CN110509738A - 基于地面封闭的六自由度串联支链腿 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于地面封闭的六自由度串联支链腿，其包括第一升降模块、第一转向模块和第一行走模块，第一升降模块的第一导轨与第一滑块第一升降模块Pz副连接，且第一升降模块Pz副通过第一丝杠与第一丝母传动连接，第一转向模块的第一转向小齿轮分别设于第一转向大齿轮的两侧，且与第一转向大齿轮啮合R_z副驱动，第一行走模块的第一车轮通过第一行走电机R_y副驱动，第一车轮与地面接触，构成S⁺副连接，且与第一升降模块、第一转向模块以及第一行走模块共同构成构型为P_zR_zR_yS⁺的六自由度串联支链腿。本发明提供一种基于地面封闭的六自由度串联支链腿，使得第一车轮与地面接触时，可以实现六自由度全向运动，具有灵活性高，适用性强等优点。

Description

基于地面封闭的六自由度串联支链腿

技术领域

本发明属于调姿对接辅助装备技术领域，具体涉及一种基于地面封闭的P_zR_zR_yS⁺/R_zP_zR_yS⁺六自由度串联支链腿。

背景技术

随着科学技术的进步与发展，工业机器人正在逐步代替人工，在工业及生产生活中发挥着越来越重要的作用。在传统的搬运及调姿过程中，多采用AGV小车或全向调姿小车，其普遍采用支撑腿与行走车轮分开式布置，即行走与调姿是分步骤进行，需要两套控制***，这使得相关产品的生产周期延长、生产成本提高。

此外，AGV小车或全向调姿小车的行走车轮普遍采用麦克纳姆轮，其仅能实现三个自由度的运动，而且由于麦克纳姆轮的特殊性，其对车间地面会造成一定的损坏。但在工业生产过程中，工件的对接与装配往往需要六个自由度的配合，然而如今普遍的解决办法是在AGV小车或全向调姿小车上装配有调姿机构，用于工件对接过程中的调姿，这样便大大增加了机构的复杂性，并且多数设计只适用于某种特定的情况，不具有普遍适用性。因此，针对上述问题，现在迫切需要一种既能满足AGV小车行走功能，也能实现调姿机构调姿需求的六自由度串联机构，而且具有高精度、高承载、结构简单、适用性强等特点。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利CN201810765511.0公开了一种用于轮足机器人的并联式柔顺轮足装置，由倒置的并联六自由度运动结构和足端驱动轮组件组成，倒置的并联六自由度运动结构中每条电动缸均通过上虎克铰连接机器人部分机身，通过下虎克铰连接足端轮固定基座，通过对电动缸的伸缩控制驱动足端轮固定基座的六自由度运动，足端驱动轮组件中驱动电机固连在机器人机身，驱动电机通过传动组件带动减速机运动，减速机输出轴与轮胎同轴固连，弹簧阻尼器与减速机本体和足端轮固定基座绞连，构成单自由度弹簧-阻尼悬挂。六条电动缸并联布置在传动杆件周围，与上下虎克铰、机器人机身和足端轮固定基座共同构成Stewart型并联六自由度结构，该专利通过Stewart机构来实现支腿的六自由度运动，其升降高度和转动范围有限，灵活性较低，中国专利CN201811205526.8公开了一种轮足一体式机器人腿结构，其包括机器人的横摆机构，大腿、小腿和足端；整条腿有三组使用伺服阀控制的结构相同液压缸，机器人足端为轮式结构，轮子的方向可以任意调整，足端有单独的动力源，采用步进驱动一体机，把驱动与控制集成在一起，根据电机运动参数和实时状态的反馈，随时调整各项控制参数，使电机达到预设的力矩或转速。该发明承受载荷小，且采用液压进行驱动，易发生漏油的现象，对环境造成污染。

发明内容

针对以上情况，本发明提供一种基于地面封闭的六自由度串联支链腿，克服了现有技术的不足，通过第一升降模块、第一转向模块和第一行走模块的设计，使得第一车轮与地面接触时，可以实现六自由度全向运动，具有灵活性高，适用性强等优点，同时使用两个第一转向小齿轮与第一转向大齿轮啮合传动，可以消除齿轮啮合间隙，用于实现转向角度的精确性。其中术语基于地面封闭是指车轮与地面接触点之间无垂直方向移动自由度；当车轮与地面接触构成S⁺副时，麦克纳姆轮或者车轮的轮毂轴线方向的投影为一个圆，同时每个鼓形小辊子具有绕自身轴线转动所形成的自转、绕轮毂轴线转动所形成的公转、绕接触点滚动的3个自由度，因此麦克纳姆轮或者车轮也具有3个自由度，形成三个方向转动且转轴不重合，理论上相当于变形的球面副记为S+。

