【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机器人领域，具体涉及一种机器人下肢机械结构，特别是一种视觉识别自动调姿越障的液压跳跃机器人的下肢机构。
技术介绍
1、随着科技的不断发展，机器人被逐步用来辅助、代替人类完成重复、复杂、高危的工作，在运动型机器人的研究方面，跳跃机器人较其他运动型机器人具有更好的崎岖地面适应能力与越障能力，在野外探索、军事侦察和星球探测等方面具有广阔的应用前景。使用液压驱动可提高跳跃机器人的功率质量比，提升其承重能力和跳跃能力。
2、跳跃机器人在跳跃时，需要根据所处环境确定跳跃高度和距离，需要调整机器人的跳跃姿态。现有技术中一种跳跃机器人，设置俯仰惯量尾、偏航惯量尾、侧倾惯量尾，将俯仰惯量摆尾的后面平行于机器人躯干后面安装；偏航惯量尾底面平行于机器人躯干底面安装；侧倾惯量尾右侧面平行于机器人躯干右侧面安装。通过反作用惯量轮模型和pd算法控制俯仰、偏航和侧倾三个惯量尾伺服电机的转矩，改变三个惯量尾的转速，从而利用角动量守恒实现机器人角度的调姿。该机构是通过无线通讯模块控制三个伺服电机进行调姿，存在多个电机协同工作困难、实时控制难度大、非机械式结构可靠性和稳定性不高的问题。
3、现有技术中公开了一种跳跃机器人下肢机构，该机构利用第一液压缸控制髋关节的运动，第二液压缸控制膝关节的运动，踝关节采用膝踝关节耦合机构来控制，这种腿部机构采用两自由度的控制方式，在机器人的起跳阶段、腾空阶段、落地阶段，都通过两个液压缸的伸缩来进行整个腿部的运动，实现机器人的起跳、空中姿态调整及落地。该结构不能实现跳跃时根据环境情况自动调姿，跳
4、因此，为了提高跳跃机器人的环境适用性，有必要设计一种能根据环境自动识别路况并能稳定调整姿态的跳跃机器人下肢结构。
技术实现思路
1、要解决的技术问题：
2、为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提供一种视觉识别自动调姿越障的液压跳跃机器人的下肢机构，通过相机识别出障碍物的特征参数，由视觉处理器进行分析，再传递至运动规划控制器，通过运动规划控制器控制电机运动，由电机带动膝-髋关节耦合机构中第一扇形齿轮柄部与躯干的连接位置来改变髋关节角度，联动膝-踝关节耦合机构，随即改变了膝关节、踝关节的角度，继而改变整个下肢机构与地面的倾角，实现自动调姿。解决了现有液压跳跃机器人不能根据路面情况进行跳跃时自动调姿、跳跃轨迹单一且多液压缸协同困难的问题。
3、本专利技术的技术方案是：视觉识别自动调姿越障的液压跳跃机器人的下肢机构，包括相机、相机支座、躯干、大腿、小腿、足、足踝、液压缸、髋关节、膝关节、踝关节、膝-髋关节耦合机构、膝-踝关节耦合机构；所述驱干一端上方固定相机支座，所述相机位于相机支座上，驱干的另一端通过髋关节与大腿一端铰接，所述大腿的另一端通过膝关节与小腿一端铰接，所述小腿的另一端通过踝关节与足踝铰接；所述足踝与足固定连接；所述液压缸的缸筒端与髋关节铰接，液压缸的活塞杆端与小腿铰接，液压缸用于驱动下肢机构跳跃；
4、所述膝-髋关节耦合机构为齿轮五杆机构，膝-髋关节耦合机构连接躯干、大腿、膝关节和小腿，用于调整躯干和大腿的夹角，并带动膝-踝关节耦合机构运动；所述膝-髋关节耦合机构自带动力源，所述动力源与外部计算机通过数据线连接，接收计算机的动作指令；
5、所述膝-踝关节耦合机构为两个相连的四杆机构，膝-踝关节耦合机构连接大腿、小腿和足踝，用于调整大腿和小腿的夹角、小腿和足踝的夹角；
