[发明专利]一种带自主液压分布动力的多关节仿生机械腿

说明书

一种带自主液压分布动力的多关节仿生机械腿，包括大腿、小腿和足部，还设有连接架、液压动力系统、控制装置，所述小腿个数≥2个，所述连接架、大腿、小腿和足部依次通过关节相连；连接架用于将所述仿生机械腿与仿生机器人固定连接或拆卸；液压动力系统设在大腿和/或小腿和/或足部；控制装置设在大腿和/或小腿和/或连接架和/或足部。本发明之带自主液压分布动力的多关节仿生机械腿，与仿生机器人之间通过连接架进行快速连接和更换，安装拆卸方便，操作控制简单。

技术领域

本发明涉及仿生机器人，尤其是涉及一种仿生机器人的带自主液压分布动力的多关节仿生机械腿。

背景技术

现有技术中，具备多自由度机械腿的足式机器人活动倍加矫健，灵活性和表演性大大增强，可跨越较大的障碍，例如沟和坎，具有极强的凸凹地形适应能力和运行稳定性，因而引起各国科技工作者的重视。

目前，仿生机器人的关键部件仿生机械腿，种类很多，大致可以概括为如下三类。

第一类，采用机械传动的仿生机械腿。如CN 201510404058.7公开了一种足式机器人的腿部结构，采用链条、链轮、多连杆机构实现腿部运动；这类仿生腿带有特定缺陷：一是动力从主体传递到各关节上，结构复杂，可靠性差，亦不方便安装维护；二是运动单一，仅适合特定路面，无法适应崎岖复杂地形；三是驱动器和关节运动呈非线性关系，导致控制系统复杂；四是由于结构复杂，多数仅采用2-3自由度，不便于自由度扩展来实现更多功能。

第二类，采用“伺服电机+减速机”驱动关节回转运动的仿生机械腿。如CN201220166860.9公开的一种电子机器人，以髋伺服机、腿伺服机、脚踝伺服机等伺服电机来实现腿部摆动或转动运动，可执行跳舞、扭腰、步行和多种复杂运动；CN 201110142086.8公开了一种十二足机器人，以主伺服电机、活动伺服电机、旋转伺服电机驱动腿部关节运动；但上述技术尚存在如下不足：一是仅适应轻型或轻载机器人，其普遍采用的是小型或轻型的伺服电机及减速机，导致关节扭矩小，无法应用于大型或重载型仿生机器人，二是这些仿生腿上无自身动力，动力集中在机器人主体框架上，需通过电缆输送至仿生腿上，极易因连接线缆磨损而整机瘫痪；三是其整体式集中电源布置在仿生机器人主体上，存在充电时间长、充电效率低的问题，四是这些机械腿和主体框架上的动力相连，安装维护大多不方便，五是采用集中的控制器来控制所有仿生腿的各个关节运动时，控制程序复杂，编程工作量大。

第三类，是采用液压动力驱动的仿生机械腿。如CN201510644743.7公开的一种四足机器人，采用电动伺服液压源驱动系统驱动仿生机械腿关节运动；这些机器人的仿生腿虽解决了关节扭矩小的问题，适合大型多足机器人，但仍存在如下问题：动力源集中在主体框架上，需由机器人主体框架上的液压动力系统提供各个仿生腿的关节液压动力，极易因连接线缆或液压管道磨损而瘫痪；其二，是其整体式集中电源布置在仿生机器人主体上，存在充电时间长、充电效率低的问题；其三，采用直线油缸的关节运动和驱动器呈非线性关系，导致控制系统复杂；其四，仿生腿及其中布置的连接线缆或/和液压管道与机器人主体框架须直接相连接，极不方便拆装维护，第五，一般考虑管路、线路和仿生机器人主体连接的可靠性和复杂性，多数仅设置自由度在2-4个。

另一方面，多自由度的工业机器人目前已运用成熟，控制算法和控制精度均满足实际工业需求，如CN201710689327.8公开了一种仿人双臂多自由度工业机器人，包括躯干系统、机械臂系统、底座系统，所述机械臂系统包括肩关节、上臂杆、肘关节、前臂杆和腕关节，肩关节与肘关节之间通过上臂杆固定连接，肘关节与腕关节之间通过前臂杆固定连接；这类工业机器人多个自由度带来的灵活性，以及多自由度的控制算法对足式机器人仿生腿开发具有很好的借鉴作用；但若直接作为仿生机械腿应用，存在如下缺陷：其一，工业机器人一般采用大型减速机和伺服电机来确保关节扭矩和运转精度，体积和重量均较大，不适合在足式机器人的仿生腿上运用；其二，工业机器人多数采用伺服电机驱动，动作精度高，但动作比较僵硬，不柔和，不适合用作足式机器人的仿生腿；其三，工业机器人多数采用外部动力控制，电缆线束复杂，极易因连接线缆磨损而瘫痪。