(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号CN102390459A (43)申请公布日2012.03.28 (21)申请号201110314611.X (22)申请日2011.10.17 (71)申请人上海交通大学 地址200240上海市闵行区东川路800号 (72)发明人高峰田兴华金振林齐臣坤 郭为忠 (74)专利代理机构上海汉声知识产权代理有限 公司31236 代理人郭国中 (51)1nt.cl. B62D57032(2006.01) 权利要求书1页说明书3页附图1页 (54)发明名称 一种有膝关节并联腿结构四足仿生机器人 (57)摘要 一种有膝关节并联腿结构四足仿生机器人， 由机架和四条结构相同的并联腿构成。每条并联 腿包括腿部机架、三个直线驱动器、三个0型连接 件、大腿、膝关节、小腿和足部。每条并联腿具有三 个驱动自由度，三个直线驱动器可以协同驱动腿 部进行仿生运动，例如前后摆，左右摆，腿部绕膝 关节弯曲等。足部采用缓冲连接，可在一个迈步周 期内完成减震储能再利用。四条腿采用对称布置 或同向布置，通过一定的步态可实现机器人的全 方位仿生运动。本发明采用的并联仿生腿结构简 单、控制容易，运动精度高，具有高速响应能力及 高承载能力，适用于野外复杂的非结构地形条件 下的高速、高负载运输作业及危险环境作业。 635069301
CN102390459A 权利要求书 1/1页 1.一种有膝关节并联腿结构四足仿生机器人，其特征在于，包括：机架(1)和四条结构 相同的并联腿，其中， 所述并联腿主要包括：腿部机架(2)、直线驱动器A(3)、o型连接件A(4)、直线驱动器 B(5)、o型连接件B(6)、直线驱动器C(7)、o型连接件C(8)、大腿(9)、膝关节(10)、小 腿(11)和足部(12)：腿部机架(2)固连在机架(1)上，o型连接件A(4)通过铰链与腿部 机架(2)连接，直线驱动器A(3)的一端通过铰链与o型连接件A(4)连接，另一端通过铰 链与膝关节(10)的一端连接：0型连接件B(6)通过铰链与腿部机架(2)连接，直线驱动器 B(5)的一端通过铰链与o型连接件B（6)连接，另一端通过铰链与膝关节(10)的另一端 连接；o型连接件C(8)通过铰链与腿部机架(2)连接，直线驱动器C(7)的一端通过铰链 与o型连接件C(8)连接，另一端通过铰链与小腿(11)连接；大腿(9)的一端通过铰链与 直线驱动器C(7)的一端连接，另一端铰接在膝关节(10)上：小腿(11)的一端铰接在膝关 节(10)上，另一端与足部(12)缓冲连接。 2.如权利要求1所述的一种有膝关节并联腿结构四足仿生机器人，其特征在于，所述 四条并联腿的布置方式采用对称布置或同向布置。 3.如权利要求2所述的一种有膝关节并联腿结构四足仿生机器人，其特征在于，所述 直线驱动器A(3)、直线驱动器B(5)、直线驱动器C(7)采用任意类型能满足驱动要求的 直线驱动系统替换
CN102390459A 说明书 1/3页 一种有膝关节并联腿结构四足仿生机器人 技术领域 [0001]本发明涉及机械工程中机器人技术领域，尤其涉及一种用于野外复杂的非结构地 形条件下的高速、高负载运输作业及危险环境作业的有膝关节并联腿结构四足仿生机器 人。 背景技术 [0002]高速、高承载四足仿生机器人是模仿四足动物运动形式的特种机器人，该类机器 人能够在复杂的非结构环境中稳定的行走，可以代替人完成许多危险作业，在军事、矿山开 采、核能工业、星球表面探测、消防及营救、建筑业、农林采伐、示教娱乐等行业有着许多潜 在的应用前景。长期以来，四足仿生机器人技术一直是国内外机器人领域研究的热点之一。 [0003]申请号为200910005416.1的中国发明专利公开了一种四足仿生步行机构，其主 要特征在于：四足步行机构可以在复杂环境中前进、后退、转弯，同时对侧向冲击有很稳定 的姿态保持能力：四足步行机构的结构简单紧凑，提高了步行机构的承载能力，使其具有更 高的应用价值；该发明还具有较强的延展性，可以向四足以上偶数对步行机构拓展。该步 行机构的结构为串联结构，由于结构和驱动限制，无法满足在高速运载条件下，高承重的要 求。申请号为200910098461的中国发明专利公开了一种机器人腿结构。该发明包括基座 和运动平台，基座通过传动机构与运动平台连接：传动机构包括固定在基座上的电机和与 电机连接的运动单元：运动单元包括能使机器人腿机构向后摆动的第一运动单元和使运动 平台下压或上提的第二运动单元：第一运动单元包括一顶端固定在基座上的支撑杆，与第 一电机连接第一丝杆机构和一与运动平台铰接的第一定长杆：第一定长杆包括直杆部分和 向外凸出的凸块部分，支撑杆的与直杆部分铰接，第一丝杆机构与凸块部分铰接：第二单元 包括与第二电机连接的第二丝杆机构和与运动平台铰接的第二定长杆，第二丝杆机构与第 二定长杆铰接。该发明主要应用于拟人机器人的腿部，并未对机器人的仿生设计作出考虑， 并且并未对地面冲击造成的影响加以考虑。 [0004]目前，带缓冲的并联机构腿尚未应用在四足仿生机器人领域，与串联腿结构相比， 并联腿结构的应用可大大提高机器人的结构强度和稳定性，对提高仿生机器人载重/自重 比有着非常重要的意义：同时，直线驱动器结构简单、布置容易，使用直线驱动器可以使仿 生机器人腿部结构更加简单、紧凑，并可以提高仿生机器人的驱动力和运动速度。本专利提 供一种应用带缓冲的并联机构腿且采用直线驱动器的四足仿生机器人。 发明内容 [0005]本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种有膝关节并联腿结构四足仿生 机器人，以解决现有技术中四足仿生机器人存在的低能耗状态下无法高速重载稳定行走的 的技术问题。 [0006]为实现上述目的，本发明提供一种有膝关节并联腿结构四足仿生机器人，包括：机 架和四条结构相同的并联腿，其中
CN102390459A 说明书 2/3页 每条并联腿包括腿部机架、三个直线驱动器、三个0型连接件、大腿、膝关节、小腿和足 部。腿部机架固连在机架上，0型连接件A通过铰链与腿部机架连接，直线驱动器A的一端 通过铰链与o型连接件A连接，另一端通过铰链与膝关节的一端连接；0型连接件B通过铰 链与腿部机架连接，直线驱动器B的一端通过铰链与0型连接件B连接，另一端通过铰链与 膝关节的另一端连接：0型连接件C通过铰链与腿部机架连接，直线驱动器C的一端通过铰 链与0型连接件C连接，另一端通过铰链与小腿连接；大腿的一端通过铰链与直线驱动器C 的一端连接，另一端较接在膝关节上：小腿的一端铰接在膝关节上，另一端与足部进行缓冲 连接。 [0007] 依照本发明较佳实施例所述的一种有膝关节并联腿结构四足仿生机器人，其四条 并联腿的布置方式采用对称布置或同向布置。 [0008]依照本发明较佳实施例所述的一种有膝关节并联腿结构四足仿生机器人，其直线 驱动器采用任意类型能满足驱动要求的直线驱动系统替换。 [0009]实际作业时，每条并联腿具有三个驱动自由度，三个直线驱动器可以协同驱动腿 部进行仿生运动，例如前后摆，左右摆，腿部绕膝关节弯曲等。四条腿通过一定的步态可实 现机器人的全方位仿生运动。 [0010]本发明的有益效果为：本发明所采用的并联腿结构可以模仿动物腿部动作，并且 并联结构的特性也同时提高了四足机器人腿部结构的承载力和灵活性：直线驱动器布置容 易，使机器人腿部结构更加简单、紧凑，还提高了机器人的驱动力和运动速度：足部的缓冲 可以减少机器人运动过程中的震荡冲击，同时为下一次迈步积蓄能量。