CN105501324B - 液压马达驱动的武装机器人三自由度简易小惯量仿生腿 - Google Patents

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Abstract

本发明属于武装机器人技术领域，具体涉及一种液压马达驱动的武装机器人三自由度简易小惯量仿生腿，其包括：髋关节X向液压马达、臀部、膝关节液压马达、髋关节Y向液压马达、大腿、小腿、膝关节传动杆；本发明具备如下有益效果：结构简单，三个关节中的两个由液压马达直接驱动，即实现了腿部的灵活运动；转动惯量小，三个液压马达集中在臀部周围；可利用液压马达上的编码盘来测定关节角；大腿和小腿上结构简单，可减少零件数目，增加强度；关节力矩不随关节角的改变而改变，输出力矩平稳；液压马达功率密度高；关节转角可以灵活设置。

Description

液压马达驱动的武装机器人三自由度简易小惯量仿生腿
技术领域
本发明属于武装机器人技术领域，具体涉及一种液压马达驱动的武装机器人三自由度简易小惯量仿生腿。
背景技术
不规则和不平坦的复杂地形环境使轮式机器人和履带式武装机器人的应用受到限制，原因在于轮式和履带式武装机器人的运动轨迹是一条条连续的辙迹。崎岖地形中往往含有岩石、泥土、沙子甚至峭壁和陡坡等障碍物，可以稳定支撑武装机器人的连续路径十分有限。相比轮式或履带式武装机器人，足式武装机器人运动时只需要离散的点接触地面，对复杂地形的适应能力更强。另外，足式武装机器人的腿部具有多个自由度，使运动的灵活性大大增强，它可以通过调节支撑腿的长度和足部落点保持身体平衡，不易倾翻，稳定性更高。因此足式机器人具有广阔的应用前景。
目前足式武装机器人仿生腿关节一般由液压缸或电机等驱动器直接带动，通过不同关节驱动器的运动可以实现较快的响应速度和较复杂的末端轨迹，但是存在以下缺点：1、下一关节的驱动器作为上一关节驱动器的负载，影响到腿部的响应速度和工作效率；2、若以电机为驱动器，则功率密度小；3、若采用液压缸或直线电机等直线驱动器，则关节在不同摆角下的输出力矩不同，关节活动范围难以改变。4、一些采用直线驱动器或连杆机构传递动力的关节其转角与驱动器的形成非线性关系，增加了计算量。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何提供一种结构简单、转动惯量小、关节输出力矩平稳的足式武装机器人行走装置，以克服现有足式武装机器人仿生腿转动惯量大、关节输出力矩不平稳和功率密度小的问题。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种液压马达驱动的武装机器人三自由度简易小惯量仿生腿，其特征在于，其包括：髋关节X向液压马达1、臀部2、膝关节液压马达3、髋关节Y向液压马达4、大腿5、小腿6、膝关节传动杆7；
其中，臀部2与机器人机身组成的关节称为髋关节X向，臀部2与大腿5组成的关节称为髋关节Y向，大腿5与小腿6组成的关节称为膝关节；
髋关节X向液压马达1通过联轴器与臀部2连接，带动整条腿进行髋关节X向的摆动；
所述髋关节Y向液压马达4固定于臀部2上，通过联轴器与大腿5相连；所述膝关节液压马达3固定于臀部2上，通过膝关节传动杆7与小腿6连接；其中，所述膝关节液压马达3与髋关节Y向液压马达4的输出轴同轴线，其轴线且与髋关节X向液压马达1的输出轴轴线垂直且相交；
大腿5与小腿6铰接；膝关节传动杆7与膝关节液压马达3进行偏心铰接；膝关节传动杆7与小腿6铰接；
工作过程中，髋关节X向液压马达1的输出轴与臀部2直接相连，带动整条腿绕x轴旋转；髋关节Y向液压马达4固定在臀部2上，输出轴与大腿5直接相连，带动大腿及小腿绕y轴旋转，其转轴与髋关节X向液压马达1的转轴垂直且相交；膝关节液压马达3与髋关节Y向液压马达4同轴，固定在大腿5上，膝关节传动杆7的上端固定在膝关节液压马达3转子的一侧，以大腿5为机架，同膝关节液压马达3和小腿5形成了四连杆机构，从而将膝关节液压马达3的动力传递至膝关节。
(三)有益效果
与现有技术相比较，本发明具备如下有益效果：
(1)结构简单，三个关节中的两个由液压马达直接驱动，即实现了腿部的灵活运动；
(2)转动惯量小，三个液压马达集中在臀部周围；
(3)可利用液压马达上的编码盘来测定关节角；
(4)大腿和小腿上结构简单，可减少零件数目，增加强度；
(5)关节力矩不随关节角的改变而改变，输出力矩平稳；