6、所述相机通过数据线与外部计算机连接，相机采集障碍物实景图片并将采集的信息传递给外部计算机分析处理，并由外部计算机向膝-髋关节耦合机构发送动作指令，带动膝-髋关节耦合机构运动，进而带动膝-踝关节耦合机构运动，进行调姿。
7、本专利技术的进一步技术方案是：所述髋关节包括髋关节支架、髋关节角位移传感器、髋关节联轴器、髋关节轴；所述髋关节支架固定于驱干端部，髋关节支架的下端水平贯穿有髋关节轴；所述髋关节联轴器一端连接髋关节轴轴端，另一端连接髋关节角位移传感器；所述大腿的一端设有髋关节孔与髋关节轴配合铰接；所述液压缸的缸筒端与髋关节轴中间位置铰接。
8、本专利技术的进一步技术方案是：所述膝关节包括膝关节角位移传感器、膝关节联轴器、膝关节轴，所述膝关节轴水平贯穿设于大腿一端的膝关节孔和设于小腿一端的膝关节孔，将大腿和小腿铰接；所述膝关节联轴器一端与膝关节轴端部连接，另一端连接膝关节角位移传感器。
9、本专利技术的进一步技术方案是：所述踝关节包括踝关节角位移传感器、踝关节联轴器、踝关节轴，所述踝关节轴水平贯穿小腿一端的踝关节孔和足踝中部的踝关节孔，将小腿和足踝铰接；所述踝关节联轴器一端与踝关节轴端部连接，另一端与踝关节角位移传感器连接。
10、本专利技术的进一步技术方案是：所述膝-髋关节耦合机构包括躯干、电机、丝杠、滑块、第一扇形齿轮、第一连杆、第二扇形齿轮、大腿；所述电机安装于躯干端部，位于相机支座旁；所述丝杠安装于躯干中间且与躯干平行，丝杠的一端与电机输出轴连接，另一端延伸近髋关节处并通过髋关节支架所设孔支撑；所述滑块上部穿于丝杠上，滑块与丝杠螺纹配合，通过电机正反转动带动丝杠转动，使滑块沿丝杠轴向滑动；所述第一扇形齿轮的柄部通过滑块销轴与滑块下部铰接；所述第二扇形齿轮的柄部设有膝关节铰接孔和小腿铰接孔，所述膝关节铰接孔套装于膝关节轴铰接，所述小腿铰接孔通过第二扇形齿轮尾部销轴与小腿铰接，第二扇形齿轮与第一扇形齿轮啮合；所述第一连杆连接两个扇形齿轮，用于限定啮合中心距。
11、本专利技术的进一步技术方案是：所述第一扇形齿轮与第二扇形齿轮齿轮传动比为1:1。
12、本专利技术的进一步技术方案是：所述膝-踝关节耦合机构包括小腿、足踝、第二连杆、第三连杆、第四连杆、大腿；所述第三连杆的一端与小腿铰接，另一端铰接第二连杆的一端和第四连杆的一端，所述第二连杆的另一端与足踝铰接，所述第四连杆的另一端与大腿铰接。
13、本专利技术的进一步技术方案是：所述小腿上沿小腿长度方向一字型设置多个定位孔，用于穿过液压缸活塞端销轴，所述液压缸的活塞杆端部套于液压缸活塞端销轴与小腿铰接。
14、本专利技术的进一步技术方案是：所述液压缸连接外部液压泵，液压泵接收计算机指令，驱动液压缸活塞杆伸缩。
15、有益效果
16、本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过视觉识别出障碍物的特征参数，实现了跳跃机器人快速实时地感知地面路况，进而做出相应的调姿越障动作。通过电机丝杠装置改变膝-髋关节耦合机构中第一扇形齿轮柄部在躯干上的位置来改变髋关节角度，随即改变了膝关节、踝关节的角度，继而改变整个机器人身体与地面的倾角，从而自动实现起跳姿态的改变和整体质心的调整，很好地解决了跳跃线路单一、自动化水平不高的问题，极大地丰富了跳跃轨迹，可完成各种高度、各种距离障碍物的自动调姿跨越，从而对复杂多变的地面及周围环境做出多样有效的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.