本发明专利技术公开了一种采用多杆机构的腿部结构，包括大腿、大腿摆杆、小腿摆杆、小腿；公开了一种采用多杆机构的腿部结构的四足机器人，包括采用多杆机构的腿部结构，还包括躯干、控制器、驱动器。本发明专利技术中采用大腿、小腿、大腿摇杆、小腿摇杆组成的多杆机构传动，整个传动机构在电机输出轴的轴向尺寸无需较大也能保证有效传动效果，多杆传动机构会使整个四足机器人的结构更加紧凑；再进一步地较比链传动的方式，本发明专利技术中的滚子始终与滚道两侧面相贴合并在滚道内来回滚动，瞬时传动比准确，且不存在冲击与振动，有利于四足机器人的平稳运行。有利于四足机器人的平稳运行。有利于四足机器人的平稳运行。
【技术实现步骤摘要】
一种采用多杆机构的腿部结构及其构建的四足机器人
[0001]本专利技术涉及一种采用多杆机构的腿部结构及其构建的四足机器人，属于四足机器人领域。
技术介绍
[0002]由于轮式机器人对崎岖路面和松软地面适应性不够高，而足式机器人对崎岖路面却具有较强的适应能力。与双足机器人相比，四足机器人更加稳定，与六足机器人相比，四足机器人结构更加简单，所以近年来，四足机器人一直是一个比较火热的研究课题。凭借着其优良的性能，四足机器人能够作为野外作业的运输工具，危险环境下的侦测工具以及服务型机器人，故四足机器人具有广阔的运用场景。然而目前全球范围内的四足机器人大多数还停留在实验室阶段，由于技术方面的问题，很多机器人还难以适应复杂的野外环境。而考虑到市场对四足机器人的巨大需求，让四足机器人更平稳地在复杂地形行走成为了亟需解决的问题。
[0003]四足机器人可有多种驱动方式，其中电驱动是四足机器人领域内被广泛选择的一种驱动方式。若将驱动电机直接安装在膝关节上，会增加腿部结构的转动惯量，不利于四足机器人的稳定性。进一步地，四足机器人通过传动机构带动大腿和小腿运动，在众多传动方式中，人们最常选用带传动，链传动两种传动方式。其中带传动具有抗冲击和振动载荷，运转平稳，噪声小等优点，但是若需要传递的力矩较大，则需要增加带和带轮的宽度，这样会使传动机构在电机输出轴的轴向尺寸较大，会增加四足机器人的体积。链传动具有承载能力高，对恶劣的工作环境适应性较强，并且效率高等特点，链条中的每一个链节均是间歇性地与链轮啮合，单个链节在与链轮啮合或脱离链轮的过程中会产生一定冲击和振动，故工作时噪声较大，并且链传动的瞬时传动比不准确。
技术实现思路
[0004]本专利技术提供了一种采用多杆机构的腿部结构，通过多杆机构构建了腿部机构，为机器人的足端运动提供新的方式，提供了一种采用多杆机构的腿部结构构建的四足机器人，可以用于实现四足机器人不同步态的行走。
[0005]本专利技术的技术方案是：一种采用多杆机构的腿部结构，包括大腿、大腿摆杆11、小腿摆杆13、小腿16；其中，大腿与小腿16铰接，大腿摆杆11的转动带动大腿转动，小腿摆杆13的转动带动小腿16转动。
[0006]通过驱动电机输出轴Ⅰ9驱动与其连接的大腿摆杆11转动，大腿摆杆11转动带动滚子Ⅰ10在大腿摆杆11上的滚道m内滚动，从而带动与滚子Ⅰ10连接的大腿转动；驱动电机输出轴Ⅱ8驱动与其连接的小腿摆杆13转动，小腿摆杆13转动带动滚子Ⅱ15在小腿摆杆13上的滚道n内滚动，从而带动与滚子Ⅱ15连接的小腿16转动；通过控制驱动电机输出轴Ⅰ9和驱动电机输出轴Ⅱ8的转速和转角，实现大腿、小腿16的联动，从而用于获得足端轨迹；其中，驱动电机输出轴Ⅰ9与大腿转动中心同轴。
[0007]所述大腿呈V形，分为大腿节段A和大腿节段B，以大腿节段A中心线和大腿节段B中心线所成角的顶点为圆心开铰接孔c；大腿节段A中心线上从自由端往夹角方向开有带螺纹的滚子安装孔a、定位孔b，滚子Ⅰ10通过螺纹连接安装在滚子安装孔a中，定位孔b用于确定大腿相对于躯干3的初始位置、用于固定大腿与躯干3；大腿节段B中心线上从自由端往夹角方向开有铰接孔e、定位孔d，定位孔d用于确定小腿16相对于大腿的初始位置、用于固定大腿与小腿，铰接孔e用于将小腿16铰接在大腿上。
[0008]所述小腿16呈V形，分为小腿节段C和小腿节段D，以小腿节段C中心线与小腿节段D中心线所成角的顶点为圆心开铰接孔h，用于将小腿16铰接在大腿的铰接孔e上；小腿节段C上从自由端往夹角方向开有带螺纹的滚子安装孔f、定位孔g，滚子Ⅱ15通过螺纹连接安装在滚子安装孔f中，定位孔g用于确定小腿16相对于大腿的初始位置、用于固定大腿与小腿。
[0009]一种采用多杆机构的腿部结构的四足机器人，包括采用多杆机构的腿部结构，还包括躯干3、控制器1、驱动器2；
[0010]所述腿部结构采用四条，分别为左前腿7、右前腿6、左后腿5、右后腿4，两条左腿的结构与两条右腿的结构关于躯干的中垂面镜像对称；左前腿7、左后腿5结构相同，右前腿6、右后腿4结构相同，前大腿12、后大腿17的区别仅在于：前大腿12的夹角为锐角，后大腿17的夹角为钝角；其中，左前腿7、右前腿6中的大腿为前大腿12，左后腿5、右后腿4中的大腿为后大腿17；