(6)液压马达功率密度高；
(7)关节转角可以灵活设置。
附图说明
图1为本发明技术方案结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为解决现有技术问题，本发明提供一种液压马达驱动的武装机器人三自由度简易小惯量仿生腿，如图1所示，其特征在于，其包括：髋关节X向液压马达1、臀部2、膝关节液压马达3、髋关节Y向液压马达4、大腿5、小腿6、膝关节传动杆7；
其中，臀部2与机器人机身组成的关节称为髋关节X向，臀部2与大腿5组成的关节称为髋关节Y向，大腿5与小腿6组成的关节称为膝关节；
髋关节X向液压马达1通过联轴器与臀部2连接，带动整条腿进行髋关节X向的摆动；
所述髋关节Y向液压马达4固定于臀部2上，通过联轴器与大腿5相连；所述膝关节液压马达3固定于臀部2上，通过膝关节传动杆7与小腿6连接；其中，所述膝关节液压马达3与髋关节Y向液压马达4的输出轴同轴线，其轴线且与髋关节X向液压马达1的输出轴轴线垂直且相交；
大腿5与小腿6铰接；膝关节传动杆7与膝关节液压马达3进行偏心铰接；膝关节传动杆7与小腿6铰接；
工作过程中，髋关节X向液压马达1的输出轴与臀部2直接相连，带动整条腿绕x轴旋转；髋关节Y向液压马达4固定在臀部2上，输出轴与大腿5直接相连，带动大腿及小腿绕y轴旋转，其转轴与髋关节X向液压马达1的转轴垂直且相交；膝关节液压马达3与髋关节Y向液压马达4同轴，固定在大腿5上，膝关节传动杆7的上端固定在膝关节液压马达3转子的一侧，以大腿5为机架，同膝关节液压马达3和小腿5形成了四连杆机构，从而将膝关节液压马达3的动力传递至膝关节。
实施例1
本实施例中提供一种以液压马达为驱动器的三自由度简易小惯量仿生腿，其特征在于：包括三个液压马达，仿生腿传动机构，臀部，大腿和小腿，髋关节两个方向的旋转运动由两个液压马达直接驱动，膝关节由第三个液压马达通过连杆驱动。
所述三个液压马达分别控制髋关节X向、髋关节Y向和膝关节，分别称为髋关节X向液压马达、髋关节Y向液压马达和膝关节液压马达。
所述髋关节X向液压马达固定在机身上，连接臀部，当髋关节X向液压马达运动时带动整条腿做X向转动。
所述髋关节Y向液压马达固定在臀部，连接大腿，其转轴与髋关节Y向液压马达垂直且相交当髋关节Y向液压马达运动时带动大腿和小腿做Y向转动。
所述膝关节液压马达固定在大腿靠臀部一侧，与髋关节Y向液压马达同轴，通过连杆机构连接小腿，当膝关节液压马达运动时带动小腿做Y向转动。
所述三个液压马达可以进行联动，使末端形成不同的轨迹。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种液压马达驱动的武装机器人三自由度简易小惯量仿生腿，其特征在于，其包括：髋关节X向液压马达(1)、臀部(2)、膝关节液压马达(3)、髋关节Y向液压马达(4)、大腿(5)、小腿(6)、膝关节传动杆(7)；
其中，臀部(2)与机器人机身组成的关节称为髋关节X向，臀部(2)与大腿(5)组成的关节称为髋关节Y向，大腿(5)与小腿(6)组成的关节称为膝关节；
髋关节X向液压马达(1)通过联轴器与臀部(2)连接，带动整条腿进行髋关节X向的摆动；
所述髋关节Y向液压马达(4)固定于臀部(2)上，通过联轴器与大腿(5)相连；所述膝关节液压马达(3)固定于臀部(2)上，通过膝关节传动杆(7)与小腿(6)连接；其中，所述膝关节液压马达(3)与髋关节Y向液压马达(4)的输出轴同轴线，其轴线且与髋关节X向液压马达(1)的输出轴轴线垂直且相交；
大腿(5)与小腿(6)铰接；膝关节传动杆(7)与膝关节液压马达(3)进行偏心铰接；膝关节传动杆(7)与小腿(6)铰接；
工作过程中，髋关节X向液压马达(1)的输出轴与臀部(2)直接相连，带动整条腿绕x轴旋转；髋关节Y向液压马达(4)固定在臀部(2)上，输出轴与大腿(5)直接相连，带动大腿及小腿绕y轴旋转，其转轴与髋关节X向液压马达(1)的转轴垂直且相交；膝关节液压马达(3)与髋关节Y向液压马达(4)同轴，固定在大腿(5)上，膝关节传动杆(7)的上端固定在膝关节液压马达(3)转子的一侧，以大腿(5)为机架，同膝关节液压马达(3)和小腿(5)形成了四连杆机构，从而将膝关节液压马达(3)的动力传递至膝关节。
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