[实用新型]一种欠驱动混联行走机构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种机器人行走机构，尤其是一种欠驱动混联行走机构。

背景技术

目前，代替人类在复杂和危险环境中工作的地面移动机器人越来越引起人们的关注，目前该类型机器人主要分为两类：轮式（履带式）和腿式机器人。腿式机器人可适应更为广泛的地形，在近些年引起更多的关注。四足腿式机器人比轮式或履带式机器人更为灵活，构建和控制性能上比六足更为简单，而在运动上比双足更为稳定，这些特点使其在军事、航空航天、抗险救灾以及示教娱乐上有着广阔的应用前景。从腿部机构构型角度考虑，串联构型腿部运动空间更大，整体更为灵活，并联构型稳定性和承载能力更好。通常四足机器人单个腿部设计为2～4个自由度，四足机构多达8～16个自由度，多自由度的设计虽然增加了腿部动作的灵活性，但要实现四足行走与步态控制的难度和复杂度大大提升了。目前的常见的四足机器人的行走实际上一种多自由度的步态协调与控制方法，其设计难度、时间复杂度以及动态响应要求都是影响该技术实际应用的障碍。利用机构设计有效降低其腿部机构的自由度，并同时能实现要求的步态，便可有效改善该类型机器人的技术难度，降低其应用门槛。

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种欠驱动混联行走机构，该机构兼具串联与并联机构的混联结构，在保证运动灵活性的同时，具有较好的稳定性和承载能力。通过机构设计有效实现了前后腿的步态控制，只通过单个或少量驱动便实现了前后腿的行走步态，大大减少了驱动部件的数目，从而降低控制的难度与复杂度，由于步态行走大部分是由机构实现，也在一定程度上提高了响应的及时性。其结构较传统机构得到了较大的简化、控制难度降低、响应速度快，适用于复杂地形结构下的快速行走与作业。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种欠驱动混联行走机构，包括对称安装于机身下方的四条混联行走腿机构，每条所述腿机构均由一个主动四边形机构、一个随动四边形机构、一个三角架及随动足部机构构成，其中，随动四边形机构和三角架均位于主动四边形机构一侧，三角架位于随动四边形机构上部，随动足部机构位于随动四边形机构的下部，且所有相邻机构之间均有共用组成部件；两组相对应的前腿机构和后腿机构分别安装于两个不同偏心轮上，三角架的一个节点通过回转副与机身相连。

每一组前后相对应的前腿机构和后腿机构的主动四边形机构的相同位置的一个节点安装于一个偏心轮上。

所述两个偏心轮分别安装在两个不同的驱动轴上，两个偏心轮均通过回转副安装于机身上，两个偏心轮上均设有一个偏心轴。

所述两个偏心轮安装在同一个驱动轴上，两个偏心轮均通过回转副安装于机身上，两个偏心轮上均设有一个偏心轴，且两个偏心轴相位差为180°。

所述主动四边形机构是由第一至第四连杆首尾依次相连组成，且第一和第四连杆相连节点连接于偏心轮的偏心轴上。

所述三角架由第五连杆、第六连杆与主动四边形机构的第二连杆首尾依次相连组成；第二连杆和第六连杆铰接节点通过回转副安装于机身上。

所述随动四边形机构由第七连杆、足部关节、主动四边形机构的第三连杆、三角架的第六连杆首尾依次相连组成。

所述各连杆连接节点均为铰接并能回转。

所述随动足部机构底部，以及与随动足部机构相连的随动四边形机构的第七连杆、主动四边形机构的第三连杆底部均设有减震机构。

本实用新型包括4条混联构型的腿机构，对称安装于机身下方，并通过偏心轮控制前后腿的步态协调，每个偏心轮控制前后2条腿。

欠驱动的说明：通常的四足行走机构的自由度要求多达8～16个，从理论上说，要实现整个机构的四足步态行走，要求的驱动部件也应该具有8～16个驱动部件。本实用新型从机构角度出发，将偏心轮与混联机构结合，只通过单个驱动或最多2个驱动部件，就能实现多个自由度的四足直线行走步态控制，故称之为欠驱动。

每个混联腿构型由两个四边形机构（主动四边形机构和随动四边形机构）、一个三角架以及随动足部机构构成。腿部动作主要由偏心轮带动该主动四边形机构完成运动；三角架与机身通过回转副相连，并在主动四边形驱动下绕回转副旋转；足部机构在主动四边形机构和随动四边形带动下随动。

通过偏心轮与主动四边形驱动前后腿机构，进而实现四足直线步态运动，通过1个转动驱动以及混联机构实现多自由度两足行走步态，偏心轮每转动360°，则完成一次步态循环。

对称两侧的前后腿足行走机构完全相同，通过两侧偏心轮位置差动，可实现四足步态变换，两偏心轮相位差相差180°。