多足移動機器人模塊化的腿單元的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及機器人技術，特別涉及機器人腿部的設計。
【背景技術】
[0002]四足機器人在自然界和人類社會中，存在人類難以到達的區(qū)域和可能危及人類生命的特殊場合，例如災難現(xiàn)場、礦井、行星表面等，只能借助機器人對這些環(huán)境進行探索和研宄，因此人們要求機器人不僅適應原來結構化、己知的環(huán)境，更要適應未來發(fā)展中的非結構化的、未知的環(huán)境，這就要機器人具有很強的自主運動能力及生存能力。
[0003]足式機器人憑借其離散式支撐運動，在復雜地形和不可預知環(huán)境中表現(xiàn)出極強的適應性和運動靈活性，在礦產采掘、星際表面探測、搶險救災和軍事偵查與反恐等國民經濟和國防建設等各個領域有著廣泛的應用前景。高速和高機動性是足式機器人的發(fā)展趨勢之一，而作為足式機器人重要運動支撐系統(tǒng)的機器人腿，直接決定了機器人的運動學和動力學特征，對足式機器人高速高機動性有著重要影響。
[0004]四足機器人是一個新興的技術領域，目前正在處于探索發(fā)展之中，四足機器人設計成功與否的關鍵技術之一是機器人腿足結構。
[0005]現(xiàn)有的機器人腿足機構為單一電機帶動關節(jié)運動的裝置，并且腿足結構比較簡單，缺少一些相應的傳感和限位裝置，轉動慣量比較高，不利于四足機器人行走。
[0006]另外，目前國內外已經研發(fā)出不同構型的四足步行機器人樣機。常用的驅動方式有液壓驅動、氣動驅動、電機驅動等。液壓驅動能輸出較大的驅動力矩，機器人負載能力較強。成本較高、控制復雜。與采用液壓或氣壓驅動的四足機器人相比，輕載、小型的四足仿生機器人可以采用電機驅動，降低控制系統(tǒng)的復雜性和機器人的總重量，從而提高機器人的步行速度和行走步態(tài)的靈活性。
[0007]已有的腿部設計都是與機器人本體結構組合為一體化設計，這種設計不僅僅在設計時浪費勞力成本，更不利于整個設備的維護拆卸。因此提出設計一款多足機器人模塊化腿部方案。
[0008]多采用一體化設計，不可快速更換，檢修困難，設計周期長，成本高，在運動關節(jié)處，添加驅動單元，結構復雜，不可以移植。

【發(fā)明內容】

[0009]本發(fā)明提供的這種多足移動機器人模塊化的腿單元，可以自由與不同的機器人主體進行搭配，同時，把驅動機構盡量布置在腿根部的位置，減少運動慣量，解決現(xiàn)有技術中轉動慣量大以及不利于維護拆卸的技術問題。
[0010]本發(fā)明為解決上述技術問題而提供的這種腿單元包括用于與機器人本體連接的固定架，設置于該固定架上可水平轉動的轉動架，還包括構成腿部運動和支撐的第一連桿以及與其鉸接的第二連桿，所述第一連桿鉸接于所述轉動架上，進一步包括用于驅動所述第一連桿垂直擺動的第一驅動機構、用于驅動所述第二連桿擺動的第二驅動機構以及用于驅動轉動架水平擺動的第三驅動機構，所述第三驅動機構固定在所述固定架上，所述第一驅動機構和第二驅動機構均固定在所述轉動架上。
[0011]所述第一驅動機構包括固定在所述轉動架上的第一舵機，該第一舵機的輸出端固定連接所述第一連桿，所述第一驅動機構還包括有第一舵機舵盤，所述第一舵機的輸出端通過第一舵機舵盤固定連接所述第一連桿。
