一種四足機(jī)器人平臺(tái)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種四足機(jī)器人平臺(tái)，該平臺(tái)包括機(jī)身模塊和腿模塊，其特征在于所述的腿模塊為平面五桿機(jī)構(gòu)柔性腿，包括俯仰驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)模塊、連桿機(jī)構(gòu)模塊和足尖模塊；所述俯仰驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)模塊、包括變剛度主動(dòng)柔性關(guān)節(jié)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、諧波減速器、同步帶、諧波減速器及其驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在同一支撐架上，其中一個(gè)諧波減速器集成了變剛度主動(dòng)柔性關(guān)節(jié)作為輸出；所述足尖包括三維力學(xué)傳感器，三維力學(xué)傳感器支架和足弓；所述連桿機(jī)構(gòu)具有(A)、(B)、(C)、(D)、(E)、(F)、(G)、(H)、(R)和(I)共10個(gè)鉸接點(diǎn)，利用所述的10個(gè)鉸接點(diǎn)，把各連桿鉸接為一個(gè)常規(guī)的四桿機(jī)構(gòu)、一個(gè)帶有彈簧桿的四桿機(jī)構(gòu)和一個(gè)平面五邊形五桿機(jī)構(gòu)。
【專利說(shuō)明】
一種四足機(jī)器人平臺(tái)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及多足機(jī)器人平臺(tái)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種四足機(jī)器人平臺(tái)。該平臺(tái)基于改進(jìn)的平面五桿機(jī)構(gòu)柔性腿。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有的多足機(jī)器人平臺(tái)機(jī)構(gòu)研究中，機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要兼顧多個(gè)方面，一方面機(jī)器人負(fù)載能力和抗沖擊能力需要機(jī)器人具有高強(qiáng)度的支撐結(jié)構(gòu)以及巧妙的柔性緩沖環(huán)節(jié);另一方面機(jī)器人高速高機(jī)動(dòng)高適應(yīng)性的特點(diǎn)又要求機(jī)器人具有較低的運(yùn)動(dòng)慣性以及較高的剛性傳動(dòng)來(lái)保證快速精確的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)能力。
[0003]目前四足機(jī)器人機(jī)身設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，主要為簡(jiǎn)單桁架結(jié)構(gòu)。這些簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)在進(jìn)行機(jī)身附件的安裝中存在布置困難，且相對(duì)雜亂，零件布置沒(méi)有層次感，容易導(dǎo)致機(jī)身重心靠上等問(wèn)題，不利于機(jī)器人行走過(guò)程中的穩(wěn)定性。
[0004]現(xiàn)有多數(shù)四足機(jī)器人腿部結(jié)構(gòu)主要以串聯(lián)機(jī)構(gòu)為主，串聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，但是當(dāng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)安裝在機(jī)器人腿部時(shí)，會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人腿部運(yùn)動(dòng)慣性較大；同時(shí)由于串聯(lián)機(jī)構(gòu)承載能力較差。并聯(lián)機(jī)構(gòu)承載能力較強(qiáng)，運(yùn)動(dòng)響應(yīng)速度快，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人足端的多方位移動(dòng)，但是存在運(yùn)動(dòng)范圍較小等問(wèn)題。同時(shí)，目前四足機(jī)器人腿一般為剛性結(jié)構(gòu)或具有一定被動(dòng)柔性的結(jié)構(gòu)，這使得機(jī)器人在行進(jìn)過(guò)程當(dāng)中的足端沖擊無(wú)法有效減弱，這會(huì)對(duì)機(jī)器人的行走穩(wěn)定性構(gòu)成非常不利的影響，且過(guò)大的足端沖擊容易對(duì)四足機(jī)器人零部件造成損傷，降低零部件的可靠性和耐用性，同時(shí)這種結(jié)構(gòu)形式使四足機(jī)器人在行走過(guò)程當(dāng)中的能量損耗嚴(yán)重，且目前四足機(jī)器人一般為針對(duì)性的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，缺少一款較通用的平臺(tái)，導(dǎo)致四足機(jī)器人各個(gè)零部件再采用其它形式的結(jié)構(gòu)時(shí)形成了不必要的麻煩。另外，目前四足機(jī)器人的設(shè)計(jì)基本沒(méi)有成熟的平臺(tái)化，模塊化設(shè)計(jì)產(chǎn)品，四足機(jī)器人的各組成模塊在更換為不同形式模塊的過(guò)程當(dāng)中存在困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種四足機(jī)器人平臺(tái)，該四足機(jī)器人平臺(tái)基于平面五桿機(jī)構(gòu)柔性腿或腿部結(jié)構(gòu)，采用模塊化設(shè)計(jì)，具有腿部剛度控制能力，有效減弱機(jī)器人足端沖擊，極大的提高了機(jī)器人的能量利用效率；同時(shí)，機(jī)器人腿模塊改進(jìn)的平面五桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，使整個(gè)腿機(jī)構(gòu)具有較大的剛度質(zhì)量比，有效提高了機(jī)器人的承載能力，并有效的減輕了腿質(zhì)量，減輕了機(jī)器人行進(jìn)過(guò)程當(dāng)中的運(yùn)動(dòng)慣量，腿模塊足尖可以更換不同的形式，變剛度主動(dòng)柔性關(guān)節(jié)也可以選用不同形式，甚至，整個(gè)機(jī)器人平臺(tái)的腿模塊都可以更換為不同形式。
