[发明专利]一种可重构并联-闭链连杆腿式机器人

说明书

本发明公开了一种可重构并联‑闭链连杆腿式机器人，包括机架和在机架前后左右位置设置的四个单腿结构，该单腿结构包括第一动力臂、第二动力臂、上摇杆、下摇杆、机架连接三幅杆、机架连接杆、末端连杆、以及着地腿，这些杆件构成了第一曲柄摇杆机构ABCE、第二曲柄摇杆机构ABC’D、以及平行四杆机构AEHF，其中，所述第一曲柄摇杆机构ABCE和第二曲柄摇杆机构ABC’D关于AB连线上下对称布置，构成运动生成机构，所述平行四杆机构AEHF用于将F点和E点的轨迹进行合成。本单腿结构具有闭链机构承载能力强，控制简单的特性，同时具有并联机构与开链机构步态多样、运动灵活的优点。

技术领域

本发明涉及四足机器人，尤其涉及一种可重构并联-闭链连杆腿式机器人。

背景技术

目前，以杆组作为单腿结构的四足机器人样式很多，大体可划分为三类：开链机构、闭链机构和并联机构。

在四足腿式机器人的发展中，开链机构(串联腿结构)虽然连杆步态灵活，地形适应能力强，但对关节驱动电机的要求很高，控制精度难以保证，因而控制难度高，承载能力差。

随着科技的发展，逐渐出现了使用闭环五杆机构作为机器人腿结构的四足机器人，如宾夕法尼亚大学的Minitaur，斯坦福的开源机器狗Stanford Doggo，以及武汉大学的并联五杆结构四足机器人。

闭链五杆结构虽然控制简单，负载能力高，但是步调单一，难以适应复杂地形。

并联五杆结构步态灵活，负载能力高，但杆件关联性弱，控制难度较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可重构并联-闭链连杆腿式机器人，其单腿结构能够用于闭链机构，其控制简单，负载能力高，步态多样，还能够用于并联机构。

为此，本发明提供了一种可重构并联-闭链连杆腿式机器人，包括机架和在机架前后左右位置设置的四个单腿结构，所述单腿结构包括第一动力臂、第二动力臂、上摇杆、下摇杆、机架连接三幅杆、机架连接杆、末端连杆、以及着地腿，所述第一动力臂和第二动力臂二者同轴心布置，其轴心位置为B点，所述机架连接杆和所述机架连接三幅杆的铰接位置为A点，其中，A铰点和B铰点均与机架连接，二者位置固定不动，所述第一动力臂、下摇杆、机架连接杆顺次铰接、构成第一曲柄摇杆机构ABCE，第一动力臂与下摇杆的铰接位置为C点，下摇杆与机架连接杆的铰接位置为E点，所述第二动力臂、上摇杆、机架连接三幅杆顺次铰接、构成第二曲柄摇杆机构ABC’D，上摇杆与第二摇臂的铰接位置为C’点，上摇杆与机架连接三幅杆的铰接位置为D点，所述着地腿与下摇杆铰接于E点，所述末端连杆的一端与所述机架连接三幅杆铰接于F点，另一端与着地腿铰接于H点，构成平行四杆机构AEHF，其中，所述第一曲柄摇杆机构ABCE和第二曲柄摇杆机构ABC’D关于AB连线上下对称布置，构成运动生成机构，所述平行四杆机构AEHF用于将F点和E点的轨迹进行合成。

进一步地，上述单腿结构为单自由度闭链机构，其中，所述单腿结构还包括用于驱动所述第一动力臂和第二动力臂二者匀速转动的驱动电机。

进一步地，上述着地腿具有多种末端轨迹形状，其中，所述第一动力臂和第二动力臂的夹角可调，所述着地腿的末端轨迹形状由所述第一动力臂和第二动力臂的夹角唯一确定。

进一步地，上述第一动力臂和第二动力臂由一个动力臂代替。

进一步地，上述机器人的步态包括慢走步态和间歇小跑步态。

进一步地，上述单腿结构还包括用于驱动所述第一动力臂转动的第一伺服电机和用于驱动第二动力臂转动的第二伺服电机，其中，所述第一伺服电机和第二伺服电机的运动参数独立控制。

进一步地，通过选择伺服电机的各自运动参数，使单腿结构在单自由度闭链机构与双自由度并联机构之间切换。

进一步地，上述机器人的步态包括慢走步态、间歇小跑步态、以及弹跳步态。