视觉识别自动调姿越障的液压跳跃机器人的下肢机构，其特征在于：包括相机(1)、相机支座(2)、躯干(3)、大腿(12)、小腿(16)、足(20)、足踝(24)、液压缸(28)、髋关节、膝关节、踝关节、膝-髋关节耦合机构、膝-踝关节耦合机构；所述相机(1)位于相机支座(2)上，所述驱干(3)一端上方固定相机支座(2)，驱干(3)的另一端通过髋关节与大腿(12)一端铰接，所述大腿(12)的另一端通过膝关节与小腿(16)一端铰接，所述小腿(16)的另一端通过踝关节与足踝(24)铰接；所述足踝(24)与足(20)固定连接；所述液压缸(28)的缸筒端与髋关节铰接，液压缸的活塞杆端与小腿(16)铰接，液压缸(28)用于驱动下肢机构跳跃；
2.根据权利要求1所述视觉识别自动调姿越障的液压跳跃机器人的下肢机构，其特征在于：所述髋关节包括髋关节轴(29)、髋关节联轴器(30)、髋关节角位移传感器(31)、髋关节支架(32)；所述髋关节支架(32)固定于驱干(3)端部，髋关节支架(32)的下端水平贯穿有髋关节轴(29)；所述髋关节联轴器(30)一端连接髋关节轴(29)的轴端，另一端连接
3.根据权利要求1所述视觉识别自动调姿越障的液压跳跃机器人的下肢机构，其特征在于：所述膝关节包括膝关节轴(13)、膝关节联轴器(14)、膝关节角位移传感器(15)，所述膝关节轴(13)水平贯穿设于大腿(12)一端的膝关节孔和设于小腿(16)一端的膝关节孔，将大腿(12)和小腿(16)铰接；所述膝关节联轴器(14)一端与膝关节轴(13)端部连接，另一端连接膝关节角位移传感器(15)。
4.根据权利要求1所述视觉识别自动调姿越障的液压跳跃机器人的下肢机构，其特征在于：所述踝关节包括踝关节轴(21)、踝关节联轴器(22)、踝关节角位移传感器(23)，所述踝关节轴(21)水平贯穿小腿(16)一端的踝关节孔和足踝(24)中部的踝关节孔，将小腿(16)和足踝(24)铰接；所述踝关节联轴器(22)一端与踝关节轴(21)端部连接，另一端与踝关节角位移传感器(23)连接。
5.根据权利要求2所述视觉识别自动调姿越障的液压跳跃机器人的下肢机构，其特征在于：所述膝-髋关节耦合机构包括躯干(3)、电机(4)、丝杠(33)、滑块(5)、第一扇形齿轮(7)、第一连杆(9)、第二扇形齿轮(10)、大腿(12)；所述电机(4)作为动力源安装于躯干(3)端部，位于相机支座(2)旁；所述丝杠(33)安装于躯干(3)中间且与躯干平行，丝杠(33)的一端与电机(4)输出轴连接，另一端延伸至髋关节并通过髋关节支架(32)支撑；所述滑块(5)上部穿于丝杠(33)上，滑块(5)与丝杠(33)螺纹配合，通过电机(4)正反转动带动丝杠(33)转动，使滑块(5)沿丝杠(33)轴向滑动；所述第一扇形齿轮(7)的柄部通过滑块销轴(6)与滑块(5)下部铰接；所述第二扇形齿轮(10)的柄部设有膝关节铰接孔(34)和小腿铰接孔(35)，所述膝关节铰接孔(34)套装于膝关节轴(13)铰接，所述小腿铰接孔(35)通过第二扇形齿轮尾部销轴(17)与小腿(16)铰接，第二扇形齿轮(10)与第一扇形齿轮(7)啮合；所述第一连杆(9)连接两个扇形齿轮，用于限定啮合中心距。
6.根据权利要求5所述视觉识别自动调姿越障的液压跳跃机器人的下肢机构，其特征在于：所述第一扇形齿轮(7)与第二扇形齿轮(10)齿轮传动比为1:1。