[0006]本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是:設(shè)計(jì)一種四足機(jī)器人平臺(tái)，該平臺(tái)包括機(jī)身模塊和腿模塊，其特征在于所述的腿模塊為平面五桿機(jī)構(gòu)柔性腿，該柔性腿包括俯仰驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)模塊、連桿機(jī)構(gòu)模塊和足尖模塊;所述連桿機(jī)構(gòu)一端連接俯仰驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)模塊，另一端連接足尖模塊；
[0007]所述俯仰驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)模塊包括變剛度主動(dòng)柔性關(guān)節(jié)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、諧波減速器、同步帶、諧波減速器及其驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在同一支撐架上，其中一個(gè)諧波減速器集成了變剛度主動(dòng)柔性關(guān)節(jié)作為輸出；支撐架左側(cè)上部安裝兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，這兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸穿過(guò)支撐架上對(duì)應(yīng)得軸孔，驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸在穿過(guò)對(duì)應(yīng)軸孔后安裝著同步帶輪;在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的下方，有兩個(gè)諧波減速器對(duì)應(yīng)的安裝在支撐架左側(cè)，諧波減速器的輸入軸穿過(guò)支撐架上對(duì)應(yīng)的軸孔，諧波減速器輸入軸在穿過(guò)對(duì)應(yīng)軸孔以后，安裝有同步帶輪;同步帶安裝在諧波減速器和對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的同步帶輪上;在諧波減速器的右側(cè)，其中一個(gè)安裝著變剛度主動(dòng)柔性關(guān)節(jié)；以上支撐架可以視作一個(gè)方形的框架結(jié)構(gòu)，左右前后為四塊板材，上下部位為鏤空的，沒(méi)有板材之類的覆蓋，以上驅(qū)動(dòng)電機(jī)，諧波減速器，變剛度主動(dòng)柔性關(guān)節(jié)均安裝在支撐架構(gòu)成的框架結(jié)構(gòu)內(nèi)；
[0008]所述足尖包括三維力學(xué)傳感器，三維力學(xué)傳感器支架和足弓；三維力學(xué)傳感器下面與三維力學(xué)傳感器支架連接，三維力學(xué)傳感器支架下面與足弓連接，足弓為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，足弓系數(shù)為0.33，采用彈簧鋼制成；
[0009]所述連桿機(jī)構(gòu)具有(A)、(B)、(C)、(D)、(E)、(F)、(G)、(H)、(R)和(I)共10個(gè)鉸接點(diǎn)，利用所述的10個(gè)鉸接點(diǎn)，把各連桿鉸接為一個(gè)常規(guī)的四桿機(jī)構(gòu)、一個(gè)帶有彈簧桿的四桿機(jī)構(gòu)和一個(gè)平面五邊形五桿機(jī)構(gòu)；其中，連桿AB、BG、GR和AR構(gòu)成一個(gè)常規(guī)的平行四邊形四桿機(jī)構(gòu);連桿BC、CD、DE和EB構(gòu)成另一個(gè)帶有彈簧桿的平行四邊形四桿機(jī)構(gòu)，其中連桿CD是所述的彈簧桿;依次連接鉸接點(diǎn)(A)、(B)、(F)、(H)和(I)的各連桿構(gòu)成一個(gè)平面五邊形五桿機(jī)構(gòu);鉸接點(diǎn)(A)、(R)、(I)用于把所述連桿機(jī)構(gòu)固定在俯仰驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)上；
[0010]所述腿模塊采用順向?qū)ΨQ布置于機(jī)身模塊的下底板，其中，機(jī)身模塊左側(cè)兩個(gè)腿模塊的結(jié)構(gòu)形式完全相同，右側(cè)兩個(gè)腿模塊的結(jié)構(gòu)形式也完全相同，左右兩側(cè)的腿模塊在結(jié)構(gòu)形式上呈鏡像對(duì)稱結(jié)構(gòu)形式。
[0011 ]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明平臺(tái)有益效果是:
[0012]現(xiàn)有四足機(jī)器人平臺(tái)技術(shù)，一般腿部不具有主動(dòng)調(diào)節(jié)剛度能力，且許多平臺(tái)腿部帶有電機(jī)等較大質(zhì)量體，且連桿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，承重能力較差，橫擺運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)存在于腿部，其和機(jī)身沒(méi)有集成在一起，導(dǎo)致腿模塊結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，且現(xiàn)有平臺(tái)機(jī)身結(jié)構(gòu)和腿部結(jié)構(gòu)不是模塊設(shè)計(jì)，在更換時(shí)存在困難。
