一種步行機器人的并聯(lián)四自由度腿部機構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及步行機器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種步行機器人的并聯(lián)四自由度腿部機構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前國內(nèi)外機器人可以分為串聯(lián)機器人和并聯(lián)機器人，按運動機構(gòu)可以分為輪式、腿式和履帶式，各具有各自的優(yōu)缺點。其中腿式機器人即步行機器人以其優(yōu)越的機動性和復(fù)雜環(huán)境下的適應(yīng)性得到了廣泛的關(guān)注，對于步行機器人腿部結(jié)構(gòu)、性能直接影響到整機性能。
[0003]目前國內(nèi)外步行機器人髖關(guān)節(jié)多為串聯(lián)形式，下級的驅(qū)動器安裝在上級驅(qū)動的執(zhí)行件上，這樣加重了驅(qū)動的負載，剛度差、能耗大和動力學(xué)性能較差。而目前較為常用的旋轉(zhuǎn)電機直驅(qū)的并聯(lián)機器人，由于轉(zhuǎn)矩有限，導(dǎo)致負載能力不足，且電機沒有得到充分利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于【背景技術(shù)】存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種步行機器人的并聯(lián)四自由度腿部機構(gòu)，具有較好動力學(xué)性能，解決現(xiàn)有的串聯(lián)關(guān)節(jié)剛度差、能耗大和動力性能較差的問題，同時也解決了目前旋轉(zhuǎn)直驅(qū)動力的轉(zhuǎn)矩不足的問題。
[0005]本發(fā)明提出的一種步行機器人的并聯(lián)四自由度腿部機構(gòu)，包括機架、大腿桿、小腿桿、大腿轉(zhuǎn)動機構(gòu)和小腿轉(zhuǎn)動機構(gòu)；機架與步行機器人連接，大腿桿、小腿桿在機架下方從上到下依次設(shè)置，且大腿桿一端與機架鉸接，小腿桿一端與大腿桿另一端鉸接，大腿轉(zhuǎn)動機構(gòu)一端滑動安裝在機架上，大腿轉(zhuǎn)動機構(gòu)的另一端與大腿桿中部鉸接，小腿轉(zhuǎn)動機構(gòu)一端滑動安裝在機架上，小腿轉(zhuǎn)動機構(gòu)另一端與小腿桿靠近大腿桿的端部鉸接。
[0006]優(yōu)選地，大腿桿一端通過髖關(guān)節(jié)虎克鉸與機架連接，小腿桿一端與大腿桿另一端通過膝關(guān)節(jié)虎克鉸連接。
[0007]優(yōu)選地，髖關(guān)節(jié)虎克鉸、膝關(guān)節(jié)虎克鉸結(jié)構(gòu)相同，均包括第一回轉(zhuǎn)軸和第二回轉(zhuǎn)軸，第一回轉(zhuǎn)軸具第一回轉(zhuǎn)線，第二回轉(zhuǎn)軸可相對第一回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，第二回轉(zhuǎn)軸呈U形，第二回轉(zhuǎn)軸具有第二回轉(zhuǎn)線，第一回轉(zhuǎn)線與第二回轉(zhuǎn)線正交并交于第二回轉(zhuǎn)線中點。本發(fā)明中，大腿桿與髖關(guān)節(jié)虎克鉸的第二回轉(zhuǎn)線鉸接，髖關(guān)節(jié)虎克鉸的第一回轉(zhuǎn)線與機架鉸接；小腿桿與膝關(guān)節(jié)虎克鉸的第二回轉(zhuǎn)線鉸接，膝關(guān)節(jié)虎克鉸的第一回轉(zhuǎn)線與大腿桿鉸接。
[0008]優(yōu)選地，大腿轉(zhuǎn)動機構(gòu)包括兩個第一線性模組、兩個第一連桿和一個第一球頭轉(zhuǎn)軸，兩個第一線性模組沿機架預(yù)設(shè)方向平行設(shè)置，兩個第一線性模組位于機架中部，兩個第一線性模組上均分別設(shè)有第一滑塊，兩個第一連桿一端分別通過球鉸與兩個第一滑塊鉸接，兩個第一連桿另一端通過轉(zhuǎn)動副相連接，其中一個第一連桿與第一球頭轉(zhuǎn)軸固連，第一球頭轉(zhuǎn)軸設(shè)置在大腿桿的中部。