本发明采用的技术方案是，一种基于地面封闭的六自由度串联支链腿，其包括第一升降模块、第一转向模块和第一行走模块，所述第一升降模块包括第一升降电机、第一升降减速器、第一位移传感器、第一升降支座、第一升降主动带轮、第一升降同步带、第一升降从动带轮、第一导轨、第一升降轴承支座、第一丝杠、第一升降扭矩传感器、第一基板、第二升降轴承支座和第一升降滑块组件，所述第一升降电机通过所述第一升降减速器和第一升降扭矩传感器安装于所述第一升降支座上，且所述第一升降支座设于所述第一基板的第一端面，所述第一升降扭矩传感器的输出轴与所述第一升降主动带轮连接，所述第一丝杠的第一端穿过所述第一升降轴承支座与所述第一升降从动带轮连接，且其第二端与所述第二升降轴承支座连接，所述第一升降轴承支座和第二升降轴承支座分别设于所述第一基板的第二端面，所述第一导轨分别设于所述第一基板第二端面的第一端和第二端，且所述第一基板的第三端面设有所述第一位移传感器，所述第一升降主动带轮通过所述第一升降同步带与所述第一升降从动带轮传动连接，所述第一导轨与所述第一升降滑块组件的第一滑块第一升降模块Pz副连接，且所述第一升降模块Pz副通过所述第一丝杠与所述第一升降滑块组件的第一丝母传动连接；所述第一转向模块包括第一转向轴承支座、第一转向转角仪、第一转向轴、第一转向大齿轮、第一圆螺母、第一转向电机、第一转向减速器、第一转向扭矩传感器、第一转向小齿轮和第一转向支座，所述第一转向电机通过所述第一转向减速器和第一转向扭矩传感器安装于所述第一转向支座上，且所述第一转向扭矩传感器的输出轴与所述第一转向小齿轮连接，所述第一转向支座分别设于所述第一基板第一端面的第一端和第二端，且所述第一转向小齿轮分别设于所述第一转向大齿轮的两侧，且与所述第一转向大齿轮啮合R_z副驱动，所述第一转向大齿轮通过所述第一圆螺母固定安装于所述第一转向轴的第一端，且所述第一转向轴的第二端穿过所述第一转向轴承支座与所述第一行走模块的U型支座固定连接，所述第一转向轴承支座固定设于所述第一基板的第一端面，且所述第一转向转角仪设于所述第一转向轴的第二端且位于所述第一转向轴承支座的第一端面；以及所述第一行走模块包括第一行走电机、第一行走减速器、第一行走扭矩传感器、U型支座、第一车轮、第一行走转角仪和第一车轮轴，所述第一行走电机通过所述第一行走减速器和第一行走扭矩传感器安装于所述U型支座的第一端面，且所述第一车轮安装于所述第一车轮轴上，所述第一车轮轴的第一端穿过所述U型支座的第一端与所述第一行走扭矩传感器的输出轴连接，且所述第一车轮通过所述第一行走电机R_y副驱动，所述第一车轮轴的第二端通过轴承支撑于所述U型支座的第二端，所述第一行走转角仪设于所述第一车轮轴的第一端，所述第一车轮与地面接触，构成S⁺副连接，且与所述第一升降模块、第一转向模块以及第一行走模块共同构成构型为P_zR_zR_yS⁺的六自由度串联支链腿。

进一步地，所述第一升降滑块组件包括第一丝母、第一力传感器、第一丝母架、第一滑块和第一连接板，所述第一滑块均布设于所述第一连接板第一端面的边角处，所述第一丝母通过紧定螺钉与所述第一丝母架固定连接，且所述第一丝母架通过所述紧定螺钉与所述第一连接板固定连接，所述第一力传感器设于所述第一丝母与第一丝母架之间。