[0013]1.相比現(xiàn)有四足機(jī)器人平臺(tái)，本發(fā)明平臺(tái)采用經(jīng)過(guò)改進(jìn)的平面五桿機(jī)構(gòu)作為腿部結(jié)構(gòu)構(gòu)，該平面五桿機(jī)構(gòu)為平面閉鏈機(jī)構(gòu)，在保持開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)的良好柔性基礎(chǔ)上，兼具了閉鏈機(jī)構(gòu)剛性好的優(yōu)點(diǎn)，具有運(yùn)動(dòng)慣性低、運(yùn)動(dòng)響應(yīng)速度快以及承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)由于將俯仰驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)作為一個(gè)獨(dú)立單元，降低了機(jī)器人腿進(jìn)行俯仰動(dòng)作過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)慣性，使該機(jī)構(gòu)具有優(yōu)越的動(dòng)態(tài)性能；同時(shí)改進(jìn)平面五桿機(jī)構(gòu)這一并聯(lián)機(jī)構(gòu)的引入，使整個(gè)腿機(jī)構(gòu)具有較大的剛度質(zhì)量比，有效提高了機(jī)器人的承載能力。
[0014]2.本發(fā)明平臺(tái)的足端基于人體足弓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用彈簧鋼材料制成，從而起到良好的緩沖作用，降低了地面對(duì)機(jī)器人的沖擊力。
[0015]3.本發(fā)明平臺(tái)的腿結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)為一體化結(jié)構(gòu)，且其中一個(gè)關(guān)節(jié)集成了變剛度主動(dòng)柔性關(guān)節(jié)作為輸出，采用這種一體化關(guān)節(jié)支架結(jié)構(gòu)保證了支架的剛度以及俯仰關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)精度。
[0016]4.本發(fā)明平臺(tái)的腿結(jié)構(gòu)由連桿機(jī)構(gòu)，俯仰驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，足尖構(gòu)成，且連桿機(jī)構(gòu)，含有彈簧桿的平行四邊形機(jī)構(gòu)和變剛度主動(dòng)柔性關(guān)節(jié)，使機(jī)器人單腿具有很高的柔性，充分的提高了機(jī)器人在行走過(guò)程當(dāng)中的能量利用效率，且由于變剛度主動(dòng)柔性關(guān)節(jié)的采用，使機(jī)器人具有了一定的腿部剛度主動(dòng)控制能力，使控制機(jī)器人行走過(guò)程當(dāng)中足端接觸力更加方便可靠，可極大的緩減足端沖擊，進(jìn)而增加了零部件壽命以及可靠性，同時(shí)也增加了機(jī)器人行走過(guò)程中的穩(wěn)定性。
[0017]5.本發(fā)明平臺(tái)各個(gè)模塊由于采用模塊化設(shè)計(jì)，更換不同形式的模塊式方便快捷。腿模塊部分足尖可以更換為不同形式，主動(dòng)變剛度柔性關(guān)節(jié)也可以更換為不同形式。
[0018]6.本發(fā)明平臺(tái)足尖具有柔性緩沖能力，腿模塊具有主動(dòng)變剛度柔性關(guān)節(jié)和彈簧桿，機(jī)身模塊的橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)可以集成主動(dòng)變剛度柔性關(guān)節(jié)，從而從下到上具有多級(jí)緩沖能力。
[0019]7.本發(fā)明平臺(tái)機(jī)身模塊的“保護(hù)籠”結(jié)構(gòu)，極大的降低了機(jī)器人整體的重心位置，有利于機(jī)器人行走過(guò)程中的穩(wěn)定性。
[0020]8.本發(fā)明機(jī)身模塊集成橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了腿模塊的設(shè)計(jì)難度，從而減輕了腿模塊的質(zhì)量，提高了機(jī)器人的能量利用率。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明四足機(jī)器人平臺(tái)一種實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明四足機(jī)器人平臺(tái)一種實(shí)施例的柔性腿結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3為本發(fā)明四足機(jī)器人平臺(tái)一種實(shí)施例的俯仰驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4為本發(fā)明四足機(jī)器人平臺(tái)一種實(shí)施例的俯仰驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)零部件爆炸結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖5為本發(fā)明四足機(jī)器人平臺(tái)一種實(shí)施例的柔性腿連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖6為本發(fā)明四足機(jī)器人平臺(tái)一種實(shí)施例的柔性腿連桿機(jī)構(gòu)各連桿連接位置圖；
[0027]圖7為本發(fā)明四足機(jī)器人平臺(tái)一種實(shí)施例的柔性腿連桿機(jī)構(gòu)彈簧桿立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖8為本發(fā)明四足機(jī)器人平臺(tái)一種實(shí)施例的柔性腿連桿機(jī)構(gòu)彈簧桿剖視圖；
[0029]圖9為本發(fā)明四足機(jī)器人平臺(tái)一種實(shí)施例的足尖爆炸結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖10為本發(fā)明四足機(jī)器人平臺(tái)一種實(shí)施例的機(jī)身模塊立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖11為本發(fā)明四足機(jī)器人平臺(tái)一種實(shí)施例的橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)諧波減速器組件，橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件，橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)軸承支座組件在機(jī)身底板上配裝示意圖；
