本發明涉及機器人技術領域，尤其涉及一種含有直線關節的四足機器人行走機構。

背景技術：

自然界中的很多動物，尤其是四足哺乳動物，不僅可以在這些復雜地形環境下快速行走，而且具有較大的負重能力。因此，人類一直在努力研制各式各樣的四足仿生機器人。

目前比較出名的四足機器人有美國波士頓動力公司的“BigDog”、“LS3”、“WildCat”等，意大利利技術研究院的“HyQ”，美國麻省理工學院的“Cheetah”等。中國專利文獻CN 103465991A公開了一種簡易型四足機器人，其特點在于機器人的每條腿上設置一個驅動電機，通過結構的簡化來降低制造成本。中國專利文獻CN103407514A公布了一種四足仿生機器人腿，該腿含有兩個旋轉關節。中國專利文獻CN103448828A公布了一種四足仿生機器人腿機構，該機構包含有肩關節、膝關節等旋轉關節。

上述產品與發明所設計的四足機器人基本都模擬了四足哺乳的腿部結構，現今四足機器人的腿部往往采用“肘”、“膝”式結構，該種方式在結構上具有一定的仿生性，該種結構方式導致的結果為四足機器人在行走時支撐腿都有一定的屈膝動作，仿佛四足動物以匍匐前進的方式行走，這種行走方式會導致機器人在行走或站立式時關節作動器都需要持續輸出較大扭力來維持機體姿態，因而較動物行走時支撐腿主要靠腿部骨骼提供支撐力的直腿行走方式要耗費更大的能量。現有的四足機器人的腿部均會進行屈膝動作，在行走時不僅需要控制四條腿的交替邁腿動作，還需要配合控制每條腿的膝關節處屈膝動作，單條腿的屈膝動作時間與邁腿需要很好的配合，四條腿之間的屈膝動作時間也要滿足一定的配合關系，才能實現四足機器人的正常行走，因而這樣的四足機器人在行走時對控制的精度要求以及各部件的配合要求更高。

技術實現要素：

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種含有直線關節的四足機器人行走機構，將行走機構的腿部設置直線關節，直接控制直線關節運轉即可實現邁步行走，腿部之間無需控制屈膝，只需對邁腿動作配合控制即可實現四足步態行走。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種含有直線關節的四足機器人行走機構，包括機器人軀干部分，所述機器人軀干部分兩側設置兩對腿部機構，每一對腿部機構沿機器人軀干部分對稱設置，腿部機構通過髖關節與機器人軀干部分連接，腿部機構底部與足部機構連接；所述腿部機構包括腿部本體，所述腿部本體內配合設置直線關節，所述直線關節包括主動部和從動部，所述從動部通過連接件與橫向旋轉動力裝置連接，所述主動部運作帶動從動部上下直線運動進而使腿部本體上下移動抬腿，橫向旋轉動力裝置運轉帶動腿部本體前后向擺動，每一對腿部機構的橫向旋轉動力裝置交替運轉且同側的兩個腿部機構的橫向旋轉動力裝置交替運轉帶動腿部本體實現四足步態行走。

所述主動部為絲杠，所述從動部為帶絲孔的滑塊。

優選的，所述滑塊還通過直線軸承與直線導軌相配合，直線導軌與絲杠相互平行。

所述絲杠和直線導軌均固定于支撐架上，所述支撐架與腿部本體的外殼固定連接。

優選的，所述直線導軌設置兩條，兩條直線導軌與絲杠相互配合呈等腰三角形。

或者，所述主動部為齒輪，所述從動部為齒條。

或者，所述主動部為液壓元件，所述從動部為滑座。

所述髖關節包括與機器人軀干部分固定連接的縱向旋轉動力裝置，所述縱向旋轉動力裝置通過連桿與橫向旋轉動力裝置連接，縱向旋轉動力裝置運轉帶動腿部本體側向擺動。

所述機器人軀干部分包括通過第一連接桿連接的第一連接塊和第二連接塊，所述第一連接塊兩側與第一對腿部機構的髖關節相固定，所述第二連接塊兩側與第二對腿部機構的髖關節相固定。

