[发明专利]弹性四连杆机械腿及其试验平台

说明书

技术领域

本发明属于机械腿技术领域，具体地讲，特别涉及一种弹性四连杆机械腿及其试验平台。

背景技术

目前，足式机器人由于拥有多种步态和一定的越障功能，相对于轮式、履带式和蠕动式机器人应用范围更加广泛，特别是在复杂地形条件下进行探险、勘察等领域都能得到广泛的应用。现有足式机器人腿部结构的形式多种多样，但多数都包括大腿、小腿和足部，其中大腿的上端安装在动力源的输出轴上形成髋关节，大腿的下端与小腿铰接形成膝关节，在膝关节上连接有电机用于实现小腿的转动，小腿的下端与足部铰接构成踝关节。这种结构，由于膝关节上的电机增加了腿部结构的重量，使腿部的惯性大，不利于腿部的及时响应和作用力的提高。

申请号为“201310690161 .3”的发明专利公开了一种带有弹性四杆机构的四足机器人腿，该发明专利在大腿与足部的上端之间连接拉簧，在大腿与踝关节之间连接压簧，并在髋关节与踝关节之间连接钢丝绳，通过压簧和钢丝绳的收放实现膝关节的转动，从而避免了直接在膝关节安装电机。但是，钢丝绳通过卷线轮的转动实现收放，使小腿的响应仍然不够及时，并且钢丝绳的安装调试麻烦、收放精度难以控制，很难确保四足的一致性。

并且，为了研究机械腿的各项性能、研发初期均需要在试验平台上对机械腿运动过程中的各项参数进行采集，现有的机械腿试验平台主要包括供机械腿跑动的传动带。受机械腿跑动距离的影响，现有的试验平台均存在占用空间大、生产成本高的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一在于提供一种响应及时、控制精确、传力效果好的弹性四连杆机械腿。

本发明解决技术问题之一的技术方案如下：一种弹性四连杆机械腿，包括长条形的大腿和小腿，所述大腿的下端与小腿上端铰接形成膝关节，在所述小腿上固定连接有被动轮，所述被动轮的中心轴与膝关节的中心轴重合，在所述大腿的上部固定有第一电机，在该第一电机的输出轴上固套有主动轮，所述主动轮与被动轮通过同步带相连；还包括长条形的足部，所述小腿的下端与足部的中部铰接形成踝关节，在所述足部的上端与大腿的上部之间连接有第一减震弹簧，所述第一减震弹簧的两端与大腿和足部均铰接。

采用上述结构，在大腿上部固定第一电机，使第一电机通过同步带、主动轮和被动轮控制膝关节的转动，并在足部的上端与大腿的上部之间连接第一减震弹簧，从而提供了一种弹性四连杆机械腿，具有以下优点：

一、通过第一电机和同步带实现膝关节的转动，既避免了在膝关节上安装电机造成腿部惯性大的问题，又有利于小腿的及时响应，并且第一电机和同步带的控制更加精确，安装调试方便，有利于确保四条腿的一致性；

二、大腿、小腿、足部的上部和第一减震弹簧构成弹性的四连杆机构，显著地提高了足部下端的响应速度和作用力；

三、第一减震弹簧可以充当韧带的作用，有利于缓冲冲击。

在所述足部的下端铰接有足底，所述足底的底面呈向下凸的弧面，该弧面沿前后方向弯折。这样在足部下端铰接足底，使足底呈被动的自由度，可以根据地面状况调整接触面，使足部与地面的接触面积更大，行走更加平稳。

在所述足底的左右两端与足部之间均连接有第二减震弹簧，所述第二减震弹簧的上端与足部铰接，第二减震弹簧的下端与足底的对应端铰接。这样设置第二减震弹簧，一方面进一步减小了冲击，另一方面有利于防止侧向的外力，提高腿部的稳定性。

作为优选，所述膝关节4中心轴轴心到踝关节铰接轴心的距离为d1，所述第一减震弹簧与大腿的铰接点到膝关节4中心轴轴心的距离为d2，当第一减震弹簧处于自然状态时、第一减震弹簧上下两个铰接点之间的距离为d3，所述第一减震弹簧与足部的铰接点到踝关节铰接轴心的距离为d4，所述d1:d2:d3:d4＝48:44 .97:53:34 .5。

本发明所要解决的技术问题之二在于提供一种占用空间小、成本低的弹性四连杆机械腿试验平台。

本发明解决技术问题之二的技术方案如下：除了上述技术方案的弹性四连杆机械腿，还包括位置相对固定的传送带和支承座，在所述支承座上安装有竖向的导轨，在所述导轨上套装有第一滑块，在所述第一滑块上固定有安装块，在所述安装块上连接有驱动装置，在驱动装置的驱动下，安装块沿导轨上下移动；在所述安装块上还固定有横向的导杆，在所述导杆上活套有第二滑块，在所述第二滑块上铰接有支撑块，在所述支撑块上固定有横向的支撑杆，在所述支撑杆的另一端固定有连接块，在所述连接块上固定有第二电机，所述第二电机的输出轴与所述弹性四连杆机械腿的大腿上端固定相连，所述弹性四连杆机械腿位于传送带上，在所述传送带上连接有动力源。