7.根据权利要求5所述视觉识别自动调姿越障的液压跳跃机器人的下肢机构，其特征在于：所述膝-踝关节耦合机构包括小腿(16)，足踝(24)，第二连杆(25)，第三连杆(26)，第四连杆(27)，大腿(12)；所述第三连杆(26)的一端与小腿(16)铰接，另一端铰接第二连杆(25)的一端和第四连杆(27)的一端，所述第二连杆(25)的另一端与足踝(24)铰接，所述第四连杆(27)的另一端与大腿(12)铰接。
8.根据权利要求1所述视觉识别自动调姿越障的液压跳跃机器人的下肢机构，其特征在于：所述小腿(16)上沿小腿的长度方向一字型设置多个液压缸活塞端调位固定孔(19)，用于安装液压缸活塞端销轴(18)，所述液压缸(28)的活塞杆端部套于液压缸活塞端销轴(18)与小腿(16)铰接。
9.根据权利要求1所述视觉识别自动调姿越障的液压跳跃机器人的下肢机构，其特征在于：所述液压缸(28)连接外部液压泵，液压泵接收计算机控制指令，驱动液压缸(28)的活塞杆伸缩。
...【技术特征摘要】
1.视觉识别自动调姿越障的液压跳跃机器人的下肢机构，其特征在于：包括相机(1)、相机支座(2)、躯干(3)、大腿(12)、小腿(16)、足(20)、足踝(24)、液压缸(28)、髋关节、膝关节、踝关节、膝-髋关节耦合机构、膝-踝关节耦合机构；所述相机(1)位于相机支座(2)上，所述驱干(3)一端上方固定相机支座(2)，驱干(3)的另一端通过髋关节与大腿(12)一端铰接，所述大腿(12)的另一端通过膝关节与小腿(16)一端铰接，所述小腿(16)的另一端通过踝关节与足踝(24)铰接；所述足踝(24)与足(20)固定连接；所述液压缸(28)的缸筒端与髋关节铰接，液压缸的活塞杆端与小腿(16)铰接，液压缸(28)用于驱动下肢机构跳跃；
2.根据权利要求1所述视觉识别自动调姿越障的液压跳跃机器人的下肢机构，其特征在于：所述髋关节包括髋关节轴(29)、髋关节联轴器(30)、髋关节角位移传感器(31)、髋关节支架(32)；所述髋关节支架(32)固定于驱干(3)端部，髋关节支架(32)的下端水平贯穿有髋关节轴(29)；所述髋关节联轴器(30)一端连接髋关节轴(29)的轴端，另一端连接髋关节角位移传感器(31)；所述大腿(12)的一端设有髋关节孔与髋关节轴(29)配合实现铰接；所述液压缸(28)的缸筒端与髋关节轴(29)中间位置铰接。
3.根据权利要求1所述视觉识别自动调姿越障的液压跳跃机器人的下肢机构，其特征在于：所述膝关节包括膝关节轴(13)、膝关节联轴器(14)、膝关节角位移传感器(15)，所述膝关节轴(13)水平贯穿设于大腿(12)一端的膝关节孔和设于小腿(16)一端的膝关节孔，将大腿(12)和小腿(16)铰接；所述膝关节联轴器(14)一端与膝关节轴(13)端部连接，另一端连接膝关节角位移传感器(15)。
4.根据权利要求1所述视觉识别自动调姿越障的液压跳跃机器人的下肢机构，其特征在于：所述踝关节包括踝关节轴(21)、踝关节联轴器(22)、踝关节角位移传感器(23)，所述踝关节轴(21)水平贯穿小腿(16)一端的踝关节孔和足踝(24)中部的踝关节孔，将小腿(16)和足踝(24)铰接；所述踝关节联轴器(22)一端与踝关节轴(21)端部连接，另一端与踝关节角位移传感器(23)连接。
5.根据权利要求2所述视觉识别自动...
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