所述第一連接塊上部設置第一連接板，所述第二連接塊上部設置第二連接板，所述第一連接板和第二連接板之間通過第二連接桿相連接。

所述第一連接桿和第二連接桿中部連接有加強板。

所述足部機構固定于腿部本體底部，所述足部機構底部包覆耐磨材料件。

本發明的有益效果為：

本發明的四足機器人行走機構，在機器人軀干部分兩側分別設置一對腿部機構，每一腿部機構內設置直線關節，直線關節運作帶動腿部機構上下移動實現抬腿，通過控制每一對腿部機構的橫向旋轉動力裝置交替運轉且同側的兩個腿部機構的橫向旋轉動力裝置交替運轉，與直線關節運轉配合，實現四足步態行走。行走過程只有抬腿邁腿動作，無需屈膝，消耗能量更少，故障率降低，同時對于行走過程的控制和配合要求降低，提升了行走速度。

本發明中在機器人軀干部分上連接縱向旋轉動力裝置，縱向旋轉動力裝置帶動腿部本體側向擺動，進而實現左右移動。

本發明的機器人軀干部分設置各連接桿和連接塊，使整個機構的穩固性和整體性增強，可以更可靠的實現機器人行走，同時在機器人軀干部分上部可以負重，實現運輸功能。

本發明的足部機構設置包覆耐磨材料件，可提升足部機構的耐磨性，延長足部機構的使用時間。

附圖說明

圖1為本發明的四足機器人行走機構整體示意圖；

圖2為本發明提供的四足機器人腿部機構拆分示意圖；

圖中，1機器人軀干部分，2腿部機構，3足部機構，4側向旋轉電機，5連桿，6前后向旋轉電機，7連接件，8滑塊，9直線軸承，10減速電機，11外殼，12支撐架，13直線導軌，14絲杠，15第一連接桿，16第一連接塊，17第二連接塊，18第一連接板，19第二連接板，20第二連接桿，21加強板，22髖關節。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

如圖1-圖2所示，一種四足步行機器人行走機構，包括機器人軀干部分1、腿部機構2和足部機構3。

機器人軀干部分1用于連接機器人的四條腿部機構2，同時還安裝有機器人的控制系統及動力系統。在需要負重時也可將重物置于機器人軀干部分1得平臺上，實現四足機器人的運輸功能。

機器人軀干部分1包括通過第一連接桿15連接的第一連接塊16和第二連接塊17，第一連接塊16兩側與第一對腿部機構2的髖關節22相固定，第二連接塊17兩側與第二對腿部機構2的髖關節22相固定。第一連接塊16上部設置第一連接板18，第二連接塊16上部設置第二連接板19，第一連接板18和第二連接板19之間通過第二連接桿20相連接。第一連接桿15和第二連接桿20中部連接有加強板21。機器人軀干部分設置各連接桿和連接塊，使整個機構的穩固性和整體性增強，可以更可靠的實現機器人行走。

機器人軀干部分1左右兩側設置兩對腿部機構2(即機器人軀干部分1兩側均設置前腿機構和后腿機構，兩個前腿機構為一對腿部機構，兩個后腿機構為一對腿部機構)，每一對腿部機構2沿機器人軀干部分1左右對稱設置，腿部機構2通過髖關節22與機器人軀干部分1連接，腿部機構2底部與足部機構3連接，髖關節22通過兩套減速電機帶動腿部2做相對于身體前后方向及側方向的擺動運動。髖關節22包括與機器人軀干部分1固定連接的縱向旋轉動力裝置(即側向旋轉電機4)，前后向旋轉電機6與通過連桿5與側向旋轉電機4連接，側向旋轉電機4運轉帶動腿部本體側向擺動。其中側向旋轉電機4機體與機器人軀干部分1固連，其旋轉軸通過連桿5與前后向旋轉電機6機體相連。前后向旋轉電機6的輸出軸則通過連接件7與腿部直線關節滑塊8相連。

