CN212373552U - 一种新型并联腿式六足机器人装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新型并联腿式六足机器人装置，主要由躯体和六条相同并联腿组成，六条腿对称分布于躯体两侧，均通过螺栓与躯体联接。其中，六条腿由上、下平台及联接上下平台的三条支链组成。支链一由两个转动副及一个移动副组成，联接在上平台的转动副与相邻转动副垂直相交，移动副与其相邻转动副垂直；支链二由两个转动副、一个移动副及一个球副组成，联接在上平台的转动副与相邻转动副垂直相交，移动副与其相邻转动副垂直；支链三由三个转动副及一个移动副组成，联接在上平台的转动副与相邻转动副垂直相交，与移动副相邻的两转动副相互平行且与移动副垂直。本装置结构稳定性好、承载能力大、越障能力强、无需转弯即能实现不同方向的运动。

Description

一种新型并联腿式六足机器人装置

技术领域

本实用新型涉及仿生机器人技术领域，尤其是一种新型并联腿式六足机器人装置。

背景技术

六足移动机器人是一种模仿多足动物运动方式的腿式运动机器人，具有丰富的步态和冗余的肢体结构，相比传统的轮式、履带式移动机器人，其可利用离散的地面支撑实现非接触式障碍规避、障碍跨越以及不平整地面运动,在小块地面就能实现连续的运动，对复杂地形和不可预知环境变化具有极强的适应性及良好的运动稳定性。在军事侦察、抢险救灾、星际探索、反恐***、考古探测、丘陵山地作业等领域具有重要应用。

20世纪80年代以来，国内外多所大学和科研机构相继研制成功了多种性能优越的六足机器人，美国麻省理工学院人工智能实验室研制的Genghis和用于浅滩探雷的六足机器人Ariel，美国凯斯西储大学机械及航天工程学院仿生机器人实验室研制的Robot II、Robot V，德国Fraunhofer自主智能***研究所研制的Scorpion，德国杜伊斯堡大学机械工程学院研制的Tarry II，美国加州理工大学喷气推进实验室研制的LEMUR I、LEMUR II。上述机器人多为串联腿式行走机构，其主要不足是：承载能力不强、转弯的实现较复杂、运动精度不高。专利CN108909873A采用并联腿式结构，虽然解决了上述部分不足，但其结构较复杂、控制不够方便；其行走机构采用四足机构，容错能力不足。因此，足式机器人没有得到较好的开发与应用。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种承载能力大、适用范围广、行走稳定性好，越障能力强、***可靠性高、控制方便、容错能力强、无需转弯即能实现换向的并联腿式六足机器人装置。

本实用新型的技术方案是：一种新型并联腿式六足机器人装置，包括躯体、行走腿一、行走腿二、行走腿三、行走腿四、行走腿五、行走腿六,其特征在于：六条行走腿结构相同，且对称分布于躯体两侧，六条行走腿均为并联机构，均由上平台、下平台及联接上下平台的三条支链组成；其中，支链一由连杆一、移动副一、连杆二、转动副一、转动副二组成，连杆一一端与下平台固接，连杆一另一端与连杆二一端用移动副一联接，连杆二另一端通过转动副一、转动副二与上平台联接；支链二由球副、连杆三、移动副二、连杆四、转动副三、转动副四组成，连杆三一端通过球副与下平台联接，连杆三另一端通过移动副二与连杆四一端联接，连杆四另一端通过转动副三、转动副四与上平台联接；支链三由转动副五、连杆五、移动副三、连杆六、转动副六及转动副七组成，连杆五一端通过转动副五与下平台联接，连杆五另一端通过移动副三与连杆六一端联接，连杆六另一端通过转动副六、转动副七与上平台联接；球副、转动副五与下平台联接，小腿固接在下平台上；转动副二、转动副四、转动副七与上平台联接，上平台开有安装螺栓一、螺栓二的螺纹孔，通过螺栓一、螺栓二与躯体进行联接。

进一步地，转动副一与转动副二、转动副三与转动副四、转动副六与转动副七轴线各自相互垂直，转动副五与转动副六轴线相互平行，移动副一与转动副一、移动副二与转动副三、移动副三与转动副六的轴线各自相互垂直。

进一步地，上平台上的转动副二与转动副七的转动轴线相互平行，且与转动副四的转动轴线相互垂直；移动副一的导轨与下平台的平面垂直；初始装配时刻上平台与下平台平行。

进一步地，上平台、下平台均为等腰三角形；上平台上，转动副二安装在等腰三角形直角顶点处，转动副四与转动副七安装在等腰三角形两锐角处；下平台上，连杆一固接在等腰三角形直角顶点处，转动副五与球副安装在等腰三角形两锐角处。

