CN111216823A - 基于低减速比电机技术的模块化足式单腿及摆线规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于低减速比电机技术的模块化足式单腿及摆线规划方法，涉及驱动行走推进装置技术领域，包括足式单腿和髋关节驱动模块，所述足式单腿包括膝关节驱动电机、大腿结构模块、小腿结构模块，所述膝关节驱动电机安装在所述大腿结构模块的顶端一侧，所述小腿结构模块的顶端转动连接在所述大腿结构模块的底端；为了获取高效平滑可实时调节的小腿足端运动轨迹，小腿足端的运动轨迹采用摆线规划算法。本发明采用模块化设计理念，髋关节驱动模块、膝关节驱动电机、行星齿轮减速器等传动机构分别采用标准化、模块化设计，易于拆卸和更换。

Description

基于低减速比电机技术的模块化足式单腿及摆线规划方法

技术领域

本发明涉及驱动行走推进装置技术领域，具体涉及一种基于低减速比电机技术的模块化足式单腿及控制系统。

背景技术

足式机器人是目前特种机器人领域研究的热点，足式机器人主要分为双足机器人，四足机器人和多足机器人。其中以美国Boston Dynamics研发的Spot Mini系列机器狗代表着四足机器人的较高水平。

四足机器人的腿部结构及足式腿运动控制是四足机器人设计研发的核心内容之一，为使足式腿的转动惯量更小，增强腿部运动控制的鲁棒性，目前绝大部分足式腿的髋关节电机及膝关节电机都置于大腿结构的上端。其膝关节的电机传动普遍采用连杆传动机构，连杆传动具有传动效率较低、运动空间较小、传动力矩不稳定，当传动角为0°时，驱动力对从动件的有效回转力矩为零，连杆传动的缺点将对足式机器人的运动性能造成不利影响。因此研发出传动力矩稳定，膝关节运动空间大，控制算法简单的腿部传动机构可以提高足式机器人的运动性能。

申请号为CN201910172037.5，公开日为2019年06月28日的发明专利申请公开了一种机器人集成关节单元及应用其的足式机器人，其主要使用的内置减速器集成的电机，膝关节传动采用传统的连杆传动结构，这种足式腿方案膝关节传动效率较低，传动力矩不稳定，难以精确用于电机的力矩控制。而且电机内部集成减速器虽然能减小电机尺寸，但是对于需要跟换不同减速比的减速器加大电机峰值转矩，其电机的可更换性较差。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供一种基于低减速比电机技术的模块化足式单腿及控制系统，其传动机构采用模块化设计，使其易于拆卸和更换，能和不同参数电机与不同减速比的减速器进行搭配。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种基于低减速比电机技术的模块化足式单腿，其包括：

足式单腿，所述足式单腿包括膝关节驱动电机、大腿结构模块、小腿结构模块，所述膝关节驱动电机安装在所述大腿结构模块的顶端一侧，所述小腿结构模块的顶端转动连接在所述大腿结构模块的底端；所述膝关节驱动电机包括膝关节底面外壳和膝关节正面外壳，所述膝关节底面外壳和所述膝关节正面外壳配合安装形成有膝关节壳体内腔，所述膝关节壳体内腔同轴固定安装有膝关节电机定子，所述膝关节电机定子同轴转动套装有膝关节电机转子，所述膝关节电机转子通过传动组件驱动所述小腿结构模块转动；

髋关节驱动模块，所述髋关节驱动模块包括髋关节驱动电机和行星齿轮减速器，所述髋关节驱动电机同轴安装在所述膝关节驱动电机的一侧，所述髋关节驱动电机用于驱动所述足式单腿绕髋关节驱动电机的轴心运动，所述膝关节驱动电机和所述髋关节驱动电机之间还同轴安装有所述行星齿轮减速器。

如上所述的基于低减速比电机技术的模块化足式单腿，进一步地，所述膝关节底面外壳内侧上固定安装有膝关节磁编码器，所述膝关节电机转子上固定安装有膝关节感应磁铁粘接板，所述膝关节感应磁铁粘接板上固定安装有膝关节感应磁铁。

