四自由度轮足一体化机器人腿及机器人制造技术

本发明专利技术提供了一种四自由度轮足一体化机器人腿，包括上平台、驱动支链、转向驱动机构、移动下平台和轮驱动机构；所述驱动支链有多个，均匀布置在所述上平台和所述移动下平台之间；所述转向驱动机构的上端穿过所述上平台并与其固定，所述转向驱动机构的下端穿过所述移动下平台并通过弯曲轴与所述轮驱动机构连接，多个所述驱动支链以及所述转向驱动机构之间为并联关系。本发明专利技术机器人腿,结构简单、控制容易，运动精度高，具有高速响应能力以及优秀的承载能力，可以同时实现步行行进和轮式行进，兼有二者的优秀越障能力和快速的行进速度，适用于星球探测中各种复杂非结构地形以及松软地面条件下的高速，高负载运输作业。

【技术实现步骤摘要】
四自由度轮足一体化机器人腿及机器人
本专利技术涉及机器人
，具体地，涉及一种四自由度轮足一体化机器人腿及机器人。
技术介绍
轮足一体化机器人是一种用车轮代替机器人脚部的机器人，该类型机器人兼有步行机器人和轮式移动平台的优点，能够在复杂地形中稳定的行走或在平坦的路面快速移动，可以代替人类在危险的环境中工作，比如：勘测复杂的地形地貌、灾后运送伤员、战场上运送装备和货物等。与腿式机器人相比，轮足一体化机器人在平坦的路面上可以通过驱动轮实现轮式行进，极大地提高了机器人的行走速度并且降低了对机器人的控制难度；同时，轮足一体化机器人保留了步行机器人优秀的越障能力，可以更好地适应非构造性地面以及松软地面的工作环境。因此，应用轮足一体化机器人腿对提高步行机器人的运动效率和对地面的适应性有着重要的意义，成为机器人研究领域的新热点。另外，并联式腿部的应用可以提高机器人的结构强度以及承载能力，同时直线驱动器结构简单、布置容易，使用直线驱动器可以使得机器人腿部结构更加紧凑，有效地减少机器人腿部质量。经过对现有技术的检索，申请号为CN200810057401.5的专利技术专利公开了一种足轮两用机器人腿。该机器人腿中第一离合器与第一轴、第二轴连接,第一轴承内圈与第一轴连接、外圈与第一大轮毂连接,第二轴承、第三轴承内圈与第二轴连接、外圈与长连杆连接,同时离合器第一从动片与轮毂连接、第二从动片与长连杆连接。第二离合器与第三轴、第四轴连接,第六轴承内圈与第三轴连接、外圈与第二大轮毂连接,第七轴承内圈与第四轴连接、外圈与短连杆连接,同时离合器第一从动片与轮毂连接、第二从动片与短连杆连接。该但是专利所描述的机器人腿的自由度过少，因此在步行行进的过程中只能实现十分简单的步态，对于末端轨迹的规划也只能实现比较简单的轨迹，行进时的稳定性和灵活性难以保证。同时，由于该专利中所描述的机器人腿部结构过于紧凑并且实质上是串联机构，因此在越障能力上也存在改进的空间，承载能力也容易遇到瓶颈。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种四自由度轮足一体化机器人腿及机器人。本专利技术的目的是通过以下方案实现的：本专利技术的第一方面提供一种四自由度轮足一体化机器人腿，包括上平台、驱动支链、转向驱动机构、移动下平台和轮驱动机构；所述驱动支链有多个，均匀布置在所述上平台和所述移动下平台之间；所述转向驱动机构的上端穿过所述上平台并与其固定，所述转向驱动机构的下端穿过所述移动下平台并通过弯曲轴与所述轮驱动机构连接，多个所述驱动支链以及所述转向驱动机构之间为并联关系。进一步地，所述转向驱动机构包括转向驱动电机和传动支链，该传动支链为R-UPU-R结构，支链中并没有驱动关节，不影响移动下平台的三自由度移动，所述转向驱动机构包括依次连接的转向驱动电机、第一转动关节、第一上虎克铰、第一移动关节、第一下虎克铰和第二转动关节，所述转向驱动电机与所述第一转动关节连接，所述第一转动关节与所述上平台固定，所述第一上虎克铰串联在所述第一转动关节之后，所述第一移动关节与所述第一下虎克铰连接，所述第二转动关节串联在所述第一下虎克铰之后并与所述移动下平台固定。转向驱动电机布置在上平台上，以减轻末端的质量，减少机器人腿所需要驱动的惯量。进一步地，所述驱动支链有三个，驱动支链的轴线相互成120°，所述转向驱动机构位于三个所述驱动支链中间。进一步地，所述上平台为三角形，三个所述驱动支链固定在所述上平台的三个角上。进一步地，所述驱动支链包括依次连接的第二上虎克铰、第二移动关节和第二下虎克铰；所述第二上虎克铰与所述上平台固定，所述第二下虎克铰与所述移动下平台固定。三个驱动支链均为UPU型支链，第二移动关节即UPU三个关节中的P关节。进一步地，所述第二移动关节中设有直线驱动器。进一步地，所述轮驱动机构包括轮驱动电机和轮，所述轮驱动电机位于所述轮内并通过弯曲轴与所述轮驱动机构连接。轮驱动电机布置在该机器人腿的末端，来驱动位于末端的轮进而实现轮式前进。本专利技术的第二方面提供一种机器人，包括机架和多个上述所述的四自由度轮足一体化机器人腿，多个所述四自由度轮足一体化机器人腿对称设置在所述机架上。进一步地，所述四自由度轮足一体化机器人腿的数量为四个。进一步地，所述四自由度轮足一体化机器人腿的数量为六个，所述机架为正六边形，六个所述四自由度轮足一体化机器人腿分别固定在所述机架的六个角上。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术的机器人腿中，采用的轮足一体化的结构同时实现了轮式行进和步行行进，兼顾了步行机器人和传统轮式移动平台的优点，能够在复杂地形中稳定的行走或在平坦的路面快速移动，对提高步行机器人的运动效率和对地面的适应性有着重要的意义。2、本专利技术的机器人腿中，采用了四自由度并联机构，相比于简单的串联机构拥有更强的结构刚度和承载能力，同时又由于支链配置的对称性，使得整个机构具有各向同性。3、本专利技术的机器人腿中，作为驱动末端实现三自由度平动的直线驱动器布置容易，使机器人腿部结构更加简单、紧凑，还提高了机器人的驱动力和运动速度。4、本专利技术的机器人腿中，结构简单、控制容易，运动精度高，具有高速响应能力以及优秀的承载能力，可以同时实现步行行进和轮式行进，兼有二者的优秀越障能力和快速的行进速度，适用于各种复杂的非结构地形以及松软地面条件下的高速，高负载运输作业。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术四自由度轮足一体化机器人腿的结构示意图；图2为本专利技术驱动支链的结构示意图；图3为本专利技术转向驱动机构的结构示意图；图4为本专利技术实施例2的结构示意图；图5为图4的局部放大图；图6为实施例2的俯视图；图7为本专利技术实施例3的结构示意图；图8为实施例3的俯视图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。本专利技术公开了一种四自由度轮足一体化机器人腿，该机器人腿为并联机构，包括转向驱动电机、上平台、三组对称布置的驱动支链、传动支链、移动下平台、轮驱动电机和轮。三组对称布置的驱动支链以及传动支链并联，在三个驱动支链内的直线驱动器的协同作业下，移动下平台可以实现三自由度平动进而使该机器人腿拥有步行行进的功能。传动支链将转向驱动电机的运动传递到末端，末端在传动支链的传动下实现轮的转向。最后，机器人腿可以通过轮驱动电机驱动位于机构末端的轮的方式实现轮式行进。本专利技术结构简单、控制容易，运动精度高，具有高速响应能力以及优秀的承载能力，可以同时实现步行行进和轮式行进，兼有二者的优秀越障能力和快速的行进速度，适用于星球探测中各种复杂非本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种四自由度轮足一体化机器人腿，其特征在于，包括上平台(3)、驱动支链、转向驱动机构、移动下平台(10)和轮驱动机构；/n所述驱动支链有多个，均匀布置在所述上平台(3)和所述移动下平台(10)之间；所述转向驱动机构的上端穿过所述上平台(3)并与其固定，所述转向驱动机构的下端穿过所述移动下平台(10)并通过弯曲轴(14)与所述轮驱动机构连接，多个所述驱动支链以及所述转向驱动机构之间为并联关系。/n