进一步地，六条行走腿上轴线相互垂直的转动副一与转动副二、转动副三与转动副四、转动副六与转动副七均可以用一个虎克铰代替。

进一步地，与下平台联接的球副可以用轴线交于一点的三个转动副代替。

本实用新型的优点在于：本装置具有结构较简单、行走稳定性好、承载力大、越障能力强、无需转弯过程即能实现前后左右的行走、运动灵活，并联腿机构具有部分运动输入-输出解耦性、控制简单、容错能力强等优点。

除了上述所描述的目的、特征和优点外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型进一步说明。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的并联腿的结构示意图。

图3是本实用新型的并联腿结构局部放大示意图。

图4是本实用新型的躯体向前运动第一组腿即将着地时刻示意图。

图5是本实用新型的躯体向前运动第二组腿即将着地时刻示意图。

图6是本实用新型的躯体向左运动第二组腿即将着地时刻示意图。

图7是本实用新型的躯体向左运动第一组腿即将着地时刻示意图。

附图标记：躯体0、行走腿一I、行走腿二II、行走腿三III、行走腿四IV、行走腿五V、行走腿六VI；

支链一C1、支链二C2、支链三C3；小腿1、下平台2、连杆一3、移动副一P1、连杆三4、连杆二5、转动副一R1、转动副二R2、球副S、移动副二P2、连杆四6、转动副三R3、转动副四R4、转动副五R5、转动副六R6、转动副七R7、移动副三P3、上平台7、螺栓一8、螺栓二9、连杆六10、连杆五11。

具体实施方式

实施例1、请参阅图1-图7，一种新型并联腿式六足机器人装置，包括躯体0、行走腿一I、行走腿二II、行走腿三III、行走腿四IV、行走腿五V、行走腿六VI；其特征在于：六条行走腿结构相同，且对称分布于躯体0两侧，六条行走腿均为并联机构，均由上平台7、下平台2及联接上下平台的支链C1、支链C2、支链C3组成；其中，支链一C1由连杆一3、移动副一P1、连杆二5、转动副一R1、转动副二R2组成，连杆一3一端与下平台2固接，连杆一3另一端与连杆二5一端用移动副一P1联接，连杆二5另一端通过转动副一R1、转动副二R2与上平台7联接；支链二C2由球副S、连杆三4、移动副二P2、连杆四6、转动副三R3、转动副四R4组成，连杆三4一端通过球副S与下平台2联接，连杆三4另一端通过移动副二P2与连杆四6一端联接，连杆四6另一端通过转动副三R3、转动副四R4与上平台7联接；支链三C3由转动副五R5、连杆五11、移动副三P3、连杆六10、转动副六R6及转动副七R7组成，连杆五11一端通过转动副五R5与下平台2联接，连杆五11另一端通过移动副三P3与连杆六10一端联接，连杆六10另一端通过转动副六R6、转动副七R7与上平台7联接；球副S、转动副五R5与下平台2联接，小腿1固接在下平台2上；转动副二R2、转动副四R4、转动副七R7与上平台7联接，上平台7开有安装螺栓一8、螺栓二9的螺纹孔，通过螺栓一8、螺栓二9与躯体0进行联接。

具体的，转动副一R1与转动副二R2、转动副三R3与转动副四R4、转动副六R6与转动副七R7轴线相互垂直，转动副五R5与转动副六R6轴线相互平行，移动副一P1与转动副一R1、移动副二P2与转动副三R3、移动副三P3与转动副六R6的轴线相互垂直。

具体的，上平台7上的转动副二R2与转动副七R7的转动轴线相互平行，且与转动副四R4的转动轴线相互垂直；移动副一P1的导轨与下平台2的平面垂直；初始装配时刻，上平台7与下平台2平行。

具体的，上平台7、下平台2均为等腰三角形；上平台7上，转动副二R2安装在等腰三角形直角顶点处，转动副四R4与转动副七R7安装在等腰三角形两锐角处；下平台2上，连杆一3固接在等腰三角形直角顶点处，转动副五R5与球副S安装在等腰三角形两锐角处。

具体的，行走腿一I、行走腿二II、行走腿三III、行走腿四IV、行走腿五V、行走腿六VI上,轴线相互垂直的转动副一R1与转动副二R2、转动副三R3与转动副四R4、转动副六R6与转动副七R均可以用一个虎克铰代替。

具体的，行走腿一I、行走腿二II、行走腿三III、行走腿四IV、行走腿五V、行走腿六VI上，与下平台联接的球副S可以用轴线交于一点的三个转动副代替。

实施例2、请参阅图1、图4、图5，一种新型并联腿式六足机器人装置，可稳定向前后行走，现以三角步态来叙述其向前行走的工作原理：定义行走腿一I、行走腿三III、行走腿五V为第一组腿，行走腿二II、行走腿四IV、行走腿六VI为第二组腿。初始状态，六条行走腿(I～VI)同时着地；当第一组腿抬起并向前迈腿时，第二组腿着地并推动躯体0向前运动；当运动到一定位置，第一组腿正好着地时，第二组腿抬起并向前迈腿，同时，第一组腿推动躯体0向前运动；当运动到一定位置，第二组腿正好着地；...；如此循环，从而使得六足机器人向前行走。图4为第二组腿着地推动躯体0向前运动，第一组腿迈腿即将着地时刻的示意图。图5为第一组腿着地推动躯体0向前运动，第二组腿迈腿即将着地时刻的示意图。

