本发明专利技术为一种用于四足／两足并联腿步行机器人的可重构装置，属于机器人技术领域。对机器人腿机构采用模块化结构设计，各腿结构相同。四足步行时腿机构为３－ＵＰＵ，两足步行时腿机构为３－ＳＰＵ，用转动副止动装置实现两种腿机构间的转换。通过合并装置实现四足与两足间的转换。转动副止动装置包括：电磁铁、电磁吸盘底座、摩擦片、摩擦片载体、支撑柱、弹簧和转动副止动板，由摩擦片的贴紧与分离控制Ｓ副中转动副的锁紧与打开，摩擦片的贴紧与分离靠吸盘式电磁铁控制。合并装置包括电磁吸盘、导向装置、推拉式电磁铁和锁紧夹，通过控制要合并两腿的位置，经电磁吸盘及导向装置使足底合并，再由推拉式电磁铁带动锁紧夹动作使合并装置锁紧。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术公开了一种用于四足/两足并联腿步行机器人的可重构装置的机械结构设计，该机器人主要用于助老助残步行机器人，属于机器人
技术介绍
随着科学技术的发展，机器人的应用范围要求越来越广，而每种机器人的构形仅 能适应一定的有限范围，解决这一问题的方法就是对机器人进行可重构装置设计，使机器 人能够根据需要被装配成不同构形的机器人，以完成多种环境下的工作任务，扩大机器人 的使用范围。因此，可重构机器人的研究越来越广泛地受到重视。对于本专利技术中的一种用 于四足/两足并联腿步行机器人的可重构装置，根据可重构理论对机器人腿机构进行了可 重构设计，从而扩大了该机器人的使用范围。本专利技术的可重构装置是用于助老助残并联腿步行机器人。对于助老助残步行机器 人，现在研究较多的是两足步行机器人。但两足与四足相比，稳定性差，对老年人及下肢残 疾人来讲，会产生恐惧心理，所以助老助残步行机器人首选应该是多足。然而，多足助老助 残步行机器人的一个缺点是在上下楼梯时有较大的倾斜，会使乘坐者失去安全感。而本发 明利用四足和两足的适用场合的不同，汲取了各自的优点，专利技术了可重构装置，通过快速安 全地变换自身结构，可实现两足与四足间的转换，以适应机器人的工作环境或者工作任务 的变化，从而很好地实现了步行目的。本专利技术将为老年人及下肢残疾人提供一种安心的、移 动范围更大的乘坐工具，具有重要的社会意义。
技术实现思路
本专利技术为一种用于四足/两足并联腿步行机器人的可重构装置设计，通过可重构 理论实现了两足与四足间的转换，从而汲取了四足步行机器人和两足步行机器人在实际应 用中的优点，使机器人性能得到了进一步的提高。基本设计思想如下所述。首先对机器人腿机构进行模块化结构设计，机器人四个 腿机构结构完全相同，每一个腿为一个模块，3-SPU并联机构为机器人的基本腿机构。腿机 构的组成为一个三自由度铰链与腿机构上平台连接，中间一个直线驱动装置，一个虎克铰 链与腿机构下平台连接。当四足步行时，将与上平台相铰接的竖直方向的转动副锁住，则此 时并联腿机构为3-UPU，机构自由度为3，动平台可以实现三维移动。若将四足步行时机器 人左右两边的腿机构进行前后合并，并且取消与上平台相连接的三自由度铰链的约束，此 时腿机构变成6-SPU并联机构，机器人变成2-6SPU并联腿机器人，从而实现两足行走。一种用于四足/两足并联腿步行机器人的可重构装置包括转动副止动装置、合 并装置。转动副止动装置主要包括吸盘式电磁铁、电磁吸盘底座、摩擦片、摩擦片载体、支 撑柱、弹簧和转动副止动板。该装置的设计原理是通过摩擦片的贴紧与分离来控制S副中 转动副的锁紧与打开来实现，摩擦片间的贴紧与分离靠吸盘式电磁铁来控制。合并装置包 括电磁吸盘、导向装置、推拉式电磁铁以及锁紧夹。该装置的设计原理是通过控制要合并的两腿的位置，经过电磁吸盘的吸合及导向装置的导向作用，使得足底能够得以合并，最后通 过推拉式电磁铁带动锁紧夹动作来实现对合并装置的锁紧。本专利技术采用可重构设计扩大了机器人的使用范围，使机器人具有更好的柔性。通 过转动副止动装置实现了 3-UPU并联机构与6-SPU并联机构间的转换，充分利用了三维移 动3-UPU并联 机构在三维空间移动的灵活性以及6-SPU并联机构在两足步行过程中可满足 对自由度数和稳定性要求的特点；通过一种用于四足/两足并联腿步行机器人的可重构装 置实现了两足步行机器人与四足步行机人间的转换，汲取了四足步行机器人有较好的静态 和动态稳定性，以及两足步行机器人可以弥补四足步行机器人在上下楼梯或台阶时产生的 身体倾斜等优点，使机器人综合性能得到进一步提高，在助老助残机步行器人方面有很好 的应用前景。