[0032]圖12為本發(fā)明四足機(jī)器人平臺(tái)一種實(shí)施例的俯仰驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)以及橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)在機(jī)身上底板安裝結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖中，1-俯仰驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，2-連桿機(jī)構(gòu)，3-機(jī)器人足尖，4-機(jī)身；11-關(guān)節(jié)支架，102_1號(hào)同步帶輪，103-2號(hào)同步帶輪，104-3號(hào)同步帶輪，105-4號(hào)同步帶輪，106-1號(hào)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，107-2號(hào)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，108-1號(hào)諧波減速器，109-2號(hào)諧波減速器，110-變剛度主動(dòng)柔性關(guān)節(jié)，111-關(guān)節(jié)墊板，112-連接架;201-柔性關(guān)節(jié)輸出桿，202-三角桿，203-彈簧桿，204-足尖連接架，205-小腿桿，206-關(guān)節(jié)三孔長(zhǎng)桿，207-光桿，208-從動(dòng)連桿，209-平行桿連接架，210-輸出桿;301-三維力學(xué)傳感器，302-三維力學(xué)傳感器支架，303-足弓；401-桁架，402-機(jī)身上底板，403-機(jī)身支撐桿，404-機(jī)身下底板，405-橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)；2031-桿端關(guān)節(jié)軸承，2032-關(guān)節(jié)軸承支架，2033-導(dǎo)桿，2034-彈簧支座，2035-直線軸承，2036-彈簧桿連接架，2037-聚氨酯塊，2038-連接板，2039-超級(jí)彈簧。4051-橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)諧波減速器組件及其安裝支架，4052-橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件及其安裝支架，4053-橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)軸承及其支座組件。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。實(shí)施例是以本發(fā)明所述技術(shù)方案為前提進(jìn)行的具體實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和過(guò)程，但并不以此作為對(duì)本申請(qǐng)權(quán)利要求保護(hù)范圍的限定。
[0035]本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種四足機(jī)器人平臺(tái)(簡(jiǎn)稱平臺(tái)，參見(jiàn)圖1-12)包括機(jī)身模和腿模塊，其特征在于所述的腿模塊為平面五桿機(jī)構(gòu)柔性腿，該柔性腿或腿結(jié)構(gòu)采用模塊設(shè)計(jì)，包括俯仰驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)(t吳塊)1、連桿機(jī)構(gòu)(t吳塊)2和足尖(t吳塊)3 ；所述連桿機(jī)構(gòu)t吳塊2—端連接俯仰驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)模塊I，另一端連接足尖模塊3;俯仰運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)模塊I位于連桿機(jī)構(gòu)模塊2上方，足尖模塊3位于連桿機(jī)構(gòu)模塊2下方(參見(jiàn)圖2);
[0036]所述俯仰運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)1(參見(jiàn)圖3，圖4)包括關(guān)節(jié)支架101、1號(hào)同步帶輪102，2號(hào)同步帶輪103，3號(hào)同步帶輪104、4號(hào)同步帶輪105; I號(hào)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)106，2號(hào)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)107，I號(hào)諧波減速器108，2號(hào)諧波減速器109、變剛度主動(dòng)柔性關(guān)節(jié)110，關(guān)節(jié)墊板111，連接架112以及連接螺栓和組成外殼的零件(因?yàn)槭欠呛诵牧慵?，圖中未標(biāo)號(hào))。1號(hào)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)106與2號(hào)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)107安裝在關(guān)節(jié)支架101右側(cè)上方，I號(hào)諧波減速器108與2號(hào)諧波減速器109安裝在關(guān)節(jié)支架101右側(cè)下方，I號(hào)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)106與2號(hào)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)107輸出軸穿過(guò)關(guān)節(jié)支架101上方兩孔，I號(hào)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)106輸出軸連接I號(hào)同步帶輪102，2號(hào)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)107輸出軸連接3號(hào)同步帶輪104，I號(hào)諧波減速器108與2號(hào)諧波減速器109的輸入軸穿過(guò)關(guān)節(jié)支架101下方兩孔，I號(hào)諧波減速器108輸入軸與2號(hào)同步帶輪103連接，2號(hào)諧波減速器109輸入軸與4號(hào)同步帶輪105連接；I號(hào)同步帶輪102與2號(hào)同步帶輪103通過(guò)同步帶連接，3號(hào)同步帶輪104與4號(hào)同步帶輪105通過(guò)同步帶連接；I號(hào)諧波減速器108右側(cè)與變剛度主動(dòng)柔性關(guān)節(jié)110連接，2號(hào)諧波減速器109右側(cè)連接關(guān)節(jié)墊板111;關(guān)節(jié)支架101右側(cè)與連接架112連接，連接架112與外殼相連，圖中剩余未進(jìn)行標(biāo)注的零件也是構(gòu)成俯仰運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)I的重要組成部分，其作用是和關(guān)節(jié)支架101 —起構(gòu)成俯仰運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)I的外殼。
