CN101565064A - 一种双足机器人步行机构 - Google Patents

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CN101565064A CNA2008100365927A CN200810036592A CN101565064A CN 101565064 A CN101565064 A CN 101565064A CN A2008100365927 A CNA2008100365927 A CN A2008100365927A CN 200810036592 A CN200810036592 A CN 200810036592A CN 101565064 A CN101565064 A CN 101565064A
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陈卫东
李慕君
高雪官
杨军
王景川
叶一枝
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Shanghai Jiaotong University
Shanghai Electric Group Corp
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Shanghai Jiaotong University
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Abstract

本发明涉及一种双足机器人步行机构，它包括臀部、大腿、小腿和足，大腿包括右大腿和左大腿，小腿包括右小腿和左小腿，足包括右足和左足，其特征在于：所述的臀部分别通过均具有3个自由度的右髋关节和左髋关节与右大腿和左大腿相连，右大腿通过具有1个自由度的右膝关节与右小腿相连，左大腿通过具有1个自由度的左膝关节与左小腿相连，右小腿通过具有2个自由度的踝关节与右足相连，左小腿通过具有2个自由度的踝关节与左足相连。本发明可以实现较多的仿人动作；髋关节采用悬臂结构，从而使得腿部的灵活性增加，使得两个大腿内侧之间有比较小的碰撞，能够实现双腿的交叉。

Description

一种双足机器人步行机构
技术领域
本发明涉及一种机器人组件，尤其涉及一种双足机器人步行机构。
背景技术
近年来，双足机器人已经引起了国内外学者的广泛兴趣，并取得了很大的成果，特别在模拟人的各种动作、与人协作、语言交流等方面取得了重大突破。现有技术中，要使双足机器人能模拟出更多的人的动作，就需要增加自由度，由此增加了设计难度和成本以及制作成本，因此，在配置尽可能少的自由度的情况下实现尽可能多的仿人动作是现今双足机器人设计及制造中急需解决的问题之一。
发明内容
本发明的目的，就是为了解决上述问题而提供一种双足机器人步行机构。
本发明的目的是这样实现的：一种双足机器人步行机构，它包括臀部、大腿、小腿和足，大腿包括右大腿和左大腿，小腿包括右小腿和左小腿，足包括右足和左足，其特征在于：所述的臀部分别通过均具有3个自由度的右髋关节和左髋关节与右大腿和左大腿相连，右大腿通过具有1个自由度的右膝关节与右小腿相连，左大腿通过具有1个自由度的左膝关节与左小腿相连，右小腿通过具有2个自由度的踝关节与右足相连，左小腿通过具有2个自由度的踝关节与左足相连。
所述的臀部两侧设有外伸的悬臂，所述的左大腿和右大腿分别固定于对应的悬臂上。
所述的右髋关节和左髋关节均包括相互之间以正交结构连接的前向关节、侧向关节和转动关节；其中，
所述的前向关节为一个包括2个电机以及与电机相连的齿带的传动系统；
所述的侧向关节为一个包括电机、与电机相连的齿带以及与齿带相连的谐波减速器的传动系统；
所述的转动关节为一个包括电机、与电机相连的齿带以及与齿带相连的谐波减速器的传动系统。
所述的右膝关节和左膝关节均为一个包括电机、与电机相连的同步带以及与同步带相连的谐波减速器的传动系统。
所述的右踝关节和左踝关节均包括相互之间以正交结构连接的前向关节和侧向关节；其中，
所述的前向关节为一个包括电机、与电机相连的齿带以及与齿带相连的谐波减速器的传动系统；
所述的侧向关节为一个包括采用直连结构的电机以及与电机相连的减速器的传动系统。
所述的左足和右足的足底均安装了一六维力/力矩传感器。
本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下的优点和特点：
1.可以实现较多的仿人动作，主要基本动作包括：前行、后行、转弯、下蹲/站起、上楼梯及上斜坡等。
2.髋关节采用悬臂(Cantilever)结构，从而使得腿部的灵活性增加，使得两个大腿内侧之间有比较小的碰撞，能够实现双腿的交叉。
附图说明
图1是本发明双足机器人步行机构的结构示意图。
具体实施方式
参见图1，图1是本发明本发明双足机器人步行机构的结构示意图。本发明双足机器人步行机构，它包括臀部1、大腿、小腿和足，大腿包括右大腿31和左大腿32，小腿包括右小腿51和左小腿52，足包括右足71和左足72，其特征在于：所述的臀部1分别通过均具有3个自由度的右髋关节21和左髋关节22与右大腿31和左大腿32相连，右大腿31通过具有1个自由度的右膝关节41与右小腿51相连，左大腿32通过具有1个自由度的左膝关节42与左小腿52相连，右小腿51通过具有2个自由度的踝关节61与右足71相连，左小腿52通过具有2个自由度的踝关节62与左足72相连。
所述的臀部1两侧设有外伸的悬臂，所述的左大腿32和右大腿31分别固定于对应的悬臂上。
所述的右髋关节21包括相互之间以正交结构连接的前向关节213、侧向关节212和转动关节211，所述的左髋关节22包括前向关节223、侧向关节222和转动关节221，
所述的前向关节213和223均为一个包括2个电机以及与电机相连的齿带的传动系统；
所述的侧向关节212和222均为一个包括电机、与电机相连的齿带以及与齿带相连的谐波减速器的传动系统；
所述的转动关节211和221均为一个包括电机、与电机相连的齿带以及与齿带相连的谐波减速器的传动系统。
所述的右膝关节41和左膝关节42均为一个包括电机、与电机相连的同步带以及与同步带相连的谐波减速器的传动系统。
所述的右踝关节61包括相互之间以正交结构连接的前向关节611和侧向关节612，所述的左踝关节62包括前向关节621和侧向关节622，
所述的前向关节611和621均为一个包括电机、与电机相连的齿带以及与齿带相连的谐波减速器的传动系统；
所述的侧向关节612和622为一个包括采用直连结构的电机以及与电机相连的减速器的传动系统。
所述的左足72和右足71的足底均安装了一六维力/力矩传感器。
为了使双足机器人的髋关节能够模拟人类的髋关节，机器人髋关节配有3个自由度，由3个正交驱动轴组成。髋关节采用悬臂(Cantilever)结构，即大腿固定在臀部两侧外伸的悬臂上，从而使得腿部的灵活性增加，使得两个大腿内侧之间有比较小的碰撞，能够实现双腿的交叉，从而实现走模特步的功能，这种结构有利于机器人在行走过程中保持稳定，不容易倾倒；为了使双足机器人的踝关节能够模拟人类踝关节的动作，机器人踝关节结构由两个自由度组成(正向和侧向)，两个自由度的驱动轴采用正交结构设计，这样方便机器人的控制；为了踝关节结构的紧凑，踝关节电机和减速器采用直连结构；脚部采用冲击吸收装置，机器人的每个脚的脚底安装了一六维力/力矩传感器，而且在脚底贴上了弹性非常好、防滑的橡胶材料，为了保护传感器，在两侧脚板之间安装了弹性缓冲部件。
本发明在配置尽可能少的自由度的情况下实现尽可能多的仿人动作，主要基本动作包括：前行、后行、转弯、下蹲/站起、上楼梯及上斜坡等。双足机器人各个关节角的运动范围都大于等于人类各个关节角的运动范围，可以满足仿人动作的关节角度范围要求。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (6)