综上，本发明具有结 构简单、制造方便、控制容易、运动精度高、具有高速响应能力及高承载能力，适用于野外复 杂的非结构地形条件下的高速、高负载运输作业及危险环境作业的优点。 附图说明 [0011]图1为本发明一种有膝关节并联腿结构四足仿生机器人的结构示意图。 [0012]图1中，1为机架，2为腿部机架，3为直线驱动器A,4为o型连接件A,5为直线驱 动器B,6为o型连接件B,7为直线驱动器C,8为o型连接件C,9为大腿，10为膝关节，11 为小腿，12为足部。 具体实施方式 [0013] 以下结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。 [0014] 请参阅图1，一种有膝关节并联腿结构四足仿生机器人，包括：机架1和四条结构 相同的并联腿。 [0015]每条并联腿包括腿部机架2、直线驱动器A3、0型连接件A4、直线驱动器B5、o 型连接件B6、直线驱动器C7、0型连接件C8、大腿9、膝关节10、小腿11和足部12。腿 部机架2固连在机架1上，0型连接件A4通过铰链与腿部机架2连接，直线驱动器A3的 一端通过铰链与0型连接件A4连接，另一端通过铰链与膝关节10的一端连接；0型连接 件B6通过铰链与腿部机架2连接，直线驱动器B5的一端通过铰链与0型连接件B6连 接，另一端通过铰链与膝关节10的另一端连接；0型连接件C8通过铰链与腿部机架2连 接，直线驱动器C7的一端通过铰链与o型连接件C8连接，另一端通过铰链与小腿11连
CN102390459A 说明书 3/3页 接；大腿9的一端通过铰链与直线驱动器C7的一端连接，另一端铰接在膝关节10上；小 腿11的一端铰接在膝关节10上，另一端与足部12进行缓冲连接。 [0016]在本发明的较佳实施例中，四条并联腿的布置方式既可采用对称布置还可采用同 向布置，具体的布置方式可根据实际应用需要而定，应用非常灵活。 [0017]另外，还需要说明的是，在实际应用中，根据应用情况需要，上述本发明中采用的 所有直线驱动器还可以替换为任意类型能够满足驱动要求的直线驱动系统，因此，现有技 术中任何能够实现满足驱动要求的直线驱动方式均应落在本发明的保护范围内，以上采用 直线驱动器只是一个实施例，并被用于限定本发明。 [0018]实际作业时，每条并联腿具有三个驱动自由度，三个直线驱动器可以协同驱动腿 部进行仿生运动。直线驱动器A3和直线驱动器B5同时缩短（或伸长），可带动大腿9向 前（或向后）摆动：直线驱动器A3伸长（或缩短）的同时直线驱动器B5缩短（或伸长），可 带动大腿9向外（或向内）侧摆动：直线驱动器C7伸长或缩短，可调整大腿9与小腿11间 的角度，从而得到需求的足部12位置。 [0019]四条腿通过一定的步态可实现机器人的全方位仿生运动。 [0020]本发明的有益效果为：本发明所采用的并联腿结构可以模仿动物腿部动作，并且 并联结构的特性也同时提高了四足机器人腿部结构的承载力和灵活性：直线驱动器布置容 易，使机器人腿部结构更加简单、紧凑，还提高了机器人的驱动力和运动速度；足部的缓冲 可以减少机器人运动过程中的震荡冲击，同时为下一次迈步积蓄能量。综上，本发明具有结 构简单、制造方便、控制容易、运动精度高、具有高速响应能力及高承载能力，适用于野外复 杂的非结构地形条件下的高速、高负载运输作业及危险环境作业的优点。 [0021]以上所述，仅是本发明的较佳实施实例而已，并非对本发明做任何形式上的限制， 任何未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施实例所作的任何简 单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围。 5
CN102390459A 说明书附图 1/1页 10 图1 6
