第一丝杠为无自锁功能的滚珠丝杠，所述第二丝杠为具有自锁功能的滑动丝杠。一种立式全域多自由度移动调姿智能机器人平台，包括车架、驱动器组、电池组和控制箱，所述立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元对称分布于车架的边缘，并通过第一车体转接件进行连接，从而构成多腿调姿的并联机构平台，并联机构平台能包含三条、四条、六条、八条立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元；各立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元中转动副Rz的轴线彼此平行、并垂直于车架平面，所述驱动器组、电池组和控制箱固定于车架的内部。一种卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元，包括转向装置、第四移动装置、第三移动驱动、第三移动机构、第二转向架、第二主动差动轮组、第二升降架和第二弹簧装置，两组第四移动装置均通过转盘转接件与所述转向装置中的大齿轮转盘轴承相连，所述第三移动驱动通过第三电机安装架固连于第二转向架的中部；所述第三移动机构中的第三导轨与第二转向架相连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元，其包括第二移动装置、第一升降架、第一移动驱动、第一移动机构、第一转向驱动、第一转向架、第一弹簧装置和第一主动差动轮组，其特征在于，/n两组第二移动装置通过第二滑块对称设置在第一升降架的两侧，所述第一移动驱动通过第一电机安装架固定于第一转向架的中部，所述第一移动机构的第一滑块和第一丝母成组安装于第一升降架的内侧，两组第一移动机构分别固连于第一转向架的两侧，且设有高度差；四组第一弹簧装置通过弹簧固定架对称固连于第一转向架的外侧底部四角，所述第一弹簧装置的弹簧压紧块对称固连于第一升降架的内部四角；所述第一转向驱动通过第一转向电机安装架固连于第一转向架内侧，所述第一转向驱动的转向从动同步轮固连于第一主动差动轮组的竖直轴顶端，所述第一主动差动轮组通过竖直轴转动安装于第一转向架底部中心；/n所述第二移动装置包括第一车体转接件、第二导轨、第二滑块、第二丝杠支撑座、第二丝杠、第二丝母、第二丝杠固定座、第二伺服电机和第二减速器，所述第二导轨分别固连于第一车体转接件两侧，所述第二滑块与第二导轨组成滑动副Pz2，所述第二丝杠的两端分别通过第二丝杠固定座和第二丝杠支撑座进行支撑，且轴线平行于第二导轨，所述第二丝母与第二丝杠组成螺旋副，所述第二伺服电机通过第二减速器与第二丝杠相连；/n所述第一移动驱动包括第一伺服电机、蜗轮蜗杆减速器、第一离合器、第一减速器、第一同步轴、第一高位主动同步轮、第一低位主动同步轮、第一电机安装架和第一同步带，所述第一伺服电机通过蜗轮蜗杆减速器与第一离合器的左端相连，所述第一离合器的右端与第一减速器固连，所述第一减速器通过第一电机安装架固连于第一转向架上，所述第一同步轴转动安装于第一电机安装架上，所述第一高位主动同步轮和第一低位主动同步轮分别与第一同步轴相连，所述第一减速器的输出轴与第一同步轴进行键连接；/n所述第一移动机构包括第一从动同步轮、第一丝杠固定座、第一丝杠、第一丝母、第一丝杠支撑座、第一导轨和第一滑块，所述第一导轨固连于第一转向架上，所述第一滑块与第一导轨形成移动副Pz1，所述第一丝杠的两端分别通过第一丝杠固定座和第一丝杠支撑座进行支撑，且轴线与第一导轨平行，所述第一丝母与第一丝杠组成螺旋副，所述第一从动同步轮固连于第一丝杠的输入端，所述第一从动同步轮通过第一同步带与第一高位主动同步轮、第一低位主动同步轮进行同步啮合连接；/n所述第一转向驱动包括第一转向电机、第一转向减速器、第一转向电机安装架、转向主动同步轮、转向同步带和转向从动同步轮，所述第一转向电机安装架固连于第一转向架内侧，所述第一转向电机通过第一转向减速器与转向主动同步轮相连，所述转向主动同步轮与转向从动同步轮之间通过转向同步带连接，所述转向从动同步轮与竖直轴固连，竖直轴与第一转向架相连并构成转动副Rz；/n所述第一主动差动轮组包括轮转电机安装架、竖直轴、十字轴、左车轮、右车轮、轮转从动同步轮、轮转同步带、轮转主动同步轮、轮转减速器、轮转电机和转角编码器，所述十字轴的横轴与竖直轴底部进行转动连接，形成转动副Rx，所述竖直轴的侧面设有转角编码器，所述左车轮和右车轮分别与十字轴纵轴的左端和右端相连，并形成转动副Ry1和转动副Ry2，两车轮与地面接触形成轮转副Rp，所述轮转电机固连于轮转减速器上，所述轮转减速器通过轮转电机安装架固连于十字轴上方，所述轮转主动同步轮固连于轮转减速器的输出轴上，所述轮转从动同步轮分别固连于左车轮和右车轮外侧，所述轮转主动同步轮和轮转从动同步轮之间通过轮转同步带连接；以及/n所述第一弹簧装置包括弹簧固定架、弹簧、弹簧滑筒、磁尺、磁头、弹簧压紧块和弹簧导柱，所述弹簧导柱与弹簧固定架固连，所述弹簧和弹簧滑筒滑动安装于弹簧导柱上，且弹簧安装于弹簧固定架和弹簧滑筒之间，所述弹簧固定架设置有上限位块，所述磁头固连于弹簧滑筒上，所述磁尺固连于弹簧固定架一侧，其方向与磁头移动方向一致。/n...