[0037]所述連桿機(jī)構(gòu)2(參見(jiàn)圖5，圖6)包括柔性關(guān)節(jié)輸出桿201，三角桿202，彈簧桿203，足尖連接架204，小腿桿205，關(guān)節(jié)三孔長(zhǎng)桿206，光桿207，從動(dòng)連桿208，平行桿連接架209和輸出桿210。所述連桿機(jī)構(gòu)2為改進(jìn)的平面五桿機(jī)構(gòu)，是傳統(tǒng)的兩自由度5R型平面五桿機(jī)構(gòu)的一種新改進(jìn)，其中俯仰驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)視作機(jī)架，俯仰驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)上有兩個(gè)處在同一水平高度的I號(hào)鉸接點(diǎn)(A)和1號(hào)鉸接點(diǎn)(I )，分別鉸接有兩個(gè)連桿(AB)和(I H);連桿(AB)的2號(hào)鉸接點(diǎn)(B)處連接有連桿(BFE)，2號(hào)鉸接點(diǎn)(B)、6號(hào)鉸接點(diǎn)(F)、5號(hào)鉸接點(diǎn)(E)為鉸接點(diǎn)，6號(hào)鉸接點(diǎn)(F)在中間，連桿(IH)下連接有連桿(HF)，這樣就組成了一個(gè)傳統(tǒng)的兩自由度5R型平面五桿機(jī)構(gòu)，由于俯仰運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)為機(jī)架，這個(gè)五桿機(jī)構(gòu)是一個(gè)雙曲柄機(jī)構(gòu);在連桿(AB)的2號(hào)鉸接點(diǎn)(B)處，連接有三角桿(CBG)，此三腳桿呈正三角放置，3號(hào)鉸接點(diǎn)(C)、2號(hào)鉸接點(diǎn)(B)、7號(hào)鉸接點(diǎn)(G)三個(gè)鉸接點(diǎn)在三腳桿的三個(gè)頂點(diǎn)處;在俯仰運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)上還有一個(gè)鉸接點(diǎn)9號(hào)鉸接點(diǎn)(R)，9號(hào)鉸接點(diǎn)(R)位于I號(hào)鉸接點(diǎn)(A)和10號(hào)鉸接點(diǎn)(I)中間偏下的位置，9號(hào)鉸接點(diǎn)(R)連接連桿(RG)，(RG)和三角桿(CBG)連接于7號(hào)鉸接點(diǎn)(G)，這樣在主動(dòng)桿(AB)上就形成了一個(gè)平行四邊形結(jié)構(gòu);連桿(BFE)的5號(hào)鉸接點(diǎn)(E)處連接有連桿(ED)，在三角桿(CBG)的3號(hào)鉸接點(diǎn)(C)出和連桿(ED)的5號(hào)鉸接點(diǎn)(E)中間是一個(gè)彈簧桿，這樣就構(gòu)成了一個(gè)帶有彈簧桿的平行四邊形結(jié)構(gòu)。
[0038]具體看，柔性關(guān)節(jié)輸出桿201的一端與變剛度主動(dòng)柔性關(guān)節(jié)110連接，另一端與三角桿202鉸接于2號(hào)鉸接點(diǎn)(B);三角桿202與從動(dòng)連桿208鉸接于7號(hào)鉸接點(diǎn)(G)，從連動(dòng)桿208與平行桿連接架209鉸接于9號(hào)鉸接點(diǎn)(R)，平行桿連接架209與連接架112連接，ABGR構(gòu)成一個(gè)常規(guī)的平行四邊形結(jié)構(gòu)(參見(jiàn)圖6);三角桿202與彈簧桿203連接于3號(hào)鉸接點(diǎn)(C)，彈簧桿203與小腿桿205連接于4號(hào)鉸接點(diǎn)(D)，小腿桿205與關(guān)節(jié)三孔長(zhǎng)桿206鉸接于5號(hào)鉸接點(diǎn)(E)，關(guān)節(jié)三孔長(zhǎng)桿206與三角桿202以及柔性關(guān)節(jié)輸出桿201同時(shí)鉸接于2號(hào)鉸接點(diǎn)(B);BCDE構(gòu)成一個(gè)帶有彈簧桿的平行四邊形結(jié)構(gòu)(參見(jiàn)圖6);關(guān)節(jié)三孔長(zhǎng)桿206與光桿207鉸接于6號(hào)鉸接點(diǎn)(F)，光桿207與輸出桿210鉸接于8號(hào)鉸接點(diǎn)(H)，輸出桿210與關(guān)節(jié)墊板連接；ABFHI構(gòu)成一個(gè)平面五桿機(jī)構(gòu)(參見(jiàn)圖6)；
[0039]所述連桿機(jī)構(gòu)2中的彈簧桿203(參見(jiàn)圖7，圖8)左半部分由桿端關(guān)節(jié)軸承2031，關(guān)節(jié)軸承支架2032，導(dǎo)桿2033，彈簧支座2034，直線軸承2035，彈簧桿連接架2036，聚氨酯塊2037，連接板2038和超級(jí)彈簧2039組成，直線軸承2035的軸承支座未標(biāo)出。左端為桿端關(guān)節(jié)軸承2031，桿端關(guān)節(jié)軸承2031右邊連接關(guān)節(jié)軸承支架2032，關(guān)節(jié)軸承支架2032連接著導(dǎo)桿2033，導(dǎo)桿2033左側(cè)套著彈簧支座2034，右側(cè)安裝直線軸承2035軸承支座，直線軸承2035軸承支座右側(cè)連接彈簧桿連接架2036，導(dǎo)桿2033另一端與聚氨酯塊2037連接。彈簧桿203右半部份與左半部分結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱，不贅述。
