CN114104142A - 仿生机械腿 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种仿生机械腿，包括大腿结构、小腿结构和脚掌结构，大腿结构包括大腿执行器和大腿骨架，大腿执行器包括绕水平轴线转动的四个输出端，大腿骨架包括上骨架和下骨架，上骨架的一端通过第一连接组件与大腿执行器的第一输出端、第二输出端活动连接，下骨架的一端通过第二连接组件与大腿执行器的第三输出端、第四输出端活动连接，小腿结构包括膝关节执行器，小腿结构的下端通过脚腕关节与脚掌结构活动连接，脚掌结构与膝关节执行器连接，膝关节执行器用于控制脚掌结构俯仰或者偏转，脚掌结构与膝关节执行器连接，膝关节执行器用于控制脚掌结构俯仰或者偏转，该仿生机械腿能够适应复杂地形，灵活性强。

Description

仿生机械腿

技术领域

本发明属于机器人技术领域，更具体地说，是涉及一种仿生机械腿。

背景技术

机器人是一种能够半自主或全自主工作的智能机器。机器人具有感知、决策、执行等基本特征，可以辅助甚至替代人类完成危险、繁重、复杂的工作，提高工作效率与质量，服务人类生活，扩大或延伸人的活动及能力范围。

现有可移动式机器人一般为轮式或者履带式移动机器人，轮式、履带式移动机器人对复杂地形适应能力弱，不能跨越较大的障碍，运动灵活性差。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种仿生机械腿，以解决现有技术中存在的轮式、履带式移动机器人对复杂地形适应能力弱，不能跨越较大的障碍，运动灵活性差的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：本发明第一方面提供一种仿生机械腿，包括大腿结构、小腿结构和脚掌结构；

所述大腿结构包括大腿执行器和大腿骨架，所述大腿执行器包括绕水平轴线转动的四个输出端，所述大腿骨架包括上骨架和下骨架，所述上骨架的一端通过第一连接组件与大腿执行器的第一输出端、第二输出端活动连接，所述下骨架的一端通过第二连接组件与所述大腿执行器的第三输出端、第四输出端活动连接；

所述小腿结构包括膝关节执行器，所述上骨架、下骨架的另一端与所述小腿结构的上端活动连接，所述小腿结构的下端通过脚腕关节与所述脚掌结构活动连接，所述脚掌结构与所述膝关节执行器连接，所述膝关节执行器用于控制所述脚掌结构俯仰或者偏转。

在一实施例中，所述第一连接组件包括第一连接件与两个第一输出连杆，第一连接件具有用于与所述大腿执行器连接的第一固定端、与所述上骨架连接的第二固定端，两所述第一输出连杆的一端分别固定于所述第一输出端与第二输出端，两所述第一输出连杆的另一端活动连接于第一连接件的第二固定端。

在一实施例中，所述大腿执行器还包括第一转动环，所述第一转动环绕与所述大腿执行器的输出端相同的水平轴线转动设置；

所述第一连接件的第一固定端转动连接于所述第一转动环使所述第一连接件的第二固定端可在两所述第一输出连杆带动下相对第一连接件的第一固定端摆动。

在一实施例中，所述第一转动环包括环形部以及由所述环形部延伸出的连接部，所述连接部的一侧固定有套接柱，所述第一连接件的第一固定端形成有套接在所述第一转动环套接柱上的第一环形结构，所述第一环形结构的中心轴线垂直于所述第一输出端与第二输出端的转动轴线。

在一实施例中，所述第一连接件的所述第一环形结构与所述套接柱之间设置有第一转角测量结构，所述第一转角测量结构用于测量所述上骨架的偏转角度。

在一实施例中，所述第一输出连杆的末端均形成有套圈，两所述第一输出连杆的套圈转动套设于所述第一连接件的第二固定端并轴向定位。

在一实施例中，所述大腿执行器包括第一双耦合执行器和第二双耦合执行器，所述第一双耦合执行器包括耦合联动的所述第一输出端与第三输出端，所述第二双耦合执行器包括耦合联动的所述第二输出端和第四输出端。

在一实施例中，所述第一双耦合执行器和第二双耦合执行器均包括第一电机、第一减速组件、第二电机和第二减速组件，所述第一减速组件包括所述输出端和固定端，所述第一电机与所述第一减速组件的输出端传动连接，所述第二减速组件包括所述输出端和固定端，所述第二电机与所述第二减速组件的输出端传动连接，所述第二减速组件的所述输出端与所述第一减速组件的固定端连接；

所述第一减速组件和所述第二减速组件均为谐波减速结构。

在一实施例中，所述第二连接组件包括第二连接件与两个第二输出连杆，第二连接件具有用于与所述大腿执行器连接的第一固定端、与所述下骨架连接的第二固定端，两所述第二输出连杆的一端分别固定于所述第三输出端与第四输出端，两所述第二输出连杆的另一端活动连接于第二连接件的第二固定端。

