【嘉勤點評】鵬行智能發(fā)明的新型四足機器人的腿部設(shè)計結(jié)構(gòu)方案中，通過將機器人的腿部關(guān)節(jié)和小腿關(guān)節(jié)以連桿傳動的方式進行實現(xiàn)，可以完成精度、效率都比較高的控制算法。同時，通過三種電機的相互配合，以使得機器人可以在惡劣環(huán)境中工作，并可降低機器人制造的成本。

眾所周知，足式機器人相對于傳統(tǒng)輪式具有較高的地面適應(yīng)性，但是相比于輪式機器人，其開發(fā)難度較大，因此，放眼全國，能夠?qū)崿F(xiàn)足式機器人團隊也是鳳毛菱角。

在足式機器人的設(shè)計中，為了保證行走穩(wěn)定性，腿部關(guān)節(jié)一般由三個動力單元組成的三個自由度，組件需要較多零部件，其不僅要求結(jié)構(gòu)設(shè)計精密，且需要關(guān)節(jié)位置準確，導(dǎo)致成本往往很高。因此，如何保證四足機器人精度、穩(wěn)定性，同時易裝配、器件少易加工性能成為設(shè)計的關(guān)鍵。

另外，機器人還需要保證外觀的美觀和耐用，各關(guān)節(jié)走線布置也極為重要。尤其是在機器人的足底，由于足底中有足底力傳感器且足底空間狹小，不僅需要布信號傳輸線，還需要排布足底力傳感器電源線，由此造成布線比較困難，具有比較大的生產(chǎn)難度。

針對上述這些問題，鵬行智能在2020年4月21日申請了一項名為“一種新型四足機器人腿部關(guān)節(jié)”的發(fā)明專利（申請?zhí)枺?02010318910.X），申請人為深圳鵬行智能有限公司。

根據(jù)該專利目前公開的相關(guān)資料，讓我們一起來看看這項技術(shù)方案吧。

如上圖，為該專利中發(fā)明的新型四足機器人腿部關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖，該結(jié)構(gòu)中，包括機器人本體上主要安裝有：側(cè)擺電機1a、大腿電機2a以及小腿電機3a，這三個電機彼此之間相互連接，在小腿電機的一側(cè)同時連接有大腿外殼4a，其底端轉(zhuǎn)動連接有小腿5a以及足部外殼6a。

而在該結(jié)構(gòu)中，為了讓機器人的腿部設(shè)計小且用料少，其設(shè)計思路為：盡可能保證系統(tǒng)具有足夠的精度且傳動件足夠少，并且要兼顧耐用、傳動效率高，另外傳動機構(gòu)運動所占的空間要足夠小，這點對于減輕腿部慣量和腿部造型都具有幫助。

在上圖中，小腿電機的旋轉(zhuǎn)運動經(jīng)過傳動連桿唯一器件，將力傳遞并轉(zhuǎn)換成大腿外殼和小腿的相對運動，另外傳動連桿具有死角位置，必須進行兩個方向的限位，從而防止機器人的運動進入死區(qū)。

如上圖所示，為上述結(jié)構(gòu)的剖視圖，第一小腿限位1f和第二小腿限位2f既作為外觀件也作為機械支持件。當小腿電機減速后經(jīng)過法蘭盤將力輸出到曲柄盤1b上，傳動連桿4b和第一軸承2b、第二軸承3b、第三軸承5b、第四軸承6b組成四邊形連桿機構(gòu)，將電機旋轉(zhuǎn)的力以1∶1的比例傳遞到小腿的關(guān)節(jié)上。

進而，小腿繞著第四軸承旋轉(zhuǎn)，而第一軸承、第二軸承、第三軸承可以選用低速大承載力滾針軸承，并采用凸輪輸出連桿結(jié)構(gòu)設(shè)計。這樣，通過在機械腿的內(nèi)部設(shè)置軸承和交叉連桿，腿部單元所需空間只有普通的一半。

最后，如上圖，為搭載有這種腿部關(guān)節(jié)的機器人本體結(jié)構(gòu)示意圖，當側(cè)擺電機繞方向（圖1中R3）進行旋轉(zhuǎn)運動時，可以讓腿部向身體內(nèi)部或者外部擺動，以保持平衡和側(cè)方向的運動；而大腿電機的運動會帶動大腿外殼與小腿整體做前后運動如圖1中R2所示的運動方向；當小腿電機旋轉(zhuǎn)時，可以使得小腿進行如圖1中R1方向的運動，從而完成整條腿的運動。

四條腿均如此設(shè)計，完成四足機器人的全身運動，如前進后退、側(cè)擺平衡、彈跳、轉(zhuǎn)彎等常規(guī)動作，可以很好的適應(yīng)復(fù)雜的地面。其中，大側(cè)擺電機、大腿電機和小腿電機內(nèi)部具有電流傳感器，電流和關(guān)節(jié)的受力成比例，通過檢測內(nèi)部的電流大小就可以得出關(guān)節(jié)的受力情況，并可映射出足部外殼的受力情況。通過這些數(shù)據(jù)信息，就可以使得機器人感知到足底的軟硬、高低等路況信息，并把這些信息告知中央處理器以進行綜合控制。

以上就是鵬行智能發(fā)明的新型四足機器人的腿部設(shè)計結(jié)構(gòu)，該方案中通過將機器人的腿部關(guān)節(jié)和小腿關(guān)節(jié)以連桿傳動的方式進行實現(xiàn)，可以完成精度、效率都比較高的機器人控制。同時，通過三種電機的相互配合，以使得機器人可以在惡劣環(huán)境中工作，并可降低機器人制造的成本。

（holly）

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