[实用新型]一种用于仿生机器人前肢机械系统的串并混联臂/腿机构

说明书

一种用于仿生机器人前肢机械系统的串并混联臂/腿机构，包括机体、髋关节和支腿；两个机体并排固定连接形成机体主体，机体主体的两端分别设置有髋关节，每个髋关节的下方均连接有支腿；本实用新型包括机体部分、髋关节部分、支腿三部分，通过六支杆的运动可得到髋关节的各向平动、俯仰和横摆，提升了串联腿部的工作空间和关节灵活性。髋关节结构采用大小腿双电机通过大腿行星架实现同轴结构，从而当腿部运动时可提高大腿和小腿摆转的转动精度，同时可提升行走的平稳性。

技术领域

本实用新型涉及智能机器人领域，特别涉及一种用于仿生机器人前肢机械系统的串并混联臂/腿机构。

背景技术

随着科技的日益发展，足式机器人的应用也越来越多，人们对于其工作性能的要求也越来越高。在精密制造业领域，很多工作不仅需要机器人有灵巧的双手，更加需要机器人具有灵活且运动精确的双臂/腿。然而，串联结构的机械臂/腿虽然结构简单，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，但是控制复杂，工作空间小且易干涉。这些问题都使得机器人在工作过程中动作僵硬、可达位置受机构自由度限制，难以完成精细化操作，更难以发挥出机器人本应具有的力量大且可精密操控的能力。

基于此，有必要提供一种用于仿生机器人前肢机械系统的串并混联臂/腿机构，以解决上述问题。

现有的四足机器人的腿部机械结构几乎都为串联机构组成。这种串联结构简单，控制建模容易，但有以下几个方面的限制：①驱动器多安装在腿部，使得下级驱动器成为上级驱动器的负载，驱动能力要求高；②机器人刚度较小，较难承受重复性的高承载任务。国内外对混联腿式机器人的研究多放在单足或双足步行机器人方向。例如日本早稻田大学的WL系列步行椅的设计，广濑研究室的Para-Walker的设计。国内则有山东大学马广英等设计的串并混联机器人腿部构型，结构简单，但是单腿工作空间比较小，使得跨越障碍物的能力有限。燕山大学王洪波等提出的四足/两足可重组步行器的构想，腿结构具有较大的刚度，可提高机器人的载重自重比，但在机构本身的工作空间方面受限，较难完成户外多地形的行走和越障作业。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于仿生机器人前肢机械系统的串并混联臂/腿机构，以解决上述问题。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种用于仿生机器人前肢机械系统的串并混联臂/腿机构，包括机体、髋关节和支腿；两个机体并排固定连接形成机体主体，机体主体的两端分别设置有髋关节，每个髋关节的下方均连接有支腿；

机体包括机体支架和运动支链；每两个运动支链形成一个支链组，若干个支链组垂直固定设置在机体支架的内侧壁上；运动支链用于髋关节的各向平动、俯仰或横摆运动；

髋关节包括壳体、驱动电机、编码器连接轴、大腿行星架、大腿减速机、小腿行星架和小腿减速机；两个驱动电机输出端相对的同轴设置在壳体内，两个驱动电机输出端均设置有编码器连接轴；一个驱动电机的输出端连接大腿减速机，大腿减速机通过编码器连接轴连接两个大腿行星架，两个大腿行星架固定连接；另一个驱动电机的输出端连接小腿减速机，小腿减速机通过编码器连接轴连接小腿行星架；

进一步的，支腿包括小腿连杆、大腿和小腿；大腿的一端与大腿行星架连接，大腿的另一端与小腿的一端铰接，小腿连杆的一端与小腿行星架铰接，另一端与小腿的端部铰接。

进一步的，运动支链包括电机支座、电机、丝杠、丝杠滑块和连接杆；电机固定设置在电机支座的内侧一端，电机的输出轴连接丝杠，丝杠的端部通过轴承连接在电机支座的另一端；丝杠上设置有丝杠滑块，连接杆的一端铰接在丝杠滑块上，另一端铰接在髋关节的壳体上。

进一步的，支链组共有三组，三组支链组成等边三角形布置；连接杆的一端固定连接下虎克中心铰，另一端固定连接上虎克中心铰；丝杠滑块通过上虎克中心铰与连接杆铰接；髋关节的壳体上相应位置设置有下虎克单铰，连接杆通过下虎克中心铰与下虎克单铰相铰接。