优选地，所述第一滑块共四个，均布设于所述第一连接板第一端面的边角处。

优选地，所述第一转向轴的中心轴线与所述第一转向大齿轮的中心轴线重合，且所述第一转向大齿轮的中心轴线与所述第一转向小齿轮的中心轴线平行。

本发明的另一方面，提供一种基于地面封闭的六自由度串联支链腿，其包括第二转向模块、第二升降模块和第二行走模块，所述第二转向模块包括第二转向电机、第二转向减速器、第二转向扭矩传感器、第二转向小齿轮、第二转向支座、编码器、转盘轴承、外连接板和外壳体，所述第二转向电机通过所述第二转向减速器和第二转向扭矩传感器安装于所述第二转向支座上，且所述第二转向扭矩传感器的输出轴与所述第二转向小齿轮连接，所述第二转向支座分别设于所述外壳体的第一端面和第二端面，所述第二转向小齿轮分别设于所述转盘轴承的两侧，且与所述转盘轴承啮合R_z副驱动，所述转盘轴承包括内圈、外圈和滚动体，所述内圈和外圈通过所述滚动体滚动连接，所述内圈的第一端面与所述外壳体的第三端面固定连接，所述外圈的第一端面与所述外连接板的第一端面固定连接，所述编码器设于所述第二转向小齿轮之间，且通过所述编码器的编码支撑座安装于所述外壳体的第一端面；第二升降模块包括第二升降电机、第二升降减速器、第二位移传感器、第二升降支座、第二升降主动带轮、第二升降同步带、第二升降从动带轮、第二导轨、第三升降轴承支座、第二丝杠、第二升降扭矩传感器、第二基板、第四升降轴承支座和第二升降滑块组件，所述第二升降电机通过所述第二升降减速器和第二升降扭矩传感器安装于所述第二升降支座上，且所述第二升降支座设于所述第二基板第一端面的第一端，且所述第二基板第一端面的第二端设有固定凸台，所述第二升降扭矩传感器的输出轴与所述第二升降主动带轮连接，所述第二丝杠的第一端穿过所述第三升降轴承支座与所述第二升降从动带轮连接，且其第二端与所述第四升降轴承支座连接，所述第三升降轴承支座和第四升降轴承支座分别设于所述第二基板的第二端面，所述第二导轨分别设于所述第二基板第二端面的第一端和第二端，且所述第二基板的第三端面设有所述第二位移传感器，所述第二升降主动带轮通过所述第二升降同步带与所述第二升降从动带轮传动连接，所述第二导轨与所述第二升降滑块组件的第二滑块第一升降模块Pz副连接，且所述第一升降模块Pz副通过所述第二丝杠与所述第二升降滑块组件的第二丝母传动连接，所述第二升降模块通过所述第二升降滑块组件中的第二L型连接板与所述第二转向模块中外连接板的第二端面固定连接；以及所述第二行走模块包括第二行走电机、第二行走减速器、第二行走扭矩传感器、第二车轮、第二行走转角仪、第二L型支座、行走主动带轮、行走同步带、行走从动带轮和第二车轮轴，所述第二行走电机通过所述第二行走减速器和第二行走扭矩传感器安装于所述第二L型支座的第一端面，且所述第二行走扭矩传感器的输出轴与所述行走主动带轮连接，所述第二车轮安装于所述第二车轮轴上，所述第二车轮轴的第一端穿过所述第二L型支座的第二端面与所述行走从动带轮连接，所述第二车轮轴的第二端通过轴承支撑于所述第二升降模块的固定凸台中，且所述行走主动带轮通过行走同步带与所述行走从动带轮传动连接，所述第二车轮通过所述第二行走电机R_y副驱动，所述第二行走转角仪设于所述第二车轮轴的第一端，所述第二车轮与地面接触，构成S⁺副连接，且与所述第二转向模块、第二升降模块以及第二行走模块共同构成构型为R_zP_zR_yS⁺的六自由度串联支链腿。

进一步地，所述第二升降滑块组件包括第二丝母、第二力传感器、第二丝母架、第二滑块、第二连接板和第二L型连接板，所述第二滑块均布设于所述第二连接板第一端面的边角处，且所述第二连接板第二端面的中间位置设有所述第二L型连接板，所述第二丝母通过紧定螺钉与所述第二丝母架固定连接，且所述第二丝母架通过所述紧定螺钉与所述第二连接板固定连接，所述第二力传感器设于所述第二丝母与第二丝母架之间。

进一步地，所述编码器包括转角编码器、编码小齿轮和编码支撑座，所述转角编码器安装于所述编码支撑座上，且其输出轴穿过所述编码支撑座与所述编码小齿轮连接，所述编码小齿轮与所述转盘轴承啮合连接。

优选地，所述第二滑块共四个，均布设于所述第二连接板第一端面的边角处。

优选地，所述转盘轴承的中心轴线与所述第二转向小齿轮的中心轴线平行，且所述第二转向小齿轮的中心轴线与所述编码小齿轮的中心轴线平行。

本发明与现有技术相比具有显著的优点：

1、本发明提供的一种基于地面封闭的六自由度串联支链腿，通过第一升降模块、第一转向模块和第一行走模块的设计，使得第一车轮与地面接触时，可以实现六自由度全向运动，具有灵活性高，适用性强等优点。