如上所述的基于低减速比电机技术的模块化足式单腿，进一步地，所述大腿结构模块形成有空腔，所述传动组件设置在所述大腿结构模块的空腔内，所述传动组件包括膝关节主动同步轮、膝关节同步带、膝关节从动同步轮；所述膝关节主动同步轮固定连接在所述膝关节电机转子上，所述大腿结构模块的底端设置有膝关节转轴，所述膝关节从动同步轮安装在所述膝关节转轴上，所述膝关节主动同步轮和所述膝关节从动同步轮通过上述膝关节同步带啮合传动。

根如上所述的基于低减速比电机技术的模块化足式单腿，进一步地，所述大腿结构模块的空腔内设置有至少一组同步带张紧约束器，所述同步带张紧约束器上连接有约束滚轮，所述约束滚轮抵接在所述膝关节同步带上。

如上所述的基于低减速比电机技术的模块化足式单腿，进一步地，所述髋关节驱动电机包括髋关节底面外壳和髋关节正面外壳，所述髋关节底面外壳和所述髋关节正面外壳配合安装形成有髋关节壳体内腔，所述髋关节壳体内腔同轴安装有髋关节电机定子，所述髋关节电机定子同轴转动套装有髋关节电机转子，所述髋关节底面外壳内侧上固定安装有髋关节磁编码器，所述髋关节电机转子上固定安装有感应磁铁粘接板，所述感应磁铁粘接板上固定安有髋关节感应磁铁。

如上所述的基于低减速比电机技术的模块化足式单腿，进一步地，所述行星齿轮减速器包括外齿圈外壳、太阳轮传动盘、行星轮组底部支架、行星齿轮架；所述外齿圈外壳包括环形端部和形成在所述环形端部一端的外齿圈，所述外齿圈内转动安装有行星轮组底部支架，所述行星轮组底部支架沿着周向均布设置有若干行星轮轴，每两所述行星轮轴之间设置有传动块，所述行星轮轴上安装有行星轮，所述太阳轮传动盘一端轴心设置有太阳轮轴，所述太阳轮轴安装有太阳轮，所述太阳轮通过所述行星轮与所述外齿圈啮合传动，所述行星齿轮架与所述传动块连接传动。

如上所述的基于低减速比电机技术的模块化足式单腿，进一步地，所述小腿结构模块从顶端到底端整体的横截面积逐渐减小且所述小腿结构模块两侧设有减重槽部；所述小腿结构模块的底部连接有小腿足端，所述小腿足端由橡胶制成，所述小腿足端固定连接有足端力矩传感器。

一种模块化足式单腿摆线规划方法，其用于控制如上所述的基于低减速比电机技术的模块化足式单腿运动，所述摆线规划方法包括：

获取足式单腿运动的定起点p_s＝[x_s,y_s,z_s]、和期望落脚点

跨腿高度为h，则中点位置

为使足式单腿能跟随机器人的速度变化而自适应调整步幅大小，

小腿足端期望落地点为

式中，x，y，z为实时位置点，x_exp，y_exp，z_exp为摆线位置点，T_S为步态周期，λ为支撑相占空比；

期望落脚点的坐标就会随着机器人的实时速度的变化而改变，即速度越大步幅越大，速度越小步幅越小，速度为零时则为原地踏步。

如所述的模块化足式单腿摆线规划方法，进一步地，

足式单腿的摆线轨迹

式中，

对于z_f来说则可直接等于该腿当前的期望高度z_f＝z_exp，获取足式单腿的跨腿的摆线轨迹后，根据各时刻小腿足端的足尖位置，采用运动学逆解计算出对应的足式单腿的双电机旋转角度及频率，通过给电机SVPWM模块控制指令，驱动电机按照规划算法中的期望步态行走或原地踏步。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