附图说明图1是四足行走时，四足/两足并联腿步行机器人示意图；图2是两足行走时，四足/两足并联腿步行机器人示意图；图3是转动副止动装置(a)示意图；图4转动副止动装置(b)与机器人腿机构示意图；图5是装置(a)示意图；图6是装置(b)示意图；图7合并后合并装置示意图。四足/两足并联腿步行机器人示意图1_腿机构1，2_腿机构2;转动副止动装置(a)示意图3_摩擦片，4-摩擦片载体，5-转动副止动板，6-吸盘 式电磁铁，7-电磁吸盘底座；转动副止动装置(b)与机器人腿机构示意图8_摩擦片，9-摩擦片载体，10-支撑 柱，11-电磁吸盘底座，12-弹簧；13-腿机构1的上平台，14-上平台与万向节连接件，15-腿 机构下1的平台；装置(a)示意图16-锁紧夹，17-推杆，18-推拉式电磁铁，19-吸盘式电磁铁， 20-导向装置，21-导向板，22-固定用板，23-垫板；装置(b)示意图24_腿机构2的下平台，25-固定用板，26-导向装置。 具体实施例方式下面给出本专利技术的具体实施方案，并结合附图加以说明。本专利技术为一种用于四足/两足并联腿步行机器人的可重构装置的机械结构设计， 即实现四足机器人与两足机器人之间相互转换方案的设计。可重构装置包括转动副止动装 置及合并装置。机器人重构的具体实现方案是在四足步行时(如图1所示)，合并装置分 开，转动副止动装置将3-SPU中与上平台连接的转动副锁死，每个腿机构为3-UPU机构。两 足步行时(如图2所示)，转动副止动装置将3-SPU中被锁死的转动副打开，形成一个六自 由度的6-SPU腿机构，再将四足步行机器人左右两边前后腿的足部平台通过合并装置连接 在一起。下面以腿机构1和腿机构2的合并过程来说明机器人可重构的实现。如图3、图4所示，本专利技术转动副止动装置主要包括吸盘式电磁铁、电磁吸盘底座、摩擦片、摩擦片载体、支撑柱、弹簧和转动副止动板。转动副止动装置的 结构布置是转动副止动板5为正三角形，周边对称布置的三 个摩擦片载体4固定在转动副止动板5上，摩擦片3固定在摩擦片载体4上。在板的中心 安装电磁吸盘底座7，里面装有吸盘式电磁铁6 ；腿机构的上平台13也为正三角形，与转动 副止动板5相对应的位置上布置着三个摩擦片8，摩擦片8固定在摩擦片载体9上。摩擦片 载体9和上平台与万向节连接件14铰接在一起。电磁吸盘底座11固定在上平台13中心。 在电磁吸盘底座11周边，对称布置着三个有螺纹的支撑柱10，支撑柱10上方固定在座椅 上，支撑柱10下方固定在腿机构上平台13，其上装有弹簧12，转动副止动板5位于座椅与 腿机构上平台13中间，由支撑柱10上的弹簧12撑起。转动副止动装置的动作过程四足行走时，吸盘式电磁铁6通电，电磁吸盘底座7 和电磁吸盘底座11扣紧，固定在转动副止动板5上的摩擦片3和上平台13上的摩擦片8 贴紧，则与摩擦片载体9铰接的上平台与万向节连接件14失去了沿与上平台13垂直方向 的转动。两足步行时，吸盘式电磁铁6的断电，电磁吸盘底座7和电磁吸盘底座11松开，上 下摩擦片分离，与摩擦片载体9铰接的上平台与万向节连接件14可以沿与上平台13垂直 的方向转动。如图5、图6所示，合并装置主要包括电磁吸盘、导向装置、推拉式电磁铁、锁紧 夹。合并装置分为装置(a)和装置(b)两个部分，装置(a)安装在前腿1的下平台15上， 装置(b)安装在后腿2的下平台24上。装置(a)的结构布置是导向装置20通过固定用 板22固定在前腿1的下平台15上，其内部安装了吸盘式电本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于四足／两足并联腿步行机器人的可重构装置，其特征在于：所述可重构装置包括转动副止动装置和合并装置；机器人两种腿机构之间的相互转换通过转动副止动装置来实现，机器人左右两侧的前后两腿之间的合并通过合并装置实现。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王洪波，张典范，袁林，徐桂玲，胡星，杜宁，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：13
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