2、本发明提供的一种基于地面封闭的六自由度串联支链腿，采用两个第一转向小齿轮与第一转向大齿轮啮合传动，可以消除齿轮啮合间隙，用于实现转向角度的精确性。

3、本发明提供的一种基于地面封闭的六自由度串联支链腿，属于串联机构，结构简单，承受载荷大。

4、本发明提供的一种基于地面封闭的六自由度串联支链腿，采用电机驱动代替液压驱动，避免了漏油现象的发生。

附图说明

图1为本发明六自由度串联支链腿的整体结构示意图；

图2为本发明六自由度串联支链腿的主视图；

图3为本发明六自由度串联支链腿的第一升降模块结构示意图；

图4为本发明六自由度串联支链腿的第一升降模块局部剖视图；

图5为本发明六自由度串联支链腿的第一转向模块结构示意图；

图6为本发明六自由度串联支链腿的第一行走模块结构示意图；

图7为本发明六自由度串联支链腿的整体结构示意图；

图8为本发明六自由度串联支链腿的主视图；

图9为本发明六自由度串联支链腿的第二转向模块结构示意图；

图10为本发明六自由度串联支链腿的第二转向模块俯视图；

图11为本发明六自由度串联支链腿的第二转向模块A-A剖视图；

图12为本发明六自由度串联支链腿的第二升降模块结构示意图；

图13为本发明六自由度串联支链腿的第二升降模块局部剖视图；以及

图14为本发明六自由度串联支链腿的第二行走模块结构示意图。

主要附图标记：

第一升降模块1；第一升降电机101；第一升降减速器102；第一位移传感器103；第一升降支座104；第一升降主动带轮105；第一升降同步带106；第一升降从动带轮107；第一导轨108；第一升降轴承支座109；第一丝杠110；第一升降扭矩传感器111；第一基板112；第二升降轴承支座113；第一升降滑块组件114；第一丝母1141；第一力传感器1142；第一丝母架1143；第一滑块1144；第一连接板1145；第一转向模块2；第一转向轴承支座201；第一转向转角仪202；第一转向轴203；第一转向大齿轮204；第一圆螺母205；第一转向电机206，206’；第一转向减速器207，207’；第一转向扭矩传感器208，208’；第一转向小齿轮209，209’；第一转向支座210，210’；第一行走模块3；第一行走电机301；第一行走减速器302；第一行走扭矩传感器303；U型支座304；第一车轮305；第一行走转角仪306；第一车轮轴307；第二转向模块4；第二转向电机401，401’；第二转向减速器402，402’；第二转向扭矩传感器403，403’；第二转向小齿轮404，404’；第二转向支座405，405’；编码器406；转角编码器4061；编码小齿轮4062；编码支撑座4063；转盘轴承407；内圈4071；外圈4072；滚动体4073；外连接板408；外壳体409；第二升降模块5；第二升降电机501；第二升降减速器502；第二位移传感器503；第二升降支座504；第二升降主动带轮505；第二升降同步带506；第二升降从动带轮507；第二导轨508；第三升降轴承支座509；第二丝杠510；第二升降扭矩传感器511；第二基板512；固定凸台5121；第四升降轴承支座513；第二升降滑块组件514；第二丝母5141；第二力传感器5142；第二丝母架5143；第二滑块5144；第二连接板5145；第二L型连接板5146；第二行走模块6；第二行走电机601；第二行走减速器602；第二行走扭矩传感器603；第二车轮604；第二行走转角仪605；第二L型支座606；行走主动带轮607；行走同步带608；行走从动带轮609和第二车轮轴610。

具体实施方式

为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

本发明提供一种基于地面封闭的六自由度串联支链腿，如图1～6所示，其包括第一升降模块1、第一转向模块2和第一行走模块3，第一升降模块1包括第一升降电机101、第一升降减速器102、第一位移传感器103、第一升降支座104、第一升降主动带轮105、第一升降同步带106、第一升降从动带轮107、第一导轨108、第一升降轴承支座109、第一丝杠110、第一升降扭矩传感器111、第一基板112、第二升降轴承支座113和第一升降滑块组件114，第一升降电机101通过第一升降减速器102和第一升降扭矩传感器111安装于第一升降支座104上，第一升降扭矩传感器111用于检测第一升降电机101的驱动力矩，且第一升降支座104设于第一基板112的第一端面，第一升降扭矩传感器111的输出轴与第一升降主动带轮105连接，第一丝杠110的第一端穿过第一升降轴承支座109与第一升降从动带轮107连接，且其第二端与第二升降轴承支座113连接，第一升降轴承支座109和第二升降轴承支座113分别设于第一基板112的第二端面，第一导轨108分别设于第一基板112第二端面的第一端和第二端，且第一基板112的第三端面设有第一位移传感器103，用于测量第一升降模块1中第一滑块1144的升降高度，第一升降主动带轮105通过第一升降同步带106与第一升降从动带轮107传动连接，第一导轨108与第一升降滑块组件114的第一滑块1144第一升降模块Pz副连接，且第一升降模块Pz副通过第一丝杠110与第一升降滑块组件114的第一丝母1141传动连接。

具体的，第一升降滑块组件114包括第一丝母1141、第一力传感器1142、第一丝母架1143、第一滑块1144和第一连接板1145，第一滑块1144共四个，均布设于第一连接板1145第一端面的边角处，第一丝母1141通过紧定螺钉与第一丝母架1143固定连接，且第一丝母架1143通过紧定螺钉与第一连接板1145固定连接，第一力传感器1142设于第一丝母1141与第一丝母架1143之间，用于检测第一丝母架1143传至第一丝母1141的力。

第一转向模块2包括第一转向轴承支座201、第一转向转角仪202、第一转向轴203、第一转向大齿轮204、第一圆螺母205、第一转向电机206，206’、第一转向减速器207，207’、第一转向扭矩传感器208，208’、第一转向小齿轮209，209’和第一转向支座210，210’，第一转向电机206，206’通过第一转向减速器207，207’和第一转向扭矩传感器208，208’安装于第一转向支座210，210’上，第一转向扭矩传感器208，208’用于检测第一转向小齿轮209，209’的驱动力矩，且第一转向扭矩传感器208，208’的输出轴与第一转向小齿轮209，209’连接，第一转向支座210，210’分别设于第一基板112第一端面的第一端和第二端，且第一转向小齿轮209，209’分别设于第一转向大齿轮204的两侧，且与第一转向大齿轮204啮合R_z副驱动，采用两个第一转向小齿轮209，209’带动第一转向大齿轮204进行正反转，用于消除齿轮传动过程中产生的间隙，第一转向大齿轮204通过第一圆螺母205固定安装于第一转向轴203的第一端，且第一转向轴203的第二端穿过第一转向轴承支座201与第一行走模块3的U型支座304固定连接，第一转向轴承支座201固定设于第一基板112的第一端面，且第一转向转角仪202设于第一转向轴203的第二端且位于第一转向轴承支座201的第一端面，用于检测第一转向轴203转过的角度。