1、本发明采用模块化设计理念，可针对不同客户个性化需求进行定制，髋关节驱动模块、膝关节驱动电机、行星齿轮减速器等传动机构分别采用标准化、模块化设计，易于拆卸和更换，能和不同参数电机与不同减速比的减速器进行搭配，极大满足客户个性化要求。

2、不同于普通机器人的足式腿通过连杆传动的膝关节传动方式，本发明采用同步轮和同步带配合驱动小腿结构模块绕膝关节转轴运动，这种传动方案使小腿结构模块绕膝关节转轴的运动空间更大，可达-150°～150°。而且这种传动方案的力矩传动更稳定，膝关节主动同步轮的减速比可以增大膝关节从动同步轮的转矩。同步轮与同步带是齿啮合传动，其传动精度可以有效保证，除此之外，同步带张紧约束器可有效解决同步带打滑问题，增强传动系统的可靠性。使整个传动系统轻便简单、效率高、传动力矩稳定、工作空间大、位置控制精度高，可大幅度提高足式腿的运动性能。

3、本发明采用的电机不同于传统的伺服电机，没有内置的谐波减速器，其外置的行星齿轮减速器的减速比通常在1:10以内，不仅能够完成位置环、速度环的控制，还可以像力矩电机一样完成内环的力矩环控制。力矩控制模式下足式腿有更好的柔顺性，在跳起、落地的过程中不会因为关节刚度过大而损坏电机或减速器的情况。而且力矩控制模式在足式机器人通过复杂的非结构化环境路面时其稳定性、环境适应性更好。

4、本发明提出的足端运动轨迹规划算法具有高效平滑，落地冲击力小、实时性好、可以根据身体前进速度反馈自适应的实时调整步幅和步频，同时通过规划运动摆线的最高距离可以有效迈腿跨过障碍物而不被绊倒，在非结构化路面上的自适应行走能力更为优秀。

附图说明

图1为本发明实施例的模块化足式单腿的结构示意图；

图2为模块化足式单腿中传动组件的结构示意图；

图3为膝关节驱动电机的整体结构示意图；

图4为膝关节驱动电机的剖视图；

图5为膝关节驱动电机的分解结构示意图；

图6为行星齿轮减速器的内部结构示意图；

图7为行星齿轮减速器的分解结构示意图；

图8为行星齿轮减速器的分解结构示意图；

图9为电机矢量控制系统原理框图；

图10为小腿足端的运动轨迹规划示意图。

其中：1、膝关节驱动电机；101、膝关节底面外壳；102、膝关节正面外壳；103、膝关节电机定子；104、膝关节电机转子；105、膝关节磁编码器；106、膝关节感应磁铁粘接板；107、膝关节感应磁铁；108、膝关节电机轴承；2、大腿结构模块；201、大腿外壳；202、大腿侧板外壳；3、小腿结构模块；301、膝关节转轴；302、减重槽部；303、小腿足端；4、髋关节驱动电机；5、行星齿轮减速器；501、外齿圈外壳；502、太阳轮传动盘；5021、太阳轮轴；503、行星轮组底部支架；5031、行星轮轴；5032、传动块；504、行星齿轮架；5041、插销；505、行星轮；507、太阳轮；508、减速器固定盖板；601、膝关节主动同步轮；602、膝关节同步带；603、膝关节从动同步轮；604、同步带张紧约束器；605、约束滚轮。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例：

参见图1至图8，一种基于低减速比电机技术的模块化足式单腿，其包括髋关节驱动模块和足式单腿；足式单腿包括膝关节驱动电机1、大腿结构模块2、小腿结构模块3。大腿结构模块2整体呈偏平状，大腿结构模块2包括大腿外壳201和两块大腿侧板外壳202，大腿外壳201构成大腿结构模块2的顶端，两块大腿侧板外壳202配合安装构成大腿结构模块2的中部及底部，大腿结构模块2的底部形成有预留的中空部，中空部设置有膝关节转轴301，大腿外壳201和两块大腿侧板外壳202配合安装形成有空腔，传动组件设置在大腿结构模块2的空腔内。小腿结构模块3整体也呈偏平状，其顶端也形成有预留的中空部，小腿结构模块3转动连接在大腿结构模块2的底端；预留的中空部用于腿部关节运动以及可减轻整个腿部的质量。为减轻整体重量，小腿结构模块3从顶端到低端整体的横截面积逐渐减小，且两侧设有用于减轻质量的槽部。小腿结构模块3的底部通过盈配合装配固定有小腿足端303，小腿足端303与小腿结构模块3的底部连接的面为平面，小腿足端303的其余部分为球体状，小腿足端303由橡胶制成，小腿足端303通过胶接粘贴装配固定有足端力矩传感器，足端力矩传感器可以实时感知四个足端的力矩变化并传输到控制器。

