[发明专利]腿构型可变的直驱型四足机器人

说明书

本申请涉及机器人的技术领域，具体公开一种腿构型可变的直驱型四足机器人，包括躯干部、腿部和髋部；腿部构型可变，共全肘式、全膝式、前肘后膝式、前膝后肘式四种构型，实现多地形环境的腿部构型自适应，实现阶梯、斜坡、崎岖等路况的应用，在实用性上更有优势，与一般腿部构型不可变的四足机器人相比，本发明灵活性更强，自适应带载运送、崎岖路况、斜坡阶梯等多种路况，上下楼梯不必做转身运动，可随时变换构型适应环境所需，不需多次拆卸或改装腿部机构。

技术领域

本申请涉及机器人的技术领域，特别涉及一种腿构型可变的直驱型四足机器人。

背景技术

目前，针对四足机器人的研究越来越多，其具有非连续支撑特点，因此能够跨越崎岖复杂的地形，兼顾灵活性、越/避障、多地形自适应等特点，实用性和适用性更好，在军工、巡检、物流等方向具有广阔的应用前景。国外主要有spotmini、anymal等四足机器人，国内主要有laika、绝影等四足机器人，其中spotmini所有关节均安装力/力矩传感器用于测量关节力矩，虽然灵活性较高，但控制系统复杂，实现难度大，且腿部构型单一，只有全肘式构型，不同地形的实用性上较差；anymal机器人采用360°集成关节，集成电机、齿轮、弹簧、驱动器、编码器等部件，可实现不同腿部构型变化，集成度高，结构复杂，控制系统设计困难，其中腿部膝关节安装一体关节，增大了腿部惯量，影响摆腿频率；laika、绝影四足机器人选用无框电机匹配一级行星减速器，肩关节集成2自由度，腿部通过连杆机构传动，实现了低惯量设计，但腿部构型单一不可变，针对不同地形的适应性有限。

专利CN201510273183.3公开一种电驱小型仿生四足机器人，采用交流永磁同步电机直接驱动技术，取消减速器，结构虽然简单，但输出力矩小，只适用于小型化机器人设计，且小腿连杆传动，腿部构型只有前肘后膝一种，运动范围受限，运动步态虽然可以丰富，但缺乏运动灵活性；专利CN201710093433.X公开一种四足机器人单腿机构，采用空心杯电机与大减速比减速器传动机构，同时又增加了外部齿轮传动及带传动，腿部结构刚性必定很低，并且内摩擦力大，通频带宽低，不利于关节力控算法的实现；专利CN201710025569.7公开一种单轴两自由度机器人关节，该关节主要解决高减速比带来的不利于关节力控算法实现的弊端，但只存在理论分析上，并未完全解决该问题，首先该关节只应用电机定子中的霍尔传感器进行关节角度测量，霍尔传感器控制精度低，并且无法记录关节零位，上电需重新寻零，存在上下电后零位突然消失的安全隐患，该专利并未提及任何寻零机构或零位传感器；其次，该关节的第一自由度电机转子安装一级行星减速器，而第二自由度的电机转子直接安装带轮输出，该自由度的输出转矩自然不高，并不能像第一自由度一样承受大负载转矩，应用场合受限；最后，该关节采用成对的行星减速机滚珠轴承，空间利用率低，结构冗余。

发明内容

本发明提供了一种更利于关节力控算法实现的具有关节大转矩输出的高精度运动控制的腿构型可变的直驱型四足机器人，其腿部构型可变，灵活性更强，关节采用单列四点接触轴承支撑，结构更紧凑，采用韦根多圈绝对值编码器，尺寸小无需外挂电池且能精确记录电机转角及关节零位。