1.一种双足机器人步行机构，它包括臀部、大腿、小腿和足，大腿包括右大腿和左大腿，小腿包括右小腿和左小腿，足包括右足和左足，其特征在于：所述的臀部分别通过均具有3个自由度的右髋关节和左髋关节与右大腿和左大腿相连，右大腿通过具有1个自由度的右膝关节与右小腿相连，左大腿通过具有1个自由度的左膝关节与左小腿相连，右小腿通过具有2个自由度的踝关节与右足相连，左小腿通过具有2个自由度的踝关节与左足相连。
2.如权利要求1所述的双足机器人步行机构，其特征在于：所述的臀部两侧设有外伸的悬臂，所述的左大腿和右大腿分别固定于对应的悬臂上。
3.如权利要求1所述的双足机器人步行机构，其特征在于：所述的右髋关节和左髋关节均包括相互之间以正交结构连接的前向关节、侧向关节和转动关节；其中，
所述的前向关节为一个包括2个电机以及与电机相连的齿带的传动系统；
所述的侧向关节为一个包括电机、与电机相连的齿带以及与齿带相连的谐波减速器的传动系统；
所述的转动关节为一个包括电机、与电机相连的齿带以及与齿带相连的谐波减速器的传动系统。
4.如权利要求1所述的双足机器人步行机构，其特征在于：所述的右膝关节和左膝关节均为一个包括电机、与电机相连的同步带以及与同步带相连的谐波减速器的传动系统。
5.如权利要求1所述的双足机器人步行机构，其特征在于：所述的右踝关节和左踝关节均包括相互之间以正交结构连接的前向关节和侧向关节；其中，
所述的前向关节为一个包括电机、与电机相连的齿带以及与齿带相连的谐波减速器的传动系统；
所述的侧向关节为一个包括采用直连结构的电机以及与电机相连的减速器的传动系统。
6.如权利要求1至5任一项所述的双足机器人步行机构，其特征在于：所述的左足和右足的足底均安装了一六维力/力矩传感器。
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PB01 Publication
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