膝关节驱动电机1包括膝关节底面外壳101和膝关节正面外壳102，膝关节正面外壳102通螺栓与大腿外壳201固定装配，膝关节底面外壳101和膝关节正面外壳102配合安装形成有膝关节壳体内腔，膝关节壳体内腔同轴固定安装有膝关节电机定子103，膝关节电机定子103同轴转动套装有膝关节电机转子104，膝关节底面外壳101内侧上固定安装有膝关节磁编码器105，膝关节电机转子104上固定安装有感应磁铁粘接板，感应磁铁粘接板上固定安装有膝关节感应磁铁107。

髋关节驱动模块包括髋关节驱动电机4和行星齿轮减速器5，髋关节驱动电机4、行星齿轮减速器5和髋关节驱动电机4依次同轴安装于大腿结构模块2的顶端一侧且均呈圆盘状，髋关节驱动电机4用于驱动足式单腿绕髋关节驱动电机4的轴心运动，行星齿轮减速器5用于降低髋关节驱动电机4作用到足式单腿的转速。本发明的髋关节驱动电机4、行星齿轮减速器5和髋关节驱动电机4依次同轴安装于大腿结构模块2的顶端一侧，使整个腿部结构的重心更接近于机器人腿部的上端，减小腿结构模块3的转动惯量，使足式腿的运动控制性能更好。本发明采用的电机不同于传统的伺服电机，没有内置的谐波减速器，其外置的行星齿轮减速器5的减速比通常在1:10以内，不仅能够完成位置环、速度环的控制，还可以像力矩电机一样完成内环的力矩环控制。力矩控制模式下足式腿有更好的柔顺性，在跳起、落地的过程中不会因为关节刚度过大而损坏电机或减速器的情况。而且力矩控制模式在足式机器人通过复杂的非结构化环境路面时其稳定性、环境适应性更好。

进一步地，髋关节驱动电机4包括髋关节底面外壳和髋关节正面外壳，髋关节底面外壳和髋关节正面外壳配合安装形成有髋关节壳体内腔，髋关节壳体内腔同轴安装有髋关节电机定子，髋关节电机定子同轴转动套装有髋关节电机转子，髋关节电机定子和髋关节电机转子通过两个轴承装配连接，两者可以相对转动。髋关节磁编码器通过螺栓固定在髋关节底面外壳上，髋关节电机转子上固定安装有感应磁铁粘接板，髋关节感应磁铁通过胶接装配固定在感应磁铁粘接板上。髋关节驱动电机4与膝关节驱动电机1结构类似，因此不再赘叙。

进一步地，行星齿轮减速器5包括外齿圈外壳501、太阳轮传动盘502、行星轮组底部支架503、行星齿轮架504；外齿圈外壳501包括环形端部和形成在环形端部一端的外齿圈，环形端部和外齿圈为一体设置，避免二次装配可靠性更高。外齿圈内转动安装有行星轮组底部支架503，行星轮组底部支架503沿着周向均布设置有若干行星轮轴5031，每两行星轮轴5031之间设置有传动块5032，传动块5032中间设有孔，行星轮轴5031上安装有行星轮505，太阳轮传动盘502一端轴心设置有太阳轮轴5021，太阳轮轴5021安装有太阳轮507，太阳轮507通过行星轮505与外齿圈啮合传动，行星轮505和行星轮组底部支架503可以相对转动，行星齿轮架504形成有插销5041并通过插销5041与传动块5032的孔配合实现与行星轮组底部支架503的连接传动。改变太阳轮507和外齿圈的齿数比就可以调节行星齿轮减速器5的减速比。还包括有减速器固定盖板508，两减速器固定盖板508和外齿圈外壳501装配固定。