【技术特征摘要】
1.一种四自由度轮足一体化机器人腿，其特征在于，包括上平台(3)、驱动支链、转向驱动机构、移动下平台(10)和轮驱动机构；
所述驱动支链有多个，均匀布置在所述上平台(3)和所述移动下平台(10)之间；所述转向驱动机构的上端穿过所述上平台(3)并与其固定，所述转向驱动机构的下端穿过所述移动下平台(10)并通过弯曲轴(14)与所述轮驱动机构连接，多个所述驱动支链以及所述转向驱动机构之间为并联关系。


2.根据权利要求1所述的四自由度轮足一体化机器人腿，其特征在于，所述转向驱动机构包括依次连接的转向驱动电机(1)、第一转动关节(2)、第一上虎克铰(5)、第一移动关节(6)、第一下虎克铰(8)和第二转动关节(11)，所述转向驱动电机(1)与所述第一转动关节(2)连接，所述第一转动关节(2)与所述上平台(3)固定，所述第一上虎克铰(5)串联在所述第一转动关节(2)之后，所述第一移动关节(6)与所述第一下虎克铰(8)连接，所述第二转动关节(11)串联在所述第一下虎克铰(8)之后并与所述移动下平台(10)固定。


3.根据权利要求1所述的四自由度轮足一体化机器人腿，其特征在于，所述驱动支链有三个，驱动支链的轴线相互成120°，所述转向驱动机构位于三个所述驱动支链中间。


4.根据权利要求3所述的四自由度轮足一体化机器人腿，其特征在于，所述上...

【专利技术属性】
技术研发人员：何俊，李杰，高峰，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31