[发明专利]6-URS六足步行机器人

说明书

技术领域  本发明属于多足步行机器人，特别涉及一种具有6自由度并联腰机构和三分支操作手的机器人。

背景技术  至今人们已研究出多种步行机器人。美国伊利诺斯大学Delcomyn和Nelscon于20世纪末，制造了著名的仿蟑螂机器人Biobot。美国NASA研制的用于航空领域的微型爬行机器人“Spider-bot”，外形很像蜘蛛，体积只有人头部的一半大小，重量轻，可以在不规则的星球表面爬行。上海交通大学研制了小型六足仿生机器人；还研制了四足步行机器人“JTUWM”，它能以对角线步态行走。其足底安装了PVDF测力传感器，上位机利用模糊神经网络系统对力反馈信息进行处理，调整步行参数，提高了步行的稳定性。中国科学院沈阳自动化所成功研制了水下全方位六足步行机器人LR-1。清华大学开发了“DT-WM”—框架式双三足步行机器人、五足爬杆机器人。上海交通大学祝捷等人研究的SMA驱动的微型双三足步行机器人等等。

 但与工业机器人相比，三十多年来，步行机器人的研究进展缓慢，大多数研究开发工作基本上没有走出实验室。我国目前尚未有适用于矿井这一非结构环境多足步行机器人的研究。且目前的多足步行机器人存在诸多问题。首先多足步行机器人的步态依照机器人结构的不同而各有不同。在某些地貌，其行走效率很低，而且在机器人动态步行方面的研究比较缺乏。另外在实际应用中机器人的工作空间会受到限制。需要研制体积小、效率高的机械结构、控制系统硬件电路、电源系统、传感器等。最后需要改进现有多足步行机器人的机械机构设计，提高多足步行机器人研究平台的适应能力。

发明内容  本发明的目的在于提供一种结构新、刚度大、承载能力强并且运动灵活的六足步行机器人。本发明主要包括有上、下平台、连接上下平台的6个结构相同的URS分支以及结构相同的3个长支撑腿和3个短支撑腿。上平台和下平台均为反正六边形，六个相同的URS分支布置在平台圆周上，分别对应反正六边形上、下平台的六个顶点。每个URS分支的上连杆一端与由螺栓固定在上平台的虎克铰副U连接，其另一端通过转动副R与下连杆的一端连接，该下连杆的另一端通过球副S与下平台连接，该球副S通过上、下球套由螺栓连接到下平台上。上述六个结构相同的URS分支中的三个分支可以脱开与下平台之间的连接，再其末端安装爪手，向前向外伸出，实现采集、抓取、传递物品等功能。三个相同的长支撑腿的一端按每120°一个等分连接在上平台圆周上，分别对应反正六边形上平台的其中三条边线的中间位置；其另一端置于地面上；三个短支撑腿的一端按每120°一个等分连接在下平台圆周上，分别对应反正六边形下平台的其它三条边线的中间位置，与上平台的三条长支撑腿相错开，其另一端置于地面上。在上述每个URS中间的R副上可以安装驱动电机，通过电机驱动R副转动，可实现上、下平台的交替运动。

机器人所采用的6-URS并联机构的上、下平台交替做定平台和动平台，在这两种情况下，为了实现动平台的运动要求，要求相应的动平台都要具有三个移动自由度和三个转动自由度。利用螺旋理论对这两种情况下的自由度数目和运动性质进行分析可知：该运动螺旋系的秩为6，无约束反螺旋，即动平台均具有三个移动自由度和三个转动自由度。说明该机构满足机器人行走所要求的自由度数目和运动性质。

本发明与现在技术相比具在有如下优点：

1、保证同时至少有三条腿着地，这样就能强化其承载能力与稳定性。

2、在立定静止时，上下平台之间的六条连接足中的三条能脱开与下平台之间的连接，向前向外伸出，实现采集、抓取、传递等功能。

3、由于其结构的局部对称性，使其可以原地转弯，而且上下平台之间的距离伸缩性较大，可以使机器人越过较高的石块，适应凹凸不平路面。

附图说明

图1是本发明的立体示意简图。

图2是本发明单分支操作手的立体示意简图。

图3是本发明双分支协作操作手的立体示意简图。

图4是本发明三分支协作操作手的立体示意简图。

具体实施方式

    在图1所示的6-URS六足步行机器人的立体示意简图中，上平台1、和下平台5均为反正六边形，连接上、下平台的六个结构完全相同的URS分支3中，每个URS分支的上连杆一端与由螺栓固定在上平台的虎克铰U连接，其另一端通过转动副R与下连杆的一端连接，该下连杆的另一端通过球副S与下平台连接，该球副S通过上、下球套由螺栓连接到下平台上。三个相同的长支撑腿2的一端按每120°一个等分连接在上平台圆周上，分别对应反正六边形上平台的其中三条边线的中间位置，其另一端置于地面上，三个短支撑腿6的一端按每120°一个等分连接在下平台圆周上，分别对应反正六边形下平台的其它三条边线的中间位置，与上平台的三条支撑腿相错开，其另一端置于地面上。驱动电机4装在每个URS中间的R副上，通过电机驱动R副转动，可实现上、下平台的交替运动。在立定静止时，上下平台之间的六条连接支链中的三条能脱开与下平台之间的连接，如图2、3和4所示，向前向外伸出，来实现采集、抓取、传递物品等功能，这时其余运动分支的万向铰中的转动副锁死，保证机器人稳定。