[0012]所述第二驅動機構固定在所述轉動架上的第二舵機，該第二舵機的輸出端通過傳動機構驅動第二連桿擺動，所述傳動機構包括固定連接所述第二舵機輸出端的第一同步帶輪、固定連接第二連桿鉸接端的第二同步帶輪以及連接所述第一同步帶輪和第二同步帶輪的同步皮帶。所述第二驅動機構還包括第二舵機舵盤以及與其固定連接的第一驅動軸，所述第二舵機輸出端通過所述第二舵機舵盤和第一驅動軸固定連接所述第一同步帶輪，所述第一連桿通過該第一驅動軸和第二舵機鉸接于轉動架上，所述第二驅動機構還包括第一輸出盤，所述第二舵機舵盤通過該第一輸出盤固定連接第一驅動軸。
[0013]所述第三驅動機構包括固定在所述固定架上的第三舵機，該第三舵機的輸出端固定連接所述轉動架，所述第三驅動機構還包括第三舵機舵盤以及與其固定連接的第二驅動軸，所述第三舵機的輸出端依次通過所述第三舵機舵盤和第二驅動軸固定連接所述轉動架，所述第三驅動機構還包括第二輸出盤，所述第三舵機舵盤通過該第二輸出盤固定連接所述第二驅動軸。
[0014]本發(fā)明采用同步帶傳動方式，把所有的驅動元器件移動到足部的一端，減小了腿部的轉動慣量，提高關節(jié)電機得到最大的功率利用，使機器人能夠更加平穩(wěn)的行走具有傳動效率高、傳動速度快等優(yōu)點，由于沒有使用蝸輪蝸桿的摩擦力較小，降低關節(jié)摩擦發(fā)熱，從而降低能耗。本發(fā)明的機器人腿單元重量輕，載荷大，集成快速更換，有效的減小維護時間和成本，快速可跟換，標準的機械接口設計，采用同步帶，使驅動元單元移植到底部模塊化腿部的一段，有效的減少腿部抬起時的能耗，采用模塊化腿部結構，使四足海龜機器人結構便于拆卸維護，同時由于電氣與傳動部分集成在一起，使得電機及其控制系統(tǒng)后移到軀干部分，而露在軀干外的腿部則簡潔、輕便。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明機器人腿單元應用的示意圖。圖2是本發(fā)明機器人腿單元的立體示意圖。
【具體實施方式】
[0016]以下結合【附圖說明】本發(fā)明的具體實施例。
[0017]由圖1和圖2中可知，本發(fā)明多足移動機器人模塊化的腿單元100包括用于與機器人本體200連接的固定架10，設置于該固定架10上可水平轉動的轉動架20，還包括構成腿部運動和支撐的第一連桿30以及與其鉸接的第二連桿40，所述第一連桿30鉸接于所述轉動架20上，進一步包括用于驅動所述第一連桿30垂直擺動的第一驅動機構50、用于驅動所述第二連桿40擺動的第二驅動機構60以及用于驅動轉動架20水平擺動的第三驅動機構70，所述第三驅動機構70固定在所述固定架10上，所述第一驅動機構50和第二驅動機構60均固定在所述轉動架20上。本發(fā)明中第三驅動機構用于驅動包括第一、第二連桿在內的腿下部整體的水平擺動，第一驅動機構用于控制腿部中間部分一第一連桿的擺動，而第二驅動機構用于控制腿末端一第二連桿的擺動，從而實現(xiàn)整個腿部的多維運動。本發(fā)明的特點在于將第一、第二以及第三驅動機構均設置在腿根部的轉動架和固定架上，可以盡量減少腿部運動的慣量，實現(xiàn)對腿部運動的精確控制。另外，本發(fā)明中的固定架為外接標準機械接口，用于適應不同型號機器人的配合使用要求。
[0018]由圖2中可知，本發(fā)明中所述第一驅動機構50包括固定在所述轉動架20上的第一舵機51，該第一舵機51的輸出端固定連接所述第一連桿30。所述第一驅動機構50還包括有第一舵機舵盤52，所述第一舵機51的輸出端通過第一舵機舵盤52固定連接所述第一連桿30。本發(fā)明中第一