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双电机驱动跳跃式机器人腿部执行机构

项目分类:工业机器人 发布时间:2022-03-03 ID:574619
  • 双电机驱动跳跃式机器人腿部执行机构
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  这套腿部执行机构主要面向小型仿生跳跃机器人的研发验证场景,可用于高校机器人竞赛、足式机器人原理样机开发、小型移动探测平台的行走单元搭建,也可作为仿生机械教学的实体演示结构,帮助设计者理解连杆式跳跃腿的运动传递逻辑。从实际功能来看,该机构通过两组驱动单元输出扭矩,经多组铰接连杆传递动力,能够完成腿部的折叠蓄能与快速伸展动作,实现跳跃所需的瞬时爆发力输出,同时可在落地阶段通过连杆的铰接间隙与结构限位缓冲部分冲击,降低驱动端的负载冲击。设计过程中优先考虑了运动行程与结构刚度的平衡,腿部连杆采用对称式双支链布局,每组支链通过三个铰接点形成多连杆传动结构,驱动端直接与大腿段基座固连,省去了额外的传动齿轮组,减少了传动间隙带来的运动误差,

  同时降低了整体结构重量。安装边界方面,驱动端的安装基座预留了标准的舵机安装孔位,孔位间距匹配常用的9g/12g微型舵机安装尺寸,基座顶部设置有铰接转轴,可与机器人机身主体实现转动连接,转轴直径适配常规的微型滚动轴承内径,能够降低转动过程中的摩擦阻力。腿部末端的足端位置设置有同轴铰接的滚轮结构,既可以在跳跃落地时通过滚动消解水平方向的冲击力,也可在平地上实现小范围的滚动移动,拓展了机构的运动场景。结构设计上,所有连杆的铰接点均采用销轴加轴套的配合形式,轴套选用低摩擦系数的非金属材质,既能够减少铰接处的磨损,也可避免金属件直接接触产生的卡顿问题;连杆的截面采用变厚度设计,在铰接受力位置做了局部加厚处理,非受力区域做了镂空减重,

  在保证结构强度满足跳跃冲击负载的前提下,尽可能降低了腿部的运动惯量,提升了动态响应速度。驱动单元的布线沿连杆内侧的走线槽布置,走线槽与连杆一体成型,可避免运动过程中线材被铰接点夹损,同时也让整体外观更加规整。从运动特性来看,该机构的跳跃行程由连杆的长度比例决定,设计时通过调整大腿与小腿连杆的铰接点位置,可改变蓄能阶段的折叠角度与伸展阶段的蹬地行程,适配不同重量的机器人主体负载;当驱动端带动主动摆臂转动到极限位置时,连杆机构会处于近似死点的位置,此时可通过较小的驱动扭矩维持腿部的折叠蓄能状态,降低待机阶段的能耗,收到跳跃指令后驱动端快速反向转动,连杆机构越过死点位置快速伸展,将弹性势能与驱动扭矩共同转化为足端的蹬地力,

  带动机器人主体完成跳跃动作。实际应用中,该腿部机构可单组使用搭配尾部平衡结构实现单足跳跃,也可两组、四组对称布置在机身两侧,实现双足或四足的跳跃、行走复合运动,足端的滚轮结构可在非跳跃阶段配合驱动单元的小角度摆动,实现慢速的向前爬行移动,适合在平整的室内实验环境下完成各类运动算法验证。结构的所有铰接销轴均采用统一直径规格,方便加工与装配时的零件互换,基座部分的驱动单元安装位设置有定位凸台,可快速完成驱动单元的定位安装,无需额外调整对齐,降低了装配难度。

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