[发明专利]基于平行四边形的伸缩四连杆关节传动机构

说明书

技术领域

本发明属于机器人技术应用领域，具体涉及一种基于平行四边形的伸缩四连杆关节传动机构，主要应用于液压等直线驱动的足式机器人转动关节设计。

背景技术

足式机器人是当今机器人研究领域最为前沿的课题之一，它集机械、电子、计算机、材料、传感器、控制技术及人工智能等多门学科于一体，反映了一个国家的智能化和自动化研究水平，同时也作为一个国家高科技实力的重要标志，各发达国家在该领域相继投入巨资开展研究。

具有高承载能力的液压驱动足式机器人具有优越的移动能力的同时又具备良好的负载能力，将在军事、山地救援、林地勘测等特殊复杂环境下有巨大的需求背景。

液压缸直线驱动实现足式机器人关节转动方式，通常采用伸缩四连杆机构实现，（如美国军方的Bigdog四足机器人、山东大学荣学文发明的《具有质心调整装置的液压驱动四足机器人移动机构》（申请号：201010153672.8））。由于传统的伸缩四连杆机构运动时会出现运动关节转速与液压缸移动速度之间速比k随不同运动位置而明显不同。由于足式机器人关节受力的复杂性及其特殊性，即在关节运动速度和驱动力矩大小这两者的均衡性上有特殊要求，对关节运动机构设计具有较高的设计要求。一般在关节运动到往返两个极限位置时关节通常需要较大的驱动力矩，而此时的伸缩四连杆机构的速比k较大使得必须选择更大驱动功率的液压缸才能满足，选择更大功率的液压缸更不利于足式机器人机构轻巧的客观要求；而处于中间状态时所需的驱动力矩有可能较小，选择大功率的液压缸又不必要。这种传统的伸缩四连杆机构在同等功率的液压驱动时足式机器人关节凸显输出力矩和转动速度的不均衡缺点，使得关节运动控制难度增加，不利于足式机器人运动实现，也阻碍了液压驱动足式机器人关节设计思路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于平行四边形的伸缩四连杆关节传动机构，该机构使运动关节转速与液压缸移动速度之间速比k在不同运动位置时基本保持相同，在同等功率的液压驱动的足式机器人关节运动不同位置时输出力矩和转速均较为均衡，降低了足式机器人关节运动控制的难度，优化了足式机器人机构关节传动设计。

一种平行四边形的伸缩四连杆关节传动机构，其特征在于：

包括：第一刚体、第二刚体、第三杆、第四杆。其中第一刚体一端与第二刚体一端铰连，铰接点称为第一铰接点；第三杆一端与第一刚体中间铰接，铰接点称为第二铰接点；第三杆另一端与第四杆一端铰接，铰接点称为第三铰接点；第四杆另一端与第二刚体中间通过铰链连接，铰接点称为第四铰接点； 其中第一铰接点到第二铰接点的距离与第三铰接点到第四铰接点的距离相等，第二铰接点到第三铰接点的距离与第四铰接点到第一铰接点的距离相等.在第一刚体上还设有第五铰接点；在第三铰接点和第五铰接点之间通过铰接方式安装有直线移动副，具有往返直线移动能力。实际常用的主要为液压缸或气压缸或或丝杠直线移动装置。

本发明的工作原理为：现有的液压驱动足式机器人中均采用伸缩四连杆机构实现液压直线驱动带动关节转动，因此本发明注重提出基于平行四边形的伸缩四连杆关节传动机构，使运动关节转速与液压缸移动速度之间速比k在不同运动位置时基本保持相同。基于平行四边形的伸缩四连杆关节传动机构运动时，通过直线移动装置带动平行四边形杆件转动，最终实现第一刚体和第二刚体之间转角变化，完成了液压缸或气压缸等装置的这种直线运动到关节转动的运动传动。由于平行四边形的运动特点，使得驱动伸缩四连杆运动的力与转动关节点之间力臂变化较小，比单纯的伸缩四连杆具有运动输出更为稳定特点，提高了足式机器人关节的运动性能，为机构轻巧、运动高效的足式机器人关节设计提供机构创新和优化方式。

本发明与现有技术相比有如下优点： 

1、本发明能够实现直线运动到关节转动的运动传动，结合平行四边形的运动特点，比单纯的伸缩四连杆具有运动输出更为稳定特点，为机构轻巧、运动高效的足式机器人关节设计提供机构创新和优化方式。

2、本发明的结构简单、运动原理清晰、运动实现方便，满足足式机器人在不同条件下关节特殊运动的性能要求。

 3、     本发明在增加一个平行四边形机构的条件下，改善了原有伸缩四连杆机构性能，提高了足式机器人关节运动性能，降低了液压等直线驱动的足式机器人关节的控制难度。

附图说明

图1是本发明基于平行四边形的伸缩四连杆关节传动机构示意图；

图2是本发明基于平行四边形的伸缩四连杆关节传动机构实例图；

图3是本发明基于平行四边形的伸缩四连杆关节传动机构运动示意图；