实施例3、请参阅图1、图6、图7，一种新型并联腿式六足机器人装置，除了可稳定向前后行走外，无需转弯可稳定向左右方向行走，现以三角步态来叙述其向左行走的工作原理：定义行走腿一I、行走腿三III、行走腿五V为第一组腿，行走腿二II、行走腿四IV、行走腿六VI为第二组腿。初始状态，六条行走腿(I～VI)同时着地；当第二组腿抬起并向左迈腿时，第一组腿着地并推动躯体0向左运动；当运动到一定位置，第二组腿正好着地时，第一组腿抬起并向左迈腿，同时，第二组腿推动躯体0向左运动；当运动到一定位置，第一组腿正好着地；...；如此循环，从而使得六足机器人向左行走。图6为第一组腿着地推动躯体0向左运动，第二组腿迈腿即将着地时刻的示意图。图7为第二组腿着地推动躯体0向左运动，第一组腿迈腿即将着地时刻的示意图。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种新型并联腿式六足机器人装置，包括躯体(0)和六条行走腿(I～VI)；其特征在于：六条行走腿结构相同，且对称分布于躯体(0)两侧，六条行走腿均为并联机构，均由上平台(7)、下平台(2)及联接上下平台的三条支链(C1～C3)组成；其中，支链一(C1)由连杆一(3)、移动副一(P1)、连杆二(5)、转动副一(R1)、转动副二(R2)组成，连杆一(3)一端与下平台(2)固接，连杆一(3)另一端与连杆二(5)一端用移动副一(P1)联接，连杆二(5)另一端通过转动副一(R1)、转动副二(R2)与上平台(7)联接；支链二(C2)由球副(S)、连杆三(4)、移动副二(P2)、连杆四(6)、转动副三(R3)、转动副四(R4)组成，连杆三(4)一端通过球副(S)与下平台(2)联接，连杆三(4)另一端通过移动副二(P2)与连杆四(6)一端联接，连杆四(6)另一端通过转动副三(R3)、转动副四(R4)与上平台(7)联接；支链三(C3)由转动副五(R5)、连杆五(11)、移动副三(P3)、连杆六(10)、转动副六(R6)及转动副七(R7)组成，连杆五(11)一端通过转动副五(R5)与下平台(2)联接，连杆五(11)另一端通过移动副三(P3)与连杆六(10)一端联接，连杆六(10)另一端通过转动副六(R6)、转动副七(R7)与上平台(7)联接；球副(S)、转动副五(R5)与下平台(2)联接，小腿(1)固接在下平台(2)上；转动副二(R2)、转动副四(R4)、转动副七(R7)与上平台(7)联接，上平台(7)开有安装螺栓一(8)、螺栓二(9)的螺纹孔，通过螺栓一(8)、螺栓二(9)与躯体(0)进行联接。

2.根据权利要求1所述的一种新型并联腿式六足机器人装置，其特征在于：转动副一(R1)与转动副二(R2)、转动副三(R3)与转动副四(R4)、转动副六(R6)与转动副七(R7)轴线相互垂直，转动副五(R5)与转动副六(R6)轴线相互平行，移动副一(P1)与转动副一(R1)、移动副二(P2)与转动副三(R3)、移动副三(P3)与转动副六(R6)的轴线相互垂直。

3.根据权利要求1所述的一种新型并联腿式六足机器人装置，其特征在于：上平台(7)上的转动副二(R2)与转动副七(R7)的转动轴线相互平行，且与转动副四(R4)的转动轴线相互垂直；移动副一(P1)的导轨与下平台(2)的平面垂直。

4.根据权利要求1所述的一种新型并联腿式六足机器人装置，其特征在于：上平台(7)、下平台(2)均为等腰三角形；上平台(7)上，转动副二(R2)安装在等腰三角形直角顶点处，转动副四(R4)与转动副七(R7)安装在等腰三角形两锐角处；下平台(2)上，连杆一(3)固接在等腰三角形直角顶点处，转动副五(R5)与球副(S)安装在等腰三角形两锐角处。

5.根据权利要求1所述的一种新型并联腿式六足机器人装置，其特征在于：六条行走腿(I～VI)上轴线相互垂直的转动副一(R1)与转动副二(R2)、转动副三(R3)与转动副四(R4)、转动副六(R6)与转动副七(R7)或用虎克铰代替。

6.根据权利要求1所述的一种新型并联腿式六足机器人装置，其特征在于：六条行走腿(I～VI)上，与下平台联接的球副(S)或用轴线交于一点的三个转动副代替。

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