【技术特征摘要】
1.一种立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元，其包括第二移动装置、第一升降架、第一移动驱动、第一移动机构、第一转向驱动、第一转向架、第一弹簧装置和第一主动差动轮组，其特征在于，
两组第二移动装置通过第二滑块对称设置在第一升降架的两侧，所述第一移动驱动通过第一电机安装架固定于第一转向架的中部，所述第一移动机构的第一滑块和第一丝母成组安装于第一升降架的内侧，两组第一移动机构分别固连于第一转向架的两侧，且设有高度差；四组第一弹簧装置通过弹簧固定架对称固连于第一转向架的外侧底部四角，所述第一弹簧装置的弹簧压紧块对称固连于第一升降架的内部四角；所述第一转向驱动通过第一转向电机安装架固连于第一转向架内侧，所述第一转向驱动的转向从动同步轮固连于第一主动差动轮组的竖直轴顶端，所述第一主动差动轮组通过竖直轴转动安装于第一转向架底部中心；
所述第二移动装置包括第一车体转接件、第二导轨、第二滑块、第二丝杠支撑座、第二丝杠、第二丝母、第二丝杠固定座、第二伺服电机和第二减速器，所述第二导轨分别固连于第一车体转接件两侧，所述第二滑块与第二导轨组成滑动副Pz2，所述第二丝杠的两端分别通过第二丝杠固定座和第二丝杠支撑座进行支撑，且轴线平行于第二导轨，所述第二丝母与第二丝杠组成螺旋副，所述第二伺服电机通过第二减速器与第二丝杠相连；
所述第一移动驱动包括第一伺服电机、蜗轮蜗杆减速器、第一离合器、第一减速器、第一同步轴、第一高位主动同步轮、第一低位主动同步轮、第一电机安装架和第一同步带，所述第一伺服电机通过蜗轮蜗杆减速器与第一离合器的左端相连，所述第一离合器的右端与第一减速器固连，所述第一减速器通过第一电机安装架固连于第一转向架上，所述第一同步轴转动安装于第一电机安装架上，所述第一高位主动同步轮和第一低位主动同步轮分别与第一同步轴相连，所述第一减速器的输出轴与第一同步轴进行键连接；
所述第一移动机构包括第一从动同步轮、第一丝杠固定座、第一丝杠、第一丝母、第一丝杠支撑座、第一导轨和第一滑块，所述第一导轨固连于第一转向架上，所述第一滑块与第一导轨形成移动副Pz1，所述第一丝杠的两端分别通过第一丝杠固定座和第一丝杠支撑座进行支撑，且轴线与第一导轨平行，所述第一丝母与第一丝杠组成螺旋副，所述第一从动同步轮固连于第一丝杠的输入端，所述第一从动同步轮通过第一同步带与第一高位主动同步轮、第一低位主动同步轮进行同步啮合连接；
所述第一转向驱动包括第一转向电机、第一转向减速器、第一转向电机安装架、转向主动同步轮、转向同步带和转向从动同步轮，所述第一转向电机安装架固连于第一转向架内侧，所述第一转向电机通过第一转向减速器与转向主动同步轮相连，所述转向主动同步轮与转向从动同步轮之间通过转向同步带连接，所述转向从动同步轮与竖直轴固连，竖直轴与第一转向架相连并构成转动副Rz；
所述第一主动差动轮组包括轮转电机安装架、竖直轴、十字轴、左车轮、右车轮、轮转从动同步轮、轮转同步带、轮转主动同步轮、轮转减速器、轮转电机和转角编码器，所述十字轴的横轴与竖直轴底部进行转动连接，形成转动副Rx，所述竖直轴的侧面设有转角编码器，所述左车轮和右车轮分别与十字轴纵轴的左端和右端相连，并形成转动副Ry1和转动副Ry2，两车轮与地面接触形成轮转副Rp，所述轮转电机固连于轮转减速器上，所述轮转减速器通过轮转电机安装架固连于十字轴上方，所述轮转主动同步轮固连于轮转减速器的输出轴上，所述轮转从动同步轮分别固连于左车轮和右车轮外侧，所述轮转主动同步轮和轮转从动同步轮之间通过轮转同步带连接；以及
所述第一弹簧装置包括弹簧固定架、弹簧、弹簧滑筒、磁尺、磁头、弹簧压紧块和弹簧导柱，所述弹簧导柱与弹簧固定架固连，所述弹簧和弹簧滑筒滑动安装于弹簧导柱上，且弹簧安装于弹簧固定架和弹簧滑筒之间，所述弹簧固定架设置有上限位块，所述磁头固连于弹簧滑筒上，所述磁尺固连于弹簧固定架一侧，其方向与磁头移动方向一致。