进一步地，传动组件包括膝关节主动同步轮601、膝关节同步带602、膝关节从动同步轮603；膝关节主动同步轮601固定连接在膝关节电机转子104上，大腿结构模块2的底端设置有膝关节转轴301，膝关节从动同步轮603安装在膝关节转轴301上，膝关节主动同步轮601和膝关节从动同步轮603通过上述膝关节同步带602啮合传动。大腿结构模块2的空腔内对称设置有两组同步带张紧约束器604，同步带张紧约束器604上连接有约束滚轮605，约束滚轮605抵接在膝关节同步带602上。同步带张紧约束器604可保证膝关节同步带602在转动过程中保持张紧状态，不发生膝关节同步带602打滑或脱落等现象，张紧约束器上的约束滚轮605可将皮带与张紧约束器的滑动摩擦转换成滚动摩擦，减小功率损耗。小腿结构模块3的传动方式采用同步带传动，可以增加小腿结构模块3绕膝关节转轴301的最大转矩，相对于传统的膝关节连杆传动结构的优势在于：拥有可达90％以上的高传动效率和运动空间较大，运动角度在-150°～150°范围内的空间、同时具有传动力矩稳定、位置控制精度高、结构简单轻便等优点。采用这种结构方案的四足机器人将拥有更高的稳定性、可操控性、更优秀的载重性能，可以为四足机器人未来的实际应用打好基础。

本实施例中，膝关节驱动电机1、行星齿轮减速器5、髋关节驱动电机4和传动组件的装配关系为：髋关节底面外壳用于与足式机器人躯干(图中未示出)装配固定，髋关节正面外壳通过螺栓与行星齿轮减速器5外齿圈外壳501装配固定，髋关节转子通过螺栓与太阳轮传动盘502装配固定，行星齿轮架504通过螺栓与膝关节底面外壳101装配固定，膝关节正面外壳102通过螺栓与大腿结构模块2的大腿外壳201装配固定，两大腿侧板外壳202通过螺栓装配固定在大腿外壳201上，膝关节电机转子104通过螺栓与膝关节主动同步轮601装配固定，同步带张紧约束器604通过螺栓装配固定在大腿侧板外壳202的内侧，约束滚轮605可转动地装配在同步带张紧约束器604上。大腿结构模块2与小腿结构模块3通过螺栓和膝关节转轴301装配固定。其传动关系为：髋关节驱动电机4的髋关节电机转子与太阳轮传动盘502装配固定从而通过太阳轮507进行传动，太阳轮507和行星轮505啮合传动进而通过行星齿轮架504传递动力，使得足式单腿绕髋关节驱动电机4的主轴轴心转动。膝关节驱动电机1的主轴输出动力，通过带传动驱动小腿结构模块3绕膝关节转轴301的轴心转动。

如图9所示，一种基于低减速比电机技术的模块化足式单腿控制系统，其包括上述的基于低减速比电机技术的模块化足式单腿以及控制系统，所述控制系统包括直轴电流控制器、交轴电流控制器、速度控制器、SVPWM模块、三相逆变器、永磁同步电机，具体实施中，永磁同步电机为上述的膝关节驱动电机和髋关节驱动电机，控制系统用于控制膝关节驱动电机和髋关节驱动电机转动。图中ω*为速度指令，ASR表示电机的速度控制器,其输出

为交轴电流指令，同时，直轴电流指令

设定为0，ACR1和ACR2分别表示直轴和交轴电流控制器。电化旋变信号经RDC处理后得到电机转子角位置θ_r，可作为矢量坐标变换的输入参数，同时对θ_r进行差分和滤波等数据处理后，可得到电机的速度反馈信号ω经速度控制器ASR计算后得到交轴电流指令

