[发明专利]一种具有着陆缓冲功能的行走机器人

说明书

技术领域

本发明涉及行走机器人技术领域，具体指一种具有着陆缓冲功能的行走机器人。

背景技术

自“机器人”诞生以来，机器人技术得到了许多国家及科研机构的重视和研究。行走机器人因其运动的灵活性和对环境的适应性而得到广泛研究及应用。近年来人们加快了使用行走机器人代替人类在危险、恶劣环境中作业的步伐，行走机器人的工作场合也越来越多地面向室外非结构化环境。野外、行星表面等室外非结构化环境具有多样性、随机性与复杂性等特点。行走机器人要在这些人类难以涉足或无法到达的恶劣、危险和有害的环境中，替代人类完成相应的任务，这不仅要求行走机器人具有更高的机动性能和更加灵活的运动方式以满足复杂多变的任务需求，在特殊场合下还需要行走机器人可以通过空中投放的方式到达人类难以到达的复杂环境，如强震后的先期空投勘查，就要求行走机器人具有一定的着陆缓冲功能，以保证机器人着陆后完好无损。

目前，行走机器人的主要类型有车轮式、履带式和腿足式行走机器人。其中，腿足式行走机器人的“腿”大多为串联机构，这类机构承载能力相对较低，不具有着陆缓冲功能，比较典型的是美国国防高级研究局(The Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA)与美国波士顿动力公司(Boston Dynamics)为美军士兵研发的一种类似“机器骡”(robotic mule)的四腿机器人，主要用于在越野环境下携带武器和其他物质。车轮式和履带式行走机器人具有机动性强、运动稳定等特点，如美国的勇气号和机遇号火星探测机器为一种典型的车轮式行走机器人，其火星探测取得了极大成功，但由于其不具有着陆缓冲功能，需要着陆气囊将其投放至火星表面。我国的嫦娥三号“玉兔”号月球车同样是一种车轮式行走机器人，需要软着陆探测器将其投放至月面，而嫦娥三号软着陆探测器则不具备行走功能。

从公开发表的相关资料来看，国内外尚没有提出一种具有着陆缓冲功能的行走机器人技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种具有着陆缓冲功能的行走机器人，着陆稳定、步态灵活、行走平稳、承载力强、安全可靠，可显著增强复杂地形条件下的行走能力，能够实现空中投放。

本发明包括如下技术方案：

一种具有着陆缓冲功能的行走机器人，包括着陆平台、环绕设置在着陆平台四周的多套缓冲行走机构、降落伞包和控制器，控制器安装在着陆平台上，用于实现对缓冲行走机构的控制，从而实现着陆缓冲和行走控制；降落伞包安装在着陆平台上，用于降低行走机器人的着陆速度；

每套缓冲行走机构包括一套多功能支柱、两套单功能支柱和一个足垫；在机器人着陆时，多功能支柱能够实现着陆缓冲功能，在机器人着陆后，多功能支柱与两套单功能支柱共同实现行走功能；多功能支柱上端通过第一万向节与着陆平台连接，两套单功能支柱上端分别通过第二万向节和第三万向节与着陆平台连接，多功能支柱和两套单功能支柱可分别实现相对着陆平台的二自由度转动；两套单功能支柱下端分别通过第一球铰和第二球铰与支柱支撑座的上端面连接，可分别实现相对支柱支撑座的三自由度转动；多功能支柱末端与支柱支撑座的上端面固连；支柱支撑座的下端面通过第三球铰与足垫连接，可实现足垫相对支柱支撑座三自由度转动。

所述的多功能支柱包括第一驱动组件、第一外筒、第一内筒、第一丝杠、第一丝杠螺母、第一螺母导杆、第一外筒端盖、缓冲拉杆及拉杆切割器；第一驱动组件安装在第一外筒上端外侧面；第一丝杠和第一丝杠螺母组成螺旋运动副安装在第一外筒内部，第一丝杠端部通过轴承支撑并轴向定位，第一内筒安装并固定在第一丝杠螺母下端；第一外筒上端面安装第一万向节、下端安装第一外筒端盖；第一螺母导杆穿过第一丝杠螺母上的导向孔，两端分别固定在第一万向节和第一外筒端盖上；缓冲拉杆一端固定在第一丝杠螺母的下端上、另一端固定在第一外筒端盖上；拉杆切割器安装在第一外筒上，缓冲拉杆穿过拉杆切割器端部的小孔并靠近孔内的切刀；第一丝杆螺母为开合式螺母；在机器人着陆前，在控制器的控制下第一丝杠螺母与第一丝杆分离；在机器人着陆时，第一内筒受到着陆冲击载荷的作用下向第一外筒收缩，缓冲拉杆被拉伸并吸收着陆冲击能量，从而起到降低着陆冲击的作用；在机器人着陆后，在控制器的控制下第一丝杠螺母与第一丝杠结合，在控制器的控制下拉杆切割器将缓冲拉杆切断；在机器人行走时，在控制器的控制下第一驱动组件驱动第一丝杠转动，第一丝杠驱动第一丝杠螺母沿第一丝杠轴向直线运动并带动第一内筒在第一外筒内伸缩。

所述缓冲拉杆为一种常温超塑性材料，其延伸率可达％以上，且其塑性对温度变化不敏感。