2.根据权利要求1所述的立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元，其特征在于，移动副Pz2的轴线与移动副Pz1的轴线、转动副Rz的轴线以及第一弹簧装置的轴线均平行，转动副Rx的轴线与转动副Rz的轴线、转动副Ry1的轴线以及转动副Ry2的轴线均垂直，转动副Ry1和转动副Ry2的轴线重合，移动副Pz1与第一弹簧装置构成并联，移动副Pz2与第一弹簧装置构成串联。


3.根据权利要求1所述的立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元，其特征在于，所述第一丝杠为无自锁功能的滚珠丝杠，所述第二丝杠为具有自锁功能的滑动丝杠。


4.一种包括权利要求1至3任一项所述的立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元的立式全域多自由度移动调姿智能机器人平台，其包括车架、驱动器组、电池组和控制箱，其特征在于，所述立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元对称分布于车架的边缘，并通过第一车体转接件进行连接；各立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元中转动副Rz的轴线彼此平行、并垂直于车架平面，所述驱动器组、电池组和控制箱固定于车架的内部。


5.根据权利要求4所述的立式全域多自由度移动调姿智能机器人平台，其特征在于，所述车架与多条立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元构成并联机构平台，并联机构平台能...

【专利技术属性】
技术研发人员：周玉林，赵丽辉，邱雪松，丰宗强，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13