[0040]所述機(jī)器人足尖3(參見(jiàn)圖10)由三維力學(xué)傳感器301，三維力學(xué)傳感器支架302，足弓303組成。三維力學(xué)傳感器301通過(guò)足尖連接架204連接到連桿機(jī)構(gòu)上，三維力學(xué)傳感器301下面與三維力學(xué)傳感器支架302連接，三維力學(xué)傳感器支架302下面與足弓303連接。
[0041]本發(fā)明的進(jìn)一步特征在于所述機(jī)身模塊包括機(jī)器人橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)、桁架、機(jī)身上底板、機(jī)身支撐桿以及機(jī)身下底板組成，機(jī)身模塊中機(jī)器人橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)數(shù)量為四個(gè)，每個(gè)機(jī)器人橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)由一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，一個(gè)諧波減速器，以及連接二者的同步帶組成，機(jī)器人四肢的橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)對(duì)稱布置在機(jī)身上底板的底面，諧波減速器上均可安裝變剛度主動(dòng)柔性關(guān)節(jié)，從而使四足機(jī)器人腿部的橫擺運(yùn)動(dòng)具有主動(dòng)可控的剛度控制能力;機(jī)身模塊各零部件連接方式為:機(jī)身下底板上間隔均布著二十根機(jī)身支撐桿，機(jī)身支撐桿上連接著機(jī)身上底板，這樣機(jī)身上底板，機(jī)身下底板以及機(jī)身支撐桿便構(gòu)成了 “保護(hù)籠”結(jié)構(gòu)，用于安裝機(jī)器人的橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)以及其他零部件，機(jī)身上底板上又連接著桁架，橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)對(duì)稱安裝在機(jī)身上底板，呈左右前后對(duì)稱分布。
[0042]所述機(jī)身模塊4(參見(jiàn)圖11，圖12)由機(jī)器人橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)405、桁架401、機(jī)身上底板402、機(jī)身支撐桿403以及機(jī)身下底板404組成，桁架401在最上方，為焊接結(jié)構(gòu)，通過(guò)螺栓與機(jī)身上底板402固連，機(jī)身上底板402與計(jì)生下底板404通過(guò)機(jī)身支撐桿連接在一起，橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)405對(duì)稱安裝在機(jī)身上底板402上，呈左右前后對(duì)稱分布。
[0043]所述橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)405通過(guò)橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)諧波減速器組件4051與俯仰運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)I 一端的外殼連接，俯仰運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)I另一端上突出的短軸與所述橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)軸承支座4053套裝在一起，這樣的安裝方式保證了俯仰運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)I可以繞著橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)諧波減速器組件4051與橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)軸承支座4053的軸線旋轉(zhuǎn)(參見(jiàn)圖⑵。
[0044]所述機(jī)身模塊包括機(jī)器人橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)、桁架、機(jī)身上底板、機(jī)身支撐桿以及機(jī)身下底板組成，每個(gè)機(jī)器人橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)由一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，一個(gè)諧波減速器以及連接二者的同步帶組成；
[0045]所述機(jī)身模塊中橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)對(duì)稱布置在機(jī)身上底板的底面，且橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)可以安裝變剛度主動(dòng)柔性關(guān)節(jié)，具體安裝位置是橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)內(nèi)部的各個(gè)諧波減速器上，從而使四足機(jī)器人腿部的橫擺運(yùn)動(dòng)具有主動(dòng)可控的剛度控制能力；
[0046]所述機(jī)身模塊各零部件連接方式為:機(jī)身下底板上間隔均布著機(jī)身支撐桿，機(jī)身支撐桿上連接著機(jī)身上底板，這樣機(jī)身上底板，機(jī)身下底板以及機(jī)身支撐桿便構(gòu)成了 “保護(hù)籠”結(jié)構(gòu)，“保護(hù)籠”上部為機(jī)身上底板，機(jī)身上底板上又連接著桁架，機(jī)身上底板和桁架視為機(jī)身模塊的上層，“保護(hù)籠”視為機(jī)身模塊的下層，從而構(gòu)成上下分層結(jié)構(gòu)，橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)對(duì)稱安裝在機(jī)身模塊的下層，連接在機(jī)身上底板，呈左右前后對(duì)稱分布。