腿部機構2包括腿部本體，腿部本體內配合設置直線關節，直線關節包括主動部和從動部，從動部通過連接件7與橫向旋轉動力裝置(即前后向旋轉電機6)連接，主動部運作帶動從動部上下直線運動進而使腿部本體上下移動抬腿，前后向旋轉電機6運轉帶動腿部本體前后向擺動，每一對腿部機構的前后向旋轉電機6交替運轉且同側(即同左側或同右側)的兩個腿部機構的前后向旋轉電機6交替運轉帶動腿部本體實現四足步態行走。

主動部可以為絲杠，從動部為帶絲孔的滑塊。

或者，主動部可以為齒輪，從動部為齒條。

或者，主動部可以為液壓元件，從動部為滑座。

本實施例中以絲杠和滑塊為例進行描述，如圖2所示，腿部機構2由調節機器人腿運動的直線關節組成。

直線關節包含減速電機10、兩根直線導軌13、直線軸承9、絲杠14、滑塊8、支撐架12與外殼11，其中減速電機10、直線導軌13與絲杠14固定在支撐架12上。滑塊8與直線軸承9固連，直線軸承9穿過直線導軌13，滑塊8絲孔則與絲杠14配合。直線關節減速電機10輸出軸與絲杠14相連，帶動絲杠14做旋轉運動。兩根直線導軌13與絲杠14平行安裝，其安裝端面呈等腰三角形。支撐架12通過螺絲與外殼11相連。在減速電機10運轉時，絲杠14帶動滑塊8上下移動，由滑塊8通過前后向旋轉電機6、連桿5、側向旋轉電機4與機器人軀干部分1固定，由于機器人腿部重量更輕，該機器人腿與機器人軀干部分連接后，機器人軀干部分重量更大，機器人軀干部分不動，從而使得腿部本體上下移動實現抬腿動作。

足部機構3安裝在腿部本體底部外殼11上，足部機構3底部包覆耐磨材料件，可以通過在足部機構外表面注塑一層耐磨的聚氨酯材料來達到耐磨效果。

本發明機器人腿的運作過程為：

每一腿部機構的側向旋轉電機4運轉，通過連桿5、前后向旋轉電機6、連接件7傳遞到腿部機構2，帶動腿部機構2相對于身體側向擺動，完成左右移動；每一腿部機構的前后向旋轉電機6運轉，通過連接件7傳遞到腿部機構2，帶動腿部機構2相對于身體前后向擺動，完成邁腿動作；每一腿部機構的減速電機10運轉，通過絲杠14傳遞給腿部直線關節滑塊8，帶動腿部直線關節滑塊8上下運動，由機器人軀干部分不動，從而使得腿部本體實現上下移動完成抬腿動作。控制系統控制前后向旋轉電機6、減速電機10運轉，使機器人完成單腿邁腿行走，每一對腿部機構2的前后向旋轉電機6交替運轉且同側的兩個腿部機構2的前后向旋轉電機6交替運轉帶動腿部本體實現四足步態行走。

本發明的行走機構行走時，控制系統控制位于機器人軀干部分同一側(同左側或同右側)的腿部機構的前后向旋轉電機6、減速電機10交替運轉，每一對腿部機構的前后向旋轉電機6、減速電機10交替運轉，即實現左側前腿機構與右側后腿機構同時邁腿，左側后腿機構和右側前腿機構同時邁腿，且這兩組邁腿交替進行，實現了整個機器人向前行走。控制系統控制位于機器人軀干部分兩側的腿部機構的側向旋轉電機4交替運轉(同側的側向旋轉電機4同時運轉)，即先控制位于一側的側向旋轉電機4運轉，再控制另一側的側向旋轉電機4運轉，實現機器人左右移動行走。

本發明具有機構簡單，易于維護，能量消耗低及負重能力強的特點.

上述雖然結合附圖對本發明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍以內。