[0009]優(yōu)選地，小腿轉(zhuǎn)動機構(gòu)包括兩個第二線性模組、兩個第二連桿和一個第二球頭轉(zhuǎn)軸，兩個第二線性模組沿機架預(yù)設(shè)方向平行設(shè)置，兩個第二線性模組分別位于兩個第一線性模組外側(cè)，兩個第二線性模組上均設(shè)有第二滑塊，兩個第二連桿一端分別通過球鉸與兩個第二滑塊鉸接，兩個第二連桿另一端通過轉(zhuǎn)動副相連接，其中一個第二連桿與第二球頭轉(zhuǎn)軸固連，第二球頭轉(zhuǎn)軸設(shè)置在小腿桿靠近大腿桿一端的端部。
[0010]優(yōu)選地，第一球頭轉(zhuǎn)軸、第二球頭轉(zhuǎn)軸均包括一個球頭和一個通過球頭的轉(zhuǎn)軸，球心與大腿桿或小腿桿上的球帽形成球副，其中一個第一連桿或第二連桿與轉(zhuǎn)軸固定連接。
[0011]本發(fā)明提供的一種步行機器人的并聯(lián)四自由度腿部機構(gòu)，大腿轉(zhuǎn)動機構(gòu)和小腿轉(zhuǎn)動機構(gòu)的各桿件之間在工作空間范圍內(nèi)不干涉，四個線性模組均固定在機架上，且互相獨立運動，為并聯(lián)關(guān)系。采用四自由度機構(gòu)使得該腿部比三自由度腿部的運動更加靈活，具有更強的環(huán)境適應(yīng)性；采用完全并聯(lián)結(jié)構(gòu)使得該四自由度腿部機構(gòu)的剛度大大增強；所有驅(qū)動的線性模組均固連于機架上，使得腿部負載大大降低，減小了腿部的慣量，使腿部的運動更加輕便；采用了解耦形式，使得大腿的姿態(tài)通過大腿轉(zhuǎn)動機構(gòu)完全確定，并且在大腿姿態(tài)確定后，小腿的姿態(tài)可以通過小腿轉(zhuǎn)動機構(gòu)完全確定；整個機構(gòu)采用了對稱布局，使其具有更好的適應(yīng)性，即兼顧左右側(cè)腿部需求；整機結(jié)構(gòu)緊湊合理，運動穩(wěn)定可靠，具有較大的運動空間。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明提出的一種步行機器人的并聯(lián)四自由度腿部機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明提出的一種步行機器人的并聯(lián)四自由度腿部機構(gòu)中第一球頭轉(zhuǎn)軸或第二球頭轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖3為本發(fā)明提出的一種步行機器人的并聯(lián)四自由度腿部機構(gòu)中髖關(guān)節(jié)虎克鉸或膝關(guān)節(jié)虎克鉸的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖中，1、機架；2、第一線性模組；3、第二線性模組；4、第一滑塊；5、第二滑塊；6、第一連桿；7、第一球頭轉(zhuǎn)軸；8、第二連桿；9、第二球頭轉(zhuǎn)軸；10、髖關(guān)節(jié)虎克鉸；11、膝關(guān)節(jié)虎克鉸；12、大腿桿；13、小腿桿；14、第一回轉(zhuǎn)軸；15、第二回轉(zhuǎn)軸；16、球頭；17、轉(zhuǎn)軸。
【具體實施方式】
[0016]如圖1-3所示，圖1為本發(fā)明提出的一種步行機器人的并聯(lián)四自由度腿部機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明提出的一種步行機器人的并聯(lián)四自由度腿部機構(gòu)中第一球頭轉(zhuǎn)軸或第二球頭轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明提出的一種步行機器人的并聯(lián)四自由度腿部機構(gòu)中髖關(guān)節(jié)虎克鉸或膝關(guān)節(jié)虎克鉸的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]參照圖1-3，一種步行機器人的并聯(lián)四自由度腿部機構(gòu)，包括機架1、大腿桿12、小腿桿13、大腿轉(zhuǎn)動機構(gòu)和小腿轉(zhuǎn)動機構(gòu)；機架I與步行機器人連接，大腿桿12、小腿桿13在機架I下方從上到下依次設(shè)置，大腿桿12 —端通過髖關(guān)節(jié)虎克鉸10與機架I連接，小腿桿13 一端與大腿桿12另一端通過膝關(guān)節(jié)虎克鉸11連接，大腿轉(zhuǎn)動機構(gòu)一端滑動安裝在機