同时，按照系统采用的控制方式，将直轴电流指令

设定为0；电机三相定子电流i_sa、i_sb、i_sc通过坐标变换后，由三相静止ABC坐标系转换到两相旋转d-q坐标系，得到i_sd和i_sq作为直轴和交轴电流反馈，再通过两个电流控制器ACR1和ACR2计算得到直轴和交轴电压指令u_sd和u_sq。最后，通过坐标变换将u_sd和u_sq转换到两相静止α-β坐栋系下，得到u_sα和u_sβ再通过SVPWM模块计算产生驱动逆变电路的PWM信号驱动电机按照输入的控制信号转动。如图所示这个电机控制系统的好处就是可以从电流环(力矩环)、速度环、位置环三种不同的模式控制电机的转动。特别是其力矩环控制模式下足式腿有更好的柔顺性，在跳起、落地的过程中不会因为关节刚度过大而损坏电机或减速器的情况，而且力矩控制模式在足式机器人通过复杂的非结构化环境路面时其稳定性、环境适应性更好。

参见图10，一种模块化足式单腿摆线规划方法，其用于控制如上所述的基于低减速比电机技术的模块化足式单腿运动，摆线规划方法包括：

为了获取高效平滑可实时调节的小腿足端运动轨迹，小腿足端的运动轨迹采用摆线规划算法，其算法输入为三个参数分别是给定起点、中点和期望落脚点的坐标位置。

获取足式单腿运动的定起点p_s＝[x_s,y_s,z_s]、和期望落脚点

跨腿高度为h，则中点位置

为使足式单腿能跟随机器人的速度变化而自适应调整步幅大小，小腿足端期望落地点为

式中，x，y，z为实时位置点，x_exp，y_exp，z_exp为摆线位置点，T_S为步态周期，λ为支撑相占空比。

则通过算法中调节增益参数，期望落脚点的坐标就会随着机器人的实时速度的变化而改变，即速度越大步幅越大，速度越小步幅越小，速度为零时则为原地踏步。

如所述的模块化足式单腿摆线规划方法，进一步地，

足式单腿的摆线轨迹

式中，

对于z_f来说则可直接等于该腿当前的期望高度z_f＝z_exp，获取足式单腿的跨腿的摆线轨迹后，根据各时刻小腿足端的足尖位置，采用运动学逆解计算出对应的足式单腿的双电机旋转角度及频率，通过给电机SVPWM模块控制指令，驱动电机按照规划算法中的期望步态行走或原地踏步等一系列运动规划。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于低减速比电机技术的模块化足式单腿，其特征在于，包括：

足式单腿，所述足式单腿包括膝关节驱动电机、大腿结构模块、小腿结构模块，所述膝关节驱动电机安装在所述大腿结构模块的顶端一侧，所述小腿结构模块的顶端转动连接在所述大腿结构模块的底端；所述膝关节驱动电机包括膝关节底面外壳和膝关节正面外壳，所述膝关节底面外壳和所述膝关节正面外壳配合安装形成有膝关节壳体内腔，所述膝关节壳体内腔同轴固定安装有膝关节电机定子，所述膝关节电机定子同轴转动套装有膝关节电机转子，所述膝关节电机转子通过传动组件驱动所述小腿结构模块转动；

髋关节驱动模块，所述髋关节驱动模块包括髋关节驱动电机和行星齿轮减速器，所述髋关节驱动电机同轴安装在所述膝关节驱动电机的一侧，所述髋关节驱动电机用于驱动所述足式单腿绕髋关节驱动电机的轴心运动，所述膝关节驱动电机和所述髋关节驱动电机之间还同轴安装有所述行星齿轮减速器。

2.根据权利要求1所述的基于低减速比电机技术的模块化足式单腿，其特征在于，所述膝关节底面外壳内侧上固定安装有膝关节磁编码器，所述膝关节电机转子上固定安装有膝关节感应磁铁粘接板，所述膝关节感应磁铁粘接板上固定安装有膝关节感应磁铁。