第一行走模块3包括第一行走电机301、第一行走减速器302、第一行走扭矩传感器303、U型支座304、第一车轮305、第一行走转角仪306和第一车轮轴307，第一行走电机301通过第一行走减速器302和第一行走扭矩传感器303安装于U型支座304的第一端面，第一行走扭矩传感器303用于检测第一行走电机301的驱动力矩，且第一车轮305安装于第一车轮轴307上，第一车轮轴307的第一端穿过U型支座304的第一端与第一行走扭矩传感器303的输出轴连接，且第一车轮305通过第一行走电机301R_y副驱动，第一车轮轴307的第二端通过轴承支撑于U型支座304的第二端，第一行走转角仪306设于第一车轮轴307的第一端，用于实时检测第一车轮轴307的转角，第一车轮305与地面接触时，可与地面构成封闭，并且可发生绕x轴、y轴和z轴的不等量转动，故可等效为非标准球面接触的S副，为区别于普通S副，将其定义为S⁺副，因而构成S⁺副连接，且与第一升降模块1、第一转向模块2以及第一行走模块3共同构成构型为P_zR_zR_yS⁺的六自由度串联支链腿。

本发明的另一方面，提供一种基于地面封闭的六自由度串联支链腿，如图7～14所示，其包括第二转向模块4、第二升降模块5和第二行走模块6，第二转向模块4包括第二转向电机401，401’、第二转向减速器402，402’、第二转向扭矩传感器403，403’、第二转向小齿轮404，404’、第二转向支座405，405’、编码器406、转盘轴承407、外连接板408和外壳体409，第二转向电机401，401’通过第二转向减速器402，402’和第二转向扭矩传感器403，403’安装于第二转向支座405，405’上，第二转向扭矩传感器403，403’用于检测第二转向电机401，401’的驱动力矩，且第二转向扭矩传感器403，403’的输出轴与第二转向小齿轮404，404’连接，第二转向支座405，405’分别设于外壳体409的第一端面和第二端面，第二转向小齿轮404，404’分别设于转盘轴承407的两侧，且与转盘轴承407啮合R_z副驱动，采用两个第二转向电机401，401’带动转盘轴承407进行正反转，用于消除齿轮传动过程中产生的间隙，转盘轴承407包括内圈4071、外圈4072和滚动体4073，内圈4071和外圈4072通过滚动体4073滚动连接，内圈4071的第一端面与外壳体409的第三端面固定连接，外圈4072的第一端面与外连接板408的第一端面固定连接，编码器406设于第二转向小齿轮404，404’之间，且通过编码器406的编码支撑座4063安装于外壳体409的第一端面。

具体的，编码器406包括转角编码器4061、编码小齿轮4062和编码支撑座4063，转角编码器4061安装于编码支撑座4063上，且其输出轴穿过编码支撑座4063与编码小齿轮4062连接，编码小齿轮4062与转盘轴承407啮合连接。

第二升降模块5包括第二升降电机501、第二升降减速器502、第二位移传感器503、第二升降支座504、第二升降主动带轮505、第二升降同步带506、第二升降从动带轮507、第二导轨508、第三升降轴承支座509、第二丝杠510、第二升降扭矩传感器511、第二基板512、第四升降轴承支座513和第二升降滑块组件514，第二升降电机501通过第二升降减速器502和第二升降扭矩传感器511安装于第二升降支座504上，第二升降扭矩传感器511用于检测第二升降电机501驱动力矩，且第二升降支座504设于第二基板512第一端面的第一端，且第二基板512第一端面的第二端设有固定凸台5121，第二升降扭矩传感器511的输出轴与第二升降主动带轮505连接，第二丝杠510的第一端穿过第三升降轴承支座509与第二升降从动带轮507连接，且其第二端与第四升降轴承支座513连接，第三升降轴承支座509和第四升降轴承支座513分别设于第二基板512的第二端面，第二导轨508分别设于第二基板512第二端面的第一端和第二端，且第二基板512的第三端面设有第二位移传感器503，第二升降主动带轮505通过第二升降同步带506与第二升降从动带轮507传动连接，第二导轨508与第二升降滑块组件514的第二滑块5144第一升降模块Pz副连接，且第一升降模块Pz副通过第二丝杠510与第二升降滑块组件514的第二丝母5141传动连接，第二升降模块5通过第二升降滑块组件514中的第二L型连接板5146与第二转向模块4中外连接板408的第二端面固定连接。

具体的，第二升降滑块组件514包括第二丝母5141、第二力传感器5142、第二丝母架5143、第二滑块5144、第二连接板5145和第二L型连接板5146，第二滑块5144均布设于第二连接板5145第一端面的边角处，且第二连接板5145第二端面的中间位置设有第二L型连接板5146，第二丝母5141通过紧定螺钉与第二丝母架5143固定连接，且第二丝母架5143通过紧定螺钉与第二连接板5145固定连接，第二力传感器5142设于第二丝母5141与第二丝母架5143之间，用于检测第二丝母架5143传至第二丝母5141的力。

