[发明专利]一种四足机器人单腿结构及其工作方法

说明书

本发明提供一种四足机器人单腿结构及其工作方法，包括机架及位于机架下方的小腿架，小腿架的上部两侧各铰接有一平行设置的大腿板，机架下部固定连接有第一电机，其中一个大腿板与第一电机的输出端固定连接，另一个大腿板与机架铰接连接，两个大腿板上端摆动处同轴设置，所述小腿架中部还铰接有连杆，连杆的上端铰接有一曲柄，机架上还固定有第二电机，第二电机的输出端与曲柄的上端固定连接，曲柄的下端与连杆上端铰接连接，小腿架下端固定有弧形足部，本发明结构简单紧凑、响应迅速、传力效果好，利用两个电机实现大腿板的摆动及小腿板之间形成的膝关节的摆动，避免了在膝关节处直接安装电机造成腿部惯性大的问题，有利于实现小腿的及时响应，便于安装调试。

技术领域

本发明涉及一种四足机器人单腿结构及其工作方法。

背景技术

目前，腿足式机器人由于因其出色的运动能力和优异的负载能力，在野外运输、行星探测、军事作战、反恐救援等非结构化环境下扮演着不可替代的角色。四足仿生机器人从仿生学角度观察更接近四足哺乳动物，与单足、双足机器人相比动态行走条件更易于保证，更能适应复杂的地形，而与六足及以上多足机器人相比结构更简单，机构的冗余和控制复杂程度更低。四足机器人不仅能以静态步行的方式在崎岖复杂的地形上行走，还能以动态步行的方式在平地上高速行走，还能实现大负载的运输需求，具备在非结构环境中的实用潜力和应用价值。

国内外足式机器人腿部结构大多在关节处直接添加驱动电机来驱动关节的运动，此类设计简单有效，但是机器人腿部质量大，载荷主要集中在各关节处，直接影响了腿部的灵活性和强度。针对这一问题，本发明提出将电机转移到机架上，通过曲柄连杆机构来实现膝关节的运动控制的方法。

发明内容

本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是现有的足式机器人腿部结构大多在关节处直接添加驱动电机来驱动关节的运动，机器人腿部质量大，载荷主要集中在各关节处，直接影响了腿部的灵活性和强度。

本发明的具体实施方案是：一种四足机器人单腿结构，包括机架及位于机架下方的小腿架，所述小腿架的上部两侧各铰接有一平行设置的大腿板，所述机架下部固定连接有第一电机，所述其中一个大腿板与第一电机的输出端固定连接，另一个大腿板与机架铰接连接，两个大腿板上端摆动处同轴设置，所述小腿架中部还铰接有连杆，所述连杆的上端铰接有一曲柄，所述机架上还固定有第二电机，所述第二电机的输出端与曲柄的上端固定连接，曲柄的下端与连杆上端铰接连接，所述小腿架下端固定有弧形足部。

进一步的，所述机架包括顶板及固定于顶部由顶板向下部延伸的一对竖向支撑板，所述第一电机及第二电机分别固定于两个竖向支撑板上且输出轴相向设置。

进一步的，所述小腿架下端固定有足端连接块，所述弧形足部固定于足端连接块上。

进一步的，所述小腿架由一对平行设置的小腿板构成，一对小腿板之间经连接柱固定连接。

进一步的，所述小腿架上部两侧与大腿板经贯穿的轴杆实现铰接连接，所述轴杆两端螺纹连接有螺母，小腿架两侧与大腿板之间还设置有膝关节垫片，轴杆与小腿架之间经轴承实现与小腿架铰接连接。

进一步的，所述连杆下端套于连接柱外部，连杆上端经贯穿连杆及曲柄下端的光轴螺栓实现曲柄与连杆的铰接连接。

进一步的，所述弧形足部材料为弹性橡胶。

本发明还包括一种四足机器人单腿工作方法，其特征在于，利用如上所述的一种四足机器人单腿结构，通过利用第一电机驱动大腿板的抬升，利用第二电机带动小腿架绕与大腿板铰接处摆动，从而实现对小腿架和大腿板构成的膝关节实现运动和控制。