3.根据权利要求1所述的基于低减速比电机技术的模块化足式单腿，其特征在于，所述大腿结构模块形成有空腔，所述传动组件设置在所述大腿结构模块的空腔内，所述传动组件包括膝关节主动同步轮、膝关节同步带、膝关节从动同步轮；所述膝关节主动同步轮固定连接在所述膝关节电机转子上，所述大腿结构模块的底端设置有膝关节转轴，所述膝关节从动同步轮安装在所述膝关节转轴上，所述膝关节主动同步轮和所述膝关节从动同步轮通过上述膝关节同步带啮合传动。

4.根据权利要求3所述的基于低减速比电机技术的模块化足式单腿，其特征在于，所述大腿结构模块的空腔内设置有至少一组同步带张紧约束器，所述同步带张紧约束器上连接有约束滚轮，所述约束滚轮抵接在所述膝关节同步带上。

5.根据权利要求1所述的基于低减速比电机技术的模块化足式单腿，其特征在于，所述髋关节驱动电机包括髋关节底面外壳和髋关节正面外壳，所述髋关节底面外壳和所述髋关节正面外壳配合安装形成有髋关节壳体内腔，所述髋关节壳体内腔同轴安装有髋关节电机定子，所述髋关节电机定子同轴转动套装有髋关节电机转子，所述髋关节底面外壳内侧上固定安装有髋关节磁编码器，所述髋关节电机转子上固定安装有髋关节感应磁铁粘接板，所述感应磁铁粘接板上固定安装有髋关节感应磁铁。

6.根据权利要求1所述的基于低减速比电机技术的模块化足式单腿，其特征在于，所述行星齿轮减速器包括外齿圈外壳、太阳轮传动盘、行星轮组底部支架、行星齿轮架；所述外齿圈外壳包括环形端部和形成在所述环形端部一端的外齿圈，所述外齿圈内转动安装有行星轮组底部支架，所述行星轮组底部支架沿着周向均布设置有若干行星轮轴，每两所述行星轮轴之间设置有传动块，所述行星轮轴上安装有行星轮，所述太阳轮传动盘一端轴心设置有太阳轮轴，所述太阳轮轴安装有太阳轮，所述太阳轮通过所述行星轮与所述外齿圈啮合传动，所述行星齿轮架与所述传动块连接传动。

7.根据权利要求1所述的基于低减速比电机技术的模块化足式单腿，其特征在于，所述小腿结构模块从顶端到底端整体的横截面积逐渐减小且所述小腿结构模块两侧设有减重槽部；所述小腿结构模块的底部连接有小腿足端，所述小腿足端由橡胶制成，所述小腿足端固定连接有足端力矩传感器。

8.一种模块化足式单腿摆线规划方法，其特征在于，用于控制如权利要求1至7任一所述的基于低减速比电机技术的模块化足式单腿运动，所述摆线规划方法包括：

获取足式单腿运动的定起点p_s＝[x_s,y_s,z_s]、和期望落脚点

跨腿高度为h，则中点位置

为使足式单腿能跟随机器人的速度变化而自适应调整步幅大小，

小腿足端期望落地点为

式中，x，y，z为实时位置点，x_exp，y_exp，z_exp为摆线位置点，T_S为步态周期，λ为支撑相占空比，其中z_f＝z_exp；

期望落脚点的坐标就会随着机器人的实时速度的变化而改变，即速度越大步幅越大，速度越小步幅越小，速度为零时则为原地踏步。

9.根据权利要求8所述的模块化足式单腿摆线规划方法，其特征在于，

足式单腿的摆线轨迹

式中，

对于z_f来说则可直接等于该腿当前的期望高度z_f＝z_exp，获取足式单腿的跨腿的摆线轨迹后，根据各时刻小腿足端的足尖位置，采用运动学逆解计算出对应的足式单腿的双电机旋转角度及频率，通过给电机SVPWM模块控制指令，驱动电机按照规划算法中的期望步态行走或原地踏步。

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