[0047]本發(fā)明平臺(tái)的動(dòng)力傳動(dòng)路線如下:橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件4052通過(guò)同步帶(未標(biāo)出)將動(dòng)力傳遞到橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)諧波減速器組件4051，橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)諧波減速器組件4051帶動(dòng)俯仰運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)I旋轉(zhuǎn)，從而將動(dòng)力傳遞到了機(jī)器人腿上，此動(dòng)力傳遞的結(jié)果可以使機(jī)器人腿產(chǎn)生橫擺運(yùn)動(dòng)。I號(hào)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)106將輸出動(dòng)力經(jīng)過(guò)I號(hào)同步帶輪102，同步帶，2號(hào)同步帶輪103，將動(dòng)力傳送到I號(hào)諧波減速器108，I號(hào)諧波減速器108將傳送過(guò)來(lái)的動(dòng)力傳送到變剛度主動(dòng)柔性關(guān)節(jié)110，變剛度主動(dòng)柔性關(guān)節(jié)110將動(dòng)力傳送至連桿機(jī)構(gòu)2; 2號(hào)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)107將動(dòng)力經(jīng)過(guò)3號(hào)同步帶輪104、同步帶、4號(hào)同步帶輪105將動(dòng)力傳送到2號(hào)諧波減速器109，2號(hào)諧波減速器109將動(dòng)力傳送至關(guān)節(jié)墊板111，關(guān)節(jié)墊板111和連桿機(jī)構(gòu)2相連;連桿機(jī)構(gòu)2和機(jī)器人足尖3相連，最終，動(dòng)力被傳送到機(jī)器人足尖3末端。此動(dòng)力傳遞的結(jié)果可以使機(jī)器人腿產(chǎn)生俯仰運(yùn)動(dòng)。
[0048]本發(fā)明平臺(tái)的柔性腿的工作原理及工作過(guò)程如下:本發(fā)明平臺(tái)的腿結(jié)構(gòu)是創(chuàng)新設(shè)計(jì)。連桿機(jī)構(gòu)2為改進(jìn)的平面五桿機(jī)構(gòu)，在不同的工況下通過(guò)匹配I號(hào)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)106和2號(hào)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)107以及橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件4052中電機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)中各桿的相對(duì)位置發(fā)生改變，連桿機(jī)構(gòu)又帶動(dòng)足尖發(fā)生位置改變，從而，獲得不同的腿步態(tài)，將此柔性腿安裝與四足機(jī)器人上，進(jìn)而可以獲得不同的四足機(jī)器人步態(tài)。
[0049]本發(fā)明平臺(tái)腿結(jié)構(gòu)安裝在四足機(jī)器人機(jī)身上以后，當(dāng)四足機(jī)器人行走時(shí)，各腿的足端和地面的接觸力會(huì)因?yàn)闄C(jī)器人承載質(zhì)量、行走加速度以及速度、路面狀況、機(jī)身姿態(tài)的不同而不同，足端與地面接觸力由三維力學(xué)傳感器301測(cè)得，測(cè)得量傳送到機(jī)器人控制單元，經(jīng)過(guò)控制單元計(jì)算足端與地面實(shí)際接觸力與理論接觸力的差距，進(jìn)而控制單元控制變剛度主動(dòng)柔性關(guān)節(jié)改變關(guān)節(jié)剛度值，最終使機(jī)器人足端與地面接觸力達(dá)到理想狀態(tài)。
[0050]本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種四足機(jī)器人平臺(tái)，該平臺(tái)包括機(jī)身模塊和腿模塊，其特征在于所述的腿模塊為平面五桿機(jī)構(gòu)柔性腿，該柔性腿包括俯仰驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)模塊、連桿機(jī)構(gòu)模塊和足尖模塊;所述連桿機(jī)構(gòu)一端連接俯仰驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)模塊，另一端連接足尖模塊； 所述俯仰驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)模塊、包括變剛度主動(dòng)柔性關(guān)節(jié)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、諧波減速器、同步帶、諧波減速器及其驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在同一支撐架上，其中一個(gè)諧波減速器集成了變剛度主動(dòng)柔性關(guān)節(jié)作為輸出；支撐架左側(cè)上部安裝兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，這兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸穿過(guò)支撐架上對(duì)應(yīng)得軸孔，驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸在穿過(guò)對(duì)應(yīng)軸孔后安裝著同步帶輪;在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的下方，有兩個(gè)諧波減速器對(duì)應(yīng)的安裝在支撐架左側(cè)，諧波減速器的輸入軸穿過(guò)支撐架上對(duì)應(yīng)的軸孔，諧波減速器輸入軸在穿過(guò)對(duì)應(yīng)軸孔以后，安裝有同步帶輪;同步帶安裝在諧波減速器和對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的同步帶輪上;在諧波減速器的右側(cè)，其中一個(gè)安裝著變剛度主動(dòng)柔性關(guān)節(jié)；以上支撐架可以視作一個(gè)方形的框架結(jié)構(gòu)，左右前后為四塊板材，上下部位為鏤空的，沒(méi)有板材之類的覆蓋，以上驅(qū)動(dòng)電機(jī)，諧波減速器，變剛度主動(dòng)柔性關(guān)節(jié)均安裝在支撐架構(gòu)成的框架結(jié)構(gòu)內(nèi)； 