第二行走模块6包括第二行走电机601、第二行走减速器602、第二行走扭矩传感器603、第二车轮604、第二行走转角仪605、第二L型支座606、行走主动带轮607、行走同步带608、行走从动带轮609和第二车轮轴610，第二行走电机601通过第二行走减速器602和第二行走扭矩传感器603安装于第二L型支座606的第一端面，第二行走扭矩传感器603用于检测第二行走电机601的驱动力矩，且第二行走扭矩传感器603的输出轴与行走主动带轮607连接，第二车轮604安装于第二车轮轴610上，第二车轮轴610的第一端穿过第二L型支座606的第二端面与行走从动带轮609连接，第二车轮轴610的第二端通过轴承支撑于第二升降模块5的固定凸台5121中，且行走主动带轮607通过行走同步带608与行走从动带轮609传动连接，第二车轮604通过第二行走电机601R_y副驱动，第二行走转角仪605设于第二车轮轴610的第一端，第二车轮604与地面接触时，可与地面构成封闭，并且可发生绕x轴、y轴和z轴的不等量转动，故可等效为非标准球面接触的S副，为区别于普通S副，将其定义为S⁺副，因而构成S⁺副连接，且与第二转向模块4、第二升降模块5以及第二行走模块6共同构成构型为R_zP_zR_yS⁺的六自由度串联支链腿。

实施例1

如图1～6所示，本发明的一种基于地面封闭的六自由度串联支链腿，包括第一升降模块1、第一转向模块2和第一行走模块3，第一升降模块1包括第一升降电机101、第一升降减速器102、第一位移传感器103、第一升降支座104、第一升降主动带轮105、第一升降同步带106、第一升降从动带轮107、第一导轨108、第一升降轴承支座109、第一丝杠110、第一升降扭矩传感器111、第一基板112、第二升降轴承支座113和第一升降滑块组件114，第一导轨108与第一升降滑块组件114的第一滑块1144第一升降模块Pz副连接，且第一升降模块Pz副通过第一丝杠110与第一升降滑块组件114的第一丝母1141传动连接，第一转向模块2包括第一转向轴承支座201、第一转向转角仪202、第一转向轴203、第一转向大齿轮204、第一圆螺母205、第一转向电机206，206’、第一转向减速器207，207’、第一转向扭矩传感器208，208’、第一转向小齿轮209，209’和第一转向支座210，210’，第一转向小齿轮209，209’分别设于第一转向大齿轮204的两侧，且与第一转向大齿轮204啮合R_z副驱动，第一行走模块3包括第一行走电机301、第一行走减速器302、第一行走扭矩传感器303、U型支座304、第一车轮305、第一行走转角仪306和第一车轮轴307，第一车轮305通过第一行走电机301R_y副驱动，第一车轮305与地面接触，构成S⁺副连接，且与第一升降模块1、第一转向模块2以及第一行走模块3共同构成构型为P_zR_zR_yS⁺的六自由度串联支链腿。

在实施过程中，首先将第一升降模块1的第一连接板1145与车体固定连接，通过同步带轮和丝杠丝母传动，使得第一滑块1144可以沿第一导轨108上下移动，用于实现串联支链腿沿z轴的升降运动，同时将第一转向小齿轮209，209’分别设于第一转向大齿轮204的两侧，通过齿轮啮合传动，从而带动U型支座304进行转动，用于实现串联支链腿绕z轴的转向运动，并且通过第一行走电机301带动第一车轮305转动，用于实现第一车轮305绕第一车轮轴307中心轴线的转动，最终实现串联支链腿沿x轴的行走运动，同时在行进过程中，第一车轮305与地面接触时，可与地面构成封闭，并且可发生绕x轴、y轴和z轴的不等量转动，故可等效为非标准球面接触的S副，为区别于普通S副，将其定义为S⁺副，因而构成S⁺副连接，从而实现串联支链腿的全向运动。

实施例2

如图7～14所示，本发明的一种基于地面封闭的六自由度串联支链腿，包括第二转向模块4、第二升降模块5和第二行走模块6，第二转向模块4包括第二转向电机401，401’、第二转向减速器402，402’、第二转向扭矩传感器403，403’、第二转向小齿轮404，404’、第二转向支座405，405’、编码器406、转盘轴承407、外连接板408和外壳体409，第二转向小齿轮404，404’分别设于转盘轴承407的两侧，且与转盘轴承407啮合R_z副驱动，第二升降模块5包括第二升降电机501、第二升降减速器502、第二位移传感器503、第二升降支座504、第二升降主动带轮505、第二升降同步带506、第二升降从动带轮507、第二导轨508、第三升降轴承支座509、第二丝杠510、第二升降扭矩传感器511、第二基板512、第四升降轴承支座513和第二升降滑块组件514，第二导轨508与第二升降滑块组件514的第二滑块5144第一升降模块Pz副连接，且第一升降模块Pz副通过第二丝杠510与第二升降滑块组件514的第二丝母5141传动连接，且第二升降模块5通过第二升降滑块组件514中的第二L型连接板5146与第二转向模块4中外连接板408的第二端面固定连接，第二行走模块6包括第二行走电机601、第二行走减速器602、第二行走扭矩传感器603、第二车轮604、第二行走转角仪605、第二L型支座606、行走主动带轮607、行走同步带608、行走从动带轮609和第二车轮轴610，第二车轮604通过第二行走电机601R_y副驱动，第二行走转角仪605设于第二车轮轴610的第一端，第二车轮604与地面接触，构成S⁺副连接，且与第二转向模块4、第二升降模块5以及第二行走模块6共同构成构型为R_zP_zR_yS⁺的六自由度串联支链腿。

