[发明专利]基于集中驱动四自由度腿部结构的仿生足式机器人

说明书

本发明公开了一种基于集中驱动四自由度腿部结构的仿生足式机器人。由一个或者多个行走机构固定于机体之下。行走机构包括髋关节机构、大腿机构、膝关节机构、小腿及足端机构；其大腿机构的驱动电机与小腿及足端机构的运动电机均安装于髋关节机构，小腿及足端机构的驱动电机通过平行四连杆机构将动力转递至小腿及足端机构的小腿，大腿机构拥有一个方向的自由度，小腿拥有两个方向的自由度，机器人运动过程中电机不随动，同时机器人受到横向冲击时利用小腿横向移动进行机器人整体姿态恢复，有效降低了机器人腿运动过程中的转动惯量，降低了机器人运动控制难度。

技术领域

本发明涉及腿足式机器人技术领域，具体涉及一种基于集中驱动四自由度腿部结构的仿生足式机器人。

背景技术

腿足式机器人具有高度的适应性与灵活性，既可以在平地行走，也能以静态步行方式实现复杂的非结构化环境中自如行走，如在凹凸不平的地面行走、上下台阶和斜坡、跨过溪流、跋涉沼泽等，又能以动态步行方式实现高速行走，使得腿足式机器人可以适应各种恶劣环境条件，在灾难救援、军事运输、战场侦查等任务中具有重要意义，因而受到各国研究人员的重视，是当前仿生机器人领域研究的热点。

腿足式机器人至今已有很多种构型，按腿部构型主要分为串联式、并联式、串并混联式三种。

优劣势明显。

中国专利CN202657138U，小型仿生四足机器人为代表的串联式腿部机器人，是现有应用范围最广的串联式腿足机器人，此类型腿部机构方案具有三个自由度，大腿小腿相互铰接，大腿具有两个自由度，一个为机器人前进移动、另一个为机器人横向移动；小腿驱动位于髋部，通过连杆与小腿连接，从而驱动小腿转动。此结构方案基于仿生学原理，模拟哺乳动物的步态和腿部结构，设计简洁，腿部工作空间大。但当机器人在前进过程中受到横向冲击，需要恢复姿态时，是由大腿髋关节控制机器人横向运动的电机运动来调整，故恢复过程需要移动整腿来进行，此时转动惯量大，姿态恢复不易。

中国专利CN108238126A公开了一种轮足全向运动机器人，其为轮足分离式，腿部着地进行足式运动；腿通过旋转移动使机身降低使机身下方麦克纳姆轮触地进行机器人轮式运动。此专利为代表的足式移动机器人，在自由度较多的情况下，驱动关节的电机位于关节处，整腿移动过程中，电机会随动，导致转动惯量过大，机器人控制较难。

中国专利CN111591365A公开了一种四自由度轮足一体化机器人腿及机器人，包括上平台、驱动支链、转向驱动机构、移动下平台和轮驱动机构构成，其为并联机构，使用直线电机驱动。此专利所述机器人腿部机构为并联机构，以此为代表的并联腿部机构机器人，其承载强，运动精度高；但移动速度慢，工作空间较小，对于机器人运动有较大的限制，越障能力较弱。类似的还有以倒置Steward平台为腿部机构的足式移动机器人，其相对具有更强的承载能力，但缺点与之相同。

可以看出，现有串联式机器人在遭受横向冲击姿态恢复时需全腿运动进行姿态恢复、驱动位于关节处导致的转动惯量过大，控制难度大的问题。现有并联式机器人，具备一定负载情况下，工作空间小，运动速度慢的问题。

发明内容

本发明为了克服现有技术的缺陷，提出了一种基于集中驱动四自由度腿部结构的仿生足式机器人。

所述基于集中驱动四自由度腿部结构的仿生足式机器人由一个或者多个行走机构固定于机体之下。

行走机构包括髋关节机构、大腿机构、膝关节机构、小腿及足端机构；

髋关节机构由第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、第一支架、第二支架、2个第一万向节、4个第一转动副、1个第五转动副构成；

大腿机构由2个第一大腿杆、4个第二大腿杆、2个第三大腿杆(S型)组成；

膝关节机构由中空板、4个第二转动副、2个第三转动副、2个第四转动副、2个第二万向节组成；