[发明专利]基于多级电动缸并联式腿足结构的电动四足机器人

说明书

本发明提供一种基于多级电动缸并联式腿足结构的电动四足机器人，结构相对简洁，克服了解耦计算难、工作空间小的问题，运动速度快，越障能力强，应用范围广泛。该电动四足机器人包括：机身、四个髋关节和四组腿足结构；每组腿足结构包括：多级电动缸、单级电动缸和伺服电机旋转关节；髋关节通过旋转轴A分别与机身和伺服电机旋转关节相连，伺服电机旋转关节用于驱动髋关节绕旋转轴A的轴线转动，实现单腿机构的前后摆动；多级电动缸的缸筒通过旋转轴B与髋关节相连，单级电动缸的作动端与多级电动缸的缸筒相连，驱动多级电动缸的缸筒绕旋转轴B的轴线转动，实现单腿机构的左右摆动；同时多级电动缸通过自身的伸缩实现单腿机构的抬腿和落腿运动。

技术领域

本发明涉及一种四足机器人，具体涉及一种并联式腿足结构的电动四足机器人，属于并联四足机器人领域。

背景技术

作为最常见的移动式机器人之一，四足机器人以其高度一体化的机械结构、灵活的运动能力和强大的负载能力受到了众多研究者的关注。利用四足机器人在复杂、恶劣的野外环境灵活运动并承担大量负载的能力，可令其作为人类在野外环境下的运输工具以及危险环境下的侦察工具；另外，四足机器人可以完成猫、狗等贴近现代人类生活的四足动物的行为，从而能作为导盲工具或完成特殊环境信息探测等为人类服务。四足机器人的研究具有深远的社会意义和广泛的应用前景。

机器人的结构一般分为串联式结构和并联式结构。串联式机器人结构简洁，驱动控制容易，工作空间大，但存在末端件惯性大、系统刚度低、负载能力弱、控制精度低等问题。并联式机器人具有末端件惯性小、刚度大、负载能力强、精度高等优点，但结构相对复杂，解耦计算困难，工作空间较小。

在四足机器人的步行、奔跑运动过程中，足端触地时存在强烈冲击力，仅仅依靠被动柔顺方法难以确保电气元件和机械结构不受到损伤。高精度的位置控制和灵活的力控制能够确保机器人完成指定的运动任务以及与环境友好接触，这需要获得精确的末端位置和接触力信息，对传感器和驱动执行器提出了较高要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于多级电动缸并联式腿足结构的电动四足机器人，结构相对简洁，克服了解耦计算难、工作空间小的问题，运动速度快，越障能力强，应用范围广泛。

基于多级电动缸并联式腿足结构的电动四足机器人，包括：机身、四个髋关节和四组腿足结构；每组所述腿足结构包括：一个多级电动缸、一个单级电动缸和一个伺服电机旋转关节；

所述髋关节和所述腿足结构一一对应，一个髋关节和一组腿足结构组成一套单腿机构，四套单腿机构分别安装在机身上；

每套所述单腿机构中：所述髋关节通过旋转轴A分别与机身和伺服电机旋转关节相连，所述伺服电机旋转关节用于驱动所述髋关节绕所述旋转轴A的轴线转动；所述多级电动缸的缸筒通过旋转轴B与髋关节相连，所述单级电动缸的作动端与所述多级电动缸的缸筒相连，用于驱动所述多级电动缸的缸筒绕所述旋转轴B的轴线转动；其中旋转轴A和旋转轴B分别沿所述机身的左右方向和前后方向设置；

所述髋关节绕所述旋转轴A的转动实现所述单腿机构的前后摆动；所述多级电动缸绕所述旋转轴B的转动实现所述单腿机构的左右摆动；所述多级电动缸通过自身的伸缩实现所述单腿机构的抬腿和落腿运动。

作为本发明的一种优选方式，所述伺服电机旋转关节包括：伺服电机和行星齿轮减速机；

所述髋关节位于所述机身上的髋关节安装槽内，所述髋关节为矩形框架结构；所述旋转轴A分为两部分，分别与髋关节位于机身前后方向上的两条侧边相连；其中一条侧边上的旋转轴A与所述行星齿轮减速机相连，另一条侧边上的旋转轴A通过轴承支撑在所述机身上。

作为本发明的一种优选方式，所述单级电动缸包括：单级电动缸缸筒、单级电动缸缸杆和内置同轴伺服电机；