在实施过程中，首先将第二转向模块4的外壳体409与车体固定连接，将第二转向小齿轮404，404’分别设于转盘轴承407的两侧，通过齿轮啮合传动，从而带动外连接板408进行转动，用于实现串联支链腿绕z轴的转向运动，通过同步带轮和丝杠丝母传动，使得第二滑块5144可以沿第二导轨508上下移动，用于实现串联支链腿沿z轴的升降运动，并且通过同步带轮传动带动第二车轮604转动，用于实现第二车轮604绕第二车轮轴610中心轴线的转动，最终实现串联支链腿沿x轴的行走运动，同时在行进过程中，第二车轮604与地面接触时，可与地面构成封闭，并且可发生绕x轴、y轴和z轴的不等量转动，故可等效为非标准球面接触的S副，为区别于普通S副，将其定义为S⁺副，因而构成S⁺副连接，从而实现串联支链腿的全向运动。

以上所述是本申请的优选实施方式，不以此限定本发明的保护范围，应当指出，对于该技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于地面封闭的六自由度串联支链腿，其特征在于，其包括第一升降模块、第一转向模块和第一行走模块，

所述第一升降模块包括第一升降电机、第一升降减速器、第一位移传感器、第一升降支座、第一升降主动带轮、第一升降同步带、第一升降从动带轮、第一导轨、第一升降轴承支座、第一丝杠、第一升降扭矩传感器、第一基板、第二升降轴承支座和第一升降滑块组件，所述第一升降电机通过所述第一升降减速器和第一升降扭矩传感器安装于所述第一升降支座上，且所述第一升降支座设于所述第一基板的第一端面，所述第一升降扭矩传感器的输出轴与所述第一升降主动带轮连接，所述第一丝杠的第一端穿过所述第一升降轴承支座与所述第一升降从动带轮连接，且其第二端与所述第二升降轴承支座连接，所述第一升降轴承支座和第二升降轴承支座分别设于所述第一基板的第二端面，所述第一导轨分别设于所述第一基板第二端面的第一端和第二端，且所述第一基板的第三端面设有所述第一位移传感器，所述第一升降主动带轮通过所述第一升降同步带与所述第一升降从动带轮传动连接，所述第一导轨与所述第一升降滑块组件的第一滑块形成第一升降模块第一升降模块Pz副连接，且所述第一升降模块Pz副通过所述第一丝杠与所述第一升降滑块组件的第一丝母传动连接；

所述第一转向模块包括第一转向轴承支座、第一转向转角仪、第一转向轴、第一转向大齿轮、第一圆螺母、第一转向电机、第一转向减速器、第一转向扭矩传感器、第一转向小齿轮和第一转向支座，所述第一转向电机通过所述第一转向减速器和第一转向扭矩传感器安装于所述第一转向支座上，且所述第一转向扭矩传感器的输出轴与所述第一转向小齿轮连接，所述第一转向支座分别设于所述第一基板第一端面的第一端和第二端，且所述第一转向小齿轮分别设于所述第一转向大齿轮的两侧，且与所述第一转向大齿轮啮合R_z副驱动，所述第一转向大齿轮通过所述第一圆螺母固定安装于所述第一转向轴的第一端，且所述第一转向轴的第二端穿过所述第一转向轴承支座与所述第一行走模块的U型支座固定连接，所述第一转向轴承支座固定设于所述第一基板的第一端面，且所述第一转向转角仪设于所述第一转向轴的第二端且位于所述第一转向轴承支座的第一端面；以及

所述第一行走模块包括第一行走电机、第一行走减速器、第一行走扭矩传感器、U型支座、第一车轮、第一行走转角仪和第一车轮轴，所述第一行走电机通过所述第一行走减速器和第一行走扭矩传感器安装于所述U型支座的第一端面，且所述第一车轮安装于所述第一车轮轴上，所述第一车轮轴的第一端穿过所述U型支座的第一端与所述第一行走扭矩传感器的输出轴连接，且所述第一车轮通过所述第一行走电机R_y副驱动，所述第一车轮轴的第二端通过轴承支撑于所述U型支座的第二端，所述第一行走转角仪设于所述第一车轮轴的第一端，所述第一车轮与地面接触，构成S⁺副连接，且与所述第一升降模块、第一转向模块以及第一行走模块共同构成构型为P_zR_zR_yS⁺的六自由度串联支链腿。

2.根据权利要求1所述的基于地面封闭的六自由度串联支链腿，其特征在于，所述第一升降滑块组件包括第一丝母、第一力传感器、第一丝母架、第一滑块和第一连接板，所述第一滑块均布设于所述第一连接板第一端面的边角处，所述第一丝母通过紧定螺钉与所述第一丝母架固定连接，且所述第一丝母架通过所述紧定螺钉与所述第一连接板固定连接，所述第一力传感器设于所述第一丝母与第一丝母架之间。

3.根据权利要求2所述的基于地面封闭的六自由度串联支链腿，其特征在于，所述第一滑块共四个，均布设于所述第一连接板第一端面的边角处。

4.根据权利要求1所述的基于地面封闭的六自由度串联支链腿，其特征在于，所述第一转向轴的中心轴线与所述第一转向大齿轮的中心轴线重合，且所述第一转向大齿轮的中心轴线与所述第一转向小齿轮的中心轴线平行。

