足式液压驱动机器人腿机构设计与分析

詹玉新，张玉华，王晓明，周多道

(1.滁州职业技术学院 电气工程学院，安徽 滁州 239000；2.安徽工业大学 机械工程学院，安徽 马鞍山 243002)

近来年，国内外对机器人的各种研究越来越多，由于足式机器人相对于履带式机器人以及轮式机器人在不平整和危险环境中具有较大的机动灵活和优越性，所以在工业、建筑、军事等不同领域的应用越来越广泛[1].由于足式机器人液压驱动具有承载能力大、控制简单、能提供过载保护等优点，对四足液压驱动机器人的研究越来越多[2-5].美国波士顿动力公司研究的“大狗”机器人，在崎岖的道路环境中能够承受复杂154 kg负载的情况下，其运动和速度变换方式多种多样，且在小跑运动过程中平均速度能达到5.6 km/h，跳跃前进过程中其速度可达到11.2 km/h[6].

现有的足式液压驱动机器人主要存在腿机构复杂、运动空间小、驱动力臂变化导致关节驱动力矩不稳定等问题.因此，本文通过仿动物肌肉收缩和松弛原理，设计了一种采用液压驱动、滑轮和绳索牵引传动的机器人单腿机构，该腿机构适用于四足机器人，承载能力大、工作空间大、易于控制[7].

1 腿机构原理分析

根据现有四足机器人和足式液压驱动机器人的整体结构特征分析，本文设计的足式机器人单腿机构关节包括髋关节、膝关节和踝关节，每个关节都有若干个自由度[8].髋关节自由度是由侧摆和俯仰方向自由度组成，其中侧摆方向运动由位于机身的液压缸所控制，膝关节……