所述足尖包括三維力學(xué)傳感器，三維力學(xué)傳感器支架和足弓；三維力學(xué)傳感器下面與三維力學(xué)傳感器支架連接，三維力學(xué)傳感器支架下面與足弓連接，足弓為對(duì)稱結(jié)構(gòu);所述連桿機(jī)構(gòu)具有(A)、(B)、(C)、(D)、(E)、(F)、(G)、(H)、(R)和(I)共10個(gè)鉸接點(diǎn)，利用所述的10個(gè)鉸接點(diǎn)，把各連桿鉸接為一個(gè)常規(guī)的四桿機(jī)構(gòu)、一個(gè)帶有彈簧桿的四桿機(jī)構(gòu)和一個(gè)平面五邊形五桿機(jī)構(gòu);其中，連桿AB、BG、GR和AR構(gòu)成一個(gè)常規(guī)的平行四邊形四桿機(jī)構(gòu);連桿BC、⑶、DE和EB構(gòu)成另一個(gè)帶有彈簧桿的平行四邊形四桿機(jī)構(gòu)，其中連桿CD是所述的彈簧桿;依次連接鉸接點(diǎn)(A)、(B)、(F)、(H)和(I)的各連桿構(gòu)成一個(gè)平面五邊形五桿機(jī)構(gòu);鉸接點(diǎn)(A)、(R)、(I)用于把所述連桿機(jī)構(gòu)固定在俯仰驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)上； 所述腿模塊采用順向?qū)ΨQ布置于機(jī)身模塊的下底板，其中，機(jī)身模塊左側(cè)兩個(gè)腿模塊的結(jié)構(gòu)形式完全相同，右側(cè)兩個(gè)腿模塊的結(jié)構(gòu)形式也完全相同，左右兩側(cè)的腿模塊在結(jié)構(gòu)形式上呈鏡像對(duì)稱結(jié)構(gòu)形式。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四足機(jī)器人平臺(tái)，其特征在于所述機(jī)身模塊包括機(jī)器人橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)、桁架、機(jī)身上底板、機(jī)身支撐桿以及機(jī)身下底板，機(jī)身模塊中機(jī)器人橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)數(shù)量為四個(gè)，每個(gè)機(jī)器人橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)由一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，一個(gè)諧波減速器，以及連接二者的同步帶組成，機(jī)器人四肢的橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)對(duì)稱布置在機(jī)身上底板的底面，但是各個(gè)諧波減速器上均可安裝變剛度主動(dòng)柔性關(guān)節(jié)，，從而使四足機(jī)器人腿部的橫擺運(yùn)動(dòng)具有主動(dòng)可控的剛度控制能力;機(jī)身模塊各零部件連接方式為:機(jī)身下底板上間隔均布著二十根機(jī)身支撐桿，機(jī)身支撐桿上連接著機(jī)身上底板，這樣機(jī)身上底板，機(jī)身下底板以及機(jī)身支撐桿便構(gòu)成了 “保護(hù)籠”，用于安裝機(jī)器人的橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)以及其他零部件，機(jī)身上底板上又連接著桁架，橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)對(duì)稱安裝在機(jī)身上底板，呈左右前后對(duì)稱分布O3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四足機(jī)器人平臺(tái)，其特征在于所述機(jī)身模塊各零部件連接方式為:機(jī)身下底板上間隔均布著機(jī)身支撐桿，機(jī)身支撐桿上連接著機(jī)身上底板，這樣機(jī)身上底板，機(jī)身下底板以及機(jī)身支撐桿便構(gòu)成了 “保護(hù)籠”結(jié)構(gòu)，“保護(hù)籠”上部為機(jī)身上底板，機(jī)身上底板上又連接著桁架，機(jī)身上底板和桁架視為機(jī)身模塊的上層，“保護(hù)籠”視為機(jī)身模塊的下層，從而構(gòu)成上下分層結(jié)構(gòu)，橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)對(duì)稱安裝在機(jī)身模塊的下層，連接在機(jī)身上底板，呈左右前后對(duì)稱分布。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四足機(jī)器人平臺(tái)，其特征在于所述橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)通過(guò)橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)諧波減速器組件與俯仰運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)一端的外殼連接，俯仰運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)另一端上突出的短軸與所述橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)軸承支座套裝在一起，這樣的安裝方式保證了俯仰運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)可以繞著橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)諧波減速器組件與橫擺運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)軸承支座的軸線旋轉(zhuǎn)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四足機(jī)器人平臺(tái)，其特征在于所述足弓系數(shù)為0.33，采用彈簧鋼制成。
【文檔編號(hào)】B62D57/032GK106005089SQ201610538365
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月8日
【發(fā)明人】張小俊, 丁國(guó)帥, 史延雷, 張明路
【申請(qǐng)人】河北工業(yè)大學(xué)