5.根据权利要求1所述的基于地面封闭的六自由度串联支链腿，其特征在于，其包括第二转向模块、第二升降模块和第二行走模块，

所述第二转向模块包括第二转向电机、第二转向减速器、第二转向扭矩传感器、第二转向小齿轮、第二转向支座、编码器、转盘轴承、外连接板和外壳体，所述第二转向电机通过所述第二转向减速器和第二转向扭矩传感器安装于所述第二转向支座上，且所述第二转向扭矩传感器的输出轴与所述第二转向小齿轮连接，所述第二转向支座分别设于所述外壳体的第一端面和第二端面，所述第二转向小齿轮分别设于所述转盘轴承的两侧，且与所述转盘轴承啮合R_z副驱动，所述转盘轴承包括内圈、外圈和滚动体，所述内圈和外圈通过所述滚动体滚动连接，所述内圈的第一端面与所述外壳体的第三端面固定连接，所述外圈的第一端面与所述外连接板的第一端面固定连接，所述编码器设于所述第二转向小齿轮之间，且通过所述编码器的编码支撑座安装于所述外壳体的第一端面；

第二升降模块包括第二升降电机、第二升降减速器、第二位移传感器、第二升降支座、第二升降主动带轮、第二升降同步带、第二升降从动带轮、第二导轨、第三升降轴承支座、第二丝杠、第二升降扭矩传感器、第二基板、第四升降轴承支座和第二升降滑块组件，所述第二升降电机通过所述第二升降减速器和第二升降扭矩传感器安装于所述第二升降支座上，且所述第二升降支座设于所述第二基板第一端面的第一端，且所述第二基板第一端面的第二端设有固定凸台，所述第二升降扭矩传感器的输出轴与所述第二升降主动带轮连接，所述第二丝杠的第一端穿过所述第三升降轴承支座与所述第二升降从动带轮连接，且其第二端与所述第四升降轴承支座连接，所述第三升降轴承支座和第四升降轴承支座分别设于所述第二基板的第二端面，所述第二导轨分别设于所述第二基板第二端面的第一端和第二端，且所述第二基板的第三端面设有所述第二位移传感器，所述第二升降主动带轮通过所述第二升降同步带与所述第二升降从动带轮传动连接，所述第二导轨与所述第二升降滑块组件的第二滑块第一升降模块Pz副连接，且所述第一升降模块Pz副通过所述第二丝杠与所述第二升降滑块组件的第二丝母传动连接，所述第二升降模块通过所述第二升降滑块组件中的第二L型连接板与所述第二转向模块中外连接板的第二端面固定连接；以及

所述第二行走模块包括第二行走电机、第二行走减速器、第二行走扭矩传感器、第二车轮、第二行走转角仪、第二L型支座、行走主动带轮、行走同步带、行走从动带轮和第二车轮轴，所述第二行走电机通过所述第二行走减速器和第二行走扭矩传感器安装于所述第二L型支座的第一端面，且所述第二行走扭矩传感器的输出轴与所述行走主动带轮连接，所述第二车轮安装于所述第二车轮轴上，所述第二车轮轴的第一端穿过所述第二L型支座的第二端面与所述行走从动带轮连接，所述第二车轮轴的第二端通过轴承支撑于所述第二升降模块的固定凸台中，且所述行走主动带轮通过行走同步带与所述行走从动带轮传动连接，所述第二车轮通过所述第二行走电机R_y副驱动，所述第二行走转角仪设于所述第二车轮轴的第一端，所述第二车轮与地面接触，构成S⁺副连接，且与所述第二转向模块、第二升降模块以及第二行走模块共同构成构型为R_zP_zR_yS⁺的六自由度串联支链腿。

6.根据权利要求5所述的基于地面封闭的六自由度串联支链腿，其特征在于，所述第二升降滑块组件包括第二丝母、第二力传感器、第二丝母架、第二滑块、第二连接板和第二L型连接板，所述第二滑块均布设于所述第二连接板第一端面的边角处，且所述第二连接板第二端面的中间位置设有所述第二L型连接板，所述第二丝母通过紧定螺钉与所述第二丝母架固定连接，且所述第二丝母架通过所述紧定螺钉与所述第二连接板固定连接，所述第二力传感器设于所述第二丝母与第二丝母架之间。

7.根据权利要求5所述的基于地面封闭的六自由度串联支链腿，其特征在于，所述编码器包括转角编码器、编码小齿轮和编码支撑座，所述转角编码器安装于所述编码支撑座上，且其输出轴穿过所述编码支撑座与所述编码小齿轮连接，所述编码小齿轮与所述转盘轴承啮合连接。

8.根据权利要求6所述的基于地面封闭的六自由度串联支链腿，其特征在于，所述第二滑块共四个，均布设于所述第二连接板的第一端面的边角处。

9.根据权利要求6所述的基于地面封闭的六自由度串联支链腿，其特征在于，所述转盘轴承的中心轴线与所述第二转向小齿轮的中心轴线平行，且所述第二转向小齿轮的中心轴线与所述编码小齿轮的中心轴线平行。