[0011]所述控制器1和驱动器2安装在躯干3上，驱动器2接收到控制器1的信号后驱使驱动电机做出相应的转动，进而带动对应的驱动电机输出轴转动。
[0012]所述左前腿7通过大腿上的铰接孔c与安装在躯干3左侧的躯干外侧板14上的铰接孔i铰接在躯干3上，右前腿6通过大腿上的铰接孔c与安装在躯干3右侧的躯干外侧板14上的铰接孔i铰接在躯干3上；左后腿5通过大腿上的铰接孔c与安装在躯干3左侧的躯干外侧板14上的铰接孔l铰接在躯干3上，右后腿4通过大腿上的铰接孔c与安装在躯干右侧的躯干外侧板14上的铰接孔l铰接在躯干3上。
[0013]本专利技术的有益效果是：本专利技术采用大腿、小腿、大腿摇杆、小腿摇杆组成的多杆机构传动，整个传动机构在电机输出轴的轴向尺寸无需较大也能保证有效传动效果，多杆传动机构会使整个四足机器人的结构更加紧凑；再进一步地较比链传动的方式，本专利技术中的滚子始终与滚道两侧面相贴合并在滚道内来回滚动，瞬时传动比准确，且不存在冲击与振动，有利于四足机器人的平稳运行。整个结构中，大腿摆杆小腿摆杆直接由电机驱动，根据三角形定理便可轻易求出大腿摆杆转角与大腿转角的关系，小腿摆杆转角与小腿转角的关系，当大腿转角和小腿转角确定后便可轻易求出足端轨迹与两个电机输出轴转角之间的关系。因此，若已知驱动电机的转角，便能轻易建立正运动学关系式来求出足端轨迹。同理，若是在已知足端轨迹的情况下，也易于建立逆运动学关系式来求出驱动电机的转角。在规划好足端轨迹后，在控制器中输入根据逆运动学关系式求出来的电机转角后，就能轻易实现预定足端轨迹。此外，多杆机构对加工和安装精度要求不高，可以降低加工制造成本。
附图说明
[0014]图1为本专利技术四足机器人结构示意图；
[0015]图2为前大腿示意图；
[0016]图3为后大腿示意图；
[0017]图4为小腿示意图；
[0018]图5为大腿摆杆示意图；
[0019]图6为小腿摆杆示意图；
[0020]图7为躯干外侧板示意图；
[0021]图8为右前腿整体结构示意图；
[0022]图9为初始位置时的右前腿结构示意图；
[0023]图10为运动中右前腿的结构示意图；
[0024]图11为右后腿整体结构示意图；
[0025]图12为初始位置时的右后腿结构示意图；
[0026]图13为运动中右后腿的结构示意图；
[0027]图中各标号为：1
‑
控制器；2
‑
驱动器；3
‑
躯体；4
‑
右后腿；5
‑
左后腿；6
‑
右前腿；7本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种采用多杆机构的腿部结构，其特征在于：包括大腿、大腿摆杆(11)、小腿摆杆(13)、小腿(16)；其中，大腿与小腿(16)铰接，大腿摆杆(11)的转动带动大腿转动，小腿摆杆(13)的转动带动小腿(16)转动。2.根据权利要求1所述的采用多杆机构的腿部结构，其特征在于：通过驱动电机输出轴Ⅰ(9)驱动与其连接的大腿摆杆(11)转动，大腿摆杆(11)转动带动滚子Ⅰ(10)在大腿摆杆(11)上的滚道m内滚动，从而带动与滚子Ⅰ(10)连接的大腿转动；驱动电机输出轴Ⅱ(8)驱动与其连接的小腿摆杆(13)转动，小腿摆杆(13)转动带动滚子Ⅱ(15)在小腿摆杆(13)上的滚道n内滚动，从而带动与滚子Ⅱ(15)连接的小腿(16)转动；通过控制驱动电机输出轴Ⅰ(9)和驱动电机输出轴Ⅱ(8)的转速和转角，实现大腿、小腿(16)的联动，从而用于获得足端轨迹；其中，驱动电机输出轴Ⅰ(9)与大腿转动中心同轴。3.根据权利要求1所述的采用多杆机构的腿部结构，其特征在于：所述大腿呈V形，分为大腿节段A和大腿节段B，以大腿节段A中心线和大腿节段B中心线所成角的顶点为圆心开铰接孔c；大腿节段A中心线上从自由端往夹角方向开有带螺纹的滚子安装孔a、定位孔b，滚子Ⅰ(10)通过螺纹连接安装在滚子安装孔a中，定位孔b用于确定大腿相对于躯干(3)的初始位置、用于固定大腿与躯干(3)；大腿节段B中心线上从自由端往夹角方向开有铰接孔e、定位孔d，定位孔d用于确定小腿(16)相对于大腿的初始位置、用于固定大腿与小腿，铰接孔e用于将小腿(16)铰接在大腿上。4.根据权利要求1所述的采用多杆机构的腿部结构，其特征在于：所述小腿(16)呈V形，分为小腿节段C和小腿节段D，以小腿节段C中心线与小腿节段D中心线所成角的顶点为圆心开...
【专利技术属性】
技术研发人员：伞红军，肖乐，陈久朋，杜孟彦，陈江，张艺潇，霍琳，李世豪，刘嘉琦，魏顺祥，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。