[发明专利]基于UPR-R结构的混联机器人腿部机构及步行机器人

说明书

本发明涉及步行机器人领域，目的是提供一种基于UPR‑R结构的混联机器人腿部机构及步行机器人，结构简化，灵活性好，动作幅度大，行走平稳且速度快，能有效保护设置的精密仪器。上述腿部机构包括静平台(1)以及与所述静平台(1)连接的大腿组件、与所述大腿组件通过动平台(2)连接的小腿组件，所述大腿组件包括至少三条UPR结构的支链，小腿(27)通过所述动平台(2)与所述大腿组件可转动连接；初始状态时，所述静平台(1)与所述大腿组件之间、所述大腿组件与所述小腿组件之间均呈锐角设置。本发明解决了现有混联机器人腿部机构结构构件繁多，腿部机构的灵活性较差，行走速度慢，容易引起机构震动的问题。

技术领域

本发明涉及步行机器人技术领域，特别是涉及一种基于UPR-R结构的混联机器人腿部机构及步行机器人。

背景技术

近年来，水下安全检查、渔业养殖、船舶清洗、海洋工程、科教等方面对水下机器人的需求不断增加，在技术革新与市场需求的双重推动下，水下机器人产业发展迅速。目前，水下机器人按行走方式来分主要有轮式机器人、履带式机器人、足式机器人和混合式机器人四种。与其他行走方式的机器人相比，足式机器人对工作环境的要求较低，适应性强，具有较大的使用价值。足式机器人可分为双足机器人、四足机器人、六足机器人和多足机器人，其中四足机器人的平稳性强于双足机器人，又避免了六足、多足机器人的结构复杂、控制复杂等问题。目前，足式机器人的腿部结构多采用串并混联结构，这种腿部结构兼具了串联结构和并联结构的优点，不仅速度很高，刚度较大，定位精度较高，而且工作范围广，工作空间大，工作末端灵活，易控制。

现有的串并混联机器人腿部机构，如中国专利文献CN204296909U中公开了一种类人型机器人混联式机械腿，包括由上至下顺序平行设置的髋关节平台、膝关节平台、踝关节平台和支撑脚，以及连接髋关节平台和膝关节平台的大腿驱动支链，连接膝关节平台和踝关节平台的小腿驱动支链，连接踝关节平台和支撑脚的脚腕驱动支链，各驱动支链分别由万向节与关节平台连接；所述机械腿还设有支撑支链，支撑支链轴向设于关节平台的中心，包括大腿支撑支链、小腿支撑支链和脚腕支撑支链；所述大腿支撑支链与髋关节平台由万向结连接，与膝关节平台固结，所述小腿支撑支链与膝关节平台通过十字联轴器连接，与踝关节平台固结；所述脚腕支撑支链与踝关节平台由万向节连接，与支撑脚固结。上述混联机器人腿部机构具有以下缺陷：①其大腿部分、小腿部分和脚腕部分都是采用多个支链的并联结构，然后三个并联结构又依次串联在一起，可见这种串并混联腿部结构的结构非常复杂，使整体机构的质量很重，影响腿部机构的灵活性，而且由于小腿部分和脚腕部分也都是并联结构的，结构构件数目很多，行走时会产生不可避免的相互约束，此外，大腿支撑支链与膝关节平台固结，小腿支撑支链与踝关节平台固结，这些因素都会导致腿部机构的灵活性较差，行走动作幅度较小，行走速度慢，从而导致机器人的工作效率低下；②初始状态时，髋关节平台、膝关节平台和踝关节平台相互平行设置，大腿部分与小腿部分几乎呈一条直线，开始行走时，特别是在地形环境崎岖不平的情况下，髋关节平台和膝关节平台会受到较大的应力，进而引起整体结构的震动，而且髋关节平台上通常还要设置很多精密仪器，这种震动会影响仪器的测量精度，不利于机器人的正常作业。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术的混联机器人腿部机构，结构构件繁多，导致腿部机构的灵活性较差，行走速度慢，而且容易引起机构震动，影响机器人的正常作业，而提供一种结构简化，灵活性好，动作幅度大，行走平稳且速度快，而且能有效保护设置的精密仪器，确保机器人正常工作的基于UPR-R结构的混联机器人腿部机构及步行机器人。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种基于UPR-R结构的混联机器人腿部机构，包括静平台以及与所述静平台连接的大腿组件、与所述大腿组件通过动平台连接的小腿组件，所述大腿组件包括至少三条UPR结构的支链，所述静平台上设置有分别驱动各条所述支链的至少三个驱动器，所述小腿组件包括小腿，所述小腿通过所述动平台与所述大腿组件可转动连接；初始状态时，所述静平台与所述大腿组件之间、所述大腿组件与所述小腿组件之间均呈锐角设置。