[发明专利]串并混联机器人腿部构型、步行机器人及其运动方法

说明书

本发明公开了一种串并混联机器人腿部构型、步行机器人及其运动方法，属于机器人领域。所述串并混联机器人腿部构型包括底座和两个串并混联驱动机构，所述串并混联驱动机构包括采用转动副依次串联连接的第一连杆、第二连杆、第三连杆、足端连杆和第四连杆，各连杆之间的转动副的轴线相互平行且与所述第一转动副的轴线垂直；所述第二连杆、第三连杆、足端连杆和第四连杆分别由两个并联的支连杆组成；所述第一转动副、第二转动副和第三转动副上分别设置有第一转动驱动器、第二转动驱动器和第三转动驱动器。本发明运动空间大、转动惯量小、腿部机构灵活运动、不发生干涉，并且能够实现机器人的直行、转弯、避障等基本功能，适合水下工作。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是指一种串并混联机器人腿部构型、步行机器人及其运动方法。

背景技术

在高速发展的今天，海洋作为蓝色国土，探索海洋成为当前重要的任务，因此各种水下机器人应运而生，主要以无人遥控潜水器(ROV)和无缆水下机器人(AUV)为主，但是这两种水下机器人只能够在弱海流环境下，而且需要有缆绳和母船的支撑。当受到较强潮流作用时，控制这两种机器人就会变得困难。

移动机器人包含轮式机器人、履带机器人、足式机器人以及复合式机器人等。轮式机器人适合在平坦的地形中执行工作任务，并可以进行高速移动，但行进不平稳易打滑，并且不适合在复杂的地形上面进行工作。履带式机器人适合在较为松软的地形中执行任务，履带与地面的接触面积大，平稳性高，但不适合在复杂的地形上执行工作任务。足式机器人擅长在各种复杂的地形上进行运动，并且其越障能力较强，但是运动速度低，重心不稳定，易侧翻。因此，在水下的复杂环境中，优先选用足式机器人。

足式机器人的腿部结构可分为串联机器人、并联机器人和混联机器人。串联机器人结构简单，控制方便，但是刚度小。并联机器人刚度大，载重自重比大，可高速运动，但是结构复杂，易干涉。串并混联机器人既具有串联机器人工作空间大的优点又具有并联机器人承载能力高的特点，但是现有的串并混联机器人都存在工作空间小、转动惯量大、驱动器的布置位置发生干涉等问题，不适合水下使用。因此有必要提供一种新的串并混联机器人腿部构型、步行机器人及其运动方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种运动空间大、转动惯量小、腿部机构灵活运动、不发生干涉，并且能够实现机器人的直行、转弯、避障等基本功能，适合水下工作的串并混联机器人腿部构型、步行机器人及其运动方法。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一种串并混联机器人腿部构型，包括底座和至少一个串并混联驱动机构，其中：

所述串并混联驱动机构包括采用转动副依次串联连接的第一连杆、第二连杆、第三连杆、足端连杆和第四连杆，所述底座采用竖向设置的第一转动副连接所述第一连杆的一端，所述第一连杆的另一端分别采用第二转动副和第三转动副连接所述第二连杆的一端和所述第四连杆的一端；

各连杆之间的转动副的轴线相互平行且与所述第一转动副的轴线垂直；

所述第二连杆、第三连杆、足端连杆和第四连杆分别由两个并联的支连杆组成；

所述第一转动副、第二转动副和第三转动副上分别设置有第一转动驱动器、第二转动驱动器和第三转动驱动器。

一种步行机器人，其特征在于，包括两个上述任一所述的串并混联机器人腿部构型，两个所述串并混联机器人腿部构型的底座之间采用竖向设置的第四转动副连接，所述第四转动副上设置有能够控制两个所述串并混联机器人腿部构型的底座单独转动的第四转动驱动器和第五转动驱动器。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明的串并混联机器人腿部构型通过依次串联连接的第一连杆、第二连杆、第三连杆、足端连杆和第四连杆构成具有3个自由度的五杆连杆机构以实现机器人腿部在三维空间的运动。