在一实施例中，所述脚腕关节包括脚腕上构件、脚腕下构件和脚腕中轴，所述脚腕上构件与所述小腿结构连接，所述脚腕下构件与所述脚掌结构连接，所述括脚腕上构件和脚腕下构件之间通过所述脚腕中轴连接；

所述脚腕中轴具有垂直设置的第一中轴和第二中轴，所述第一中轴与所述脚腕上构件转动连接以使得所述膝关节执行器控制所述脚掌结构俯仰运动，所述第二中轴与所述脚腕下构件转动连接，以使得所述膝关节执行器控制所述脚掌结构偏转运动。

在一实施例中，所述小腿结构包括膝盖连接件与小腿骨架，所述膝关节执行器安装于所述膝盖连接件上，所述上骨架的另一端与所述膝盖连接件活动连接，所述下骨架的另一端与所述膝盖连接件活动连接，所述小腿骨架的上端与所述膝盖连接件固定连接，所述小腿骨架的下端通过脚腕关节与所述脚掌结构活动连接。

在一实施例中，还包括间隔设置地铰接于所述脚掌结构的两连接杆，所述小腿结构包括两个所述膝关节执行器，两所述连接杆的一端分别与所述膝关节执行器的输出端传动连接。

本发明仿生机械腿的大腿结构包括大腿执行器和大腿骨架，大腿执行器包括绕水平轴线转动的四个输出端，大腿骨架包括上骨架和下骨架，上骨架的一端通过第一连接组件与大腿执行器的第一输出端、第二输出端活动连接，下骨架的一端通过第二连接组件与大腿执行器的第三输出端、第四输出端活动连接，小腿结构包括膝关节执行器，上骨架、下骨架的另一端与小腿结构的上端活动连接，小腿结构的下端通过脚腕关节与脚掌结构活动连接，脚掌结构与膝关节执行器连接，膝关节执行器用于控制脚掌结构俯仰或者偏转，仿生机械腿的上骨架和下骨架分别通过连接组件与大腿执行器连接，大腿执行器每两个输出端分别带动上骨架和下骨架实现绕大腿执行器中心轴线的转动或其他方向的左右摆动，使得大腿骨间实现向上抬腿、向下伸腿、向左摆腿、向右摆腿、前进、后退的动作，脚掌结构与膝关节执行器连接，小腿结构的下端通过脚腕关节与脚掌结构活动连接，膝关节执行器控制脚掌结构实现上下偏转和左右偏转，该机械腿能够实现仿生行走，对复杂地形适应能力强，而且运动灵活性强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的仿生机械腿在一视角的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的仿生机械腿在另一视角的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的仿生机械腿在又一视角的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的仿生机械腿的大腿执行器在一视角的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的仿生机械腿的第一连接组件局部分解结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，本文中使用的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

此外，在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“相连”、“固定”、“安装”等应做广义理解，例如可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定、对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

下面结合具体实施例对本发明提供的仿生机械腿进行详细说明。

图1为本发明实施例提供的仿生机械腿在一视角的结构示意图，图2为本发明实施例提供的仿生机械腿在另一视角的结构示意图，图3为本发明实施例提供的仿生机械腿在又一视角的结构示意图，请参阅图1-图3，本发明第一方面提供一种仿生机械腿，包括大腿结构1、小腿结构2和脚掌结构3。

所述大腿结构1包括大腿执行器11和大腿骨架12，所述大腿执行器11包括绕水平轴线转动的四个输出端，所述大腿骨架12包括上骨架121和下骨架122，所述上骨架121的一端通过第一连接组件4与大腿执行器11的第一输出端A1、第二输出端A2活动连接，所述下骨架122的一端通过第二连接组件5与所述大腿执行器11的第三输出端A3、第四输出端A4活动连接；

所述小腿结构2包括膝关节执行器21，所述上骨架121、下骨架122的另一端与所述小腿结构2的上端活动连接，所述小腿结构2的下端通过脚腕关节31与所述脚掌结构3活动连接，所述脚掌结构3与所述膝关节执行器21连接，所述膝关节执行器21用于控制所述脚掌结构3俯仰或者偏转。

本实施例对上骨架121和下骨架122、小腿结构2和脚掌结构3的具体材质不做特别限制，例如为了提高强度脚掌结构3的材质可以采用金属，为了减小整体机械腿的重量，上骨架121、下骨架122和小腿结构2可采用碳管结构。本实施例的下骨架122为两段式结构，靠近上部的一段较短、靠近下部的一段较长，两段通过碳管连接件连接构成一个有弯角的下骨架122。

当第一输出端A1与第二输出端A2做同向、反向的同步或异步运动时，可以驱动上骨架121进行绕执行器中心轴线的转动或者是绕执行器径向方向轴线的摆动；同样的，第三输出端A3和第四输出端A4也可以驱使下腿骨122实现不同运动。结合而言，上腿骨121与下腿骨122的运动相配合则可实现腿部与膝关节的不同动作。

当大腿执行器11的第一输出端A1和第二输出端A2均做顺时针运动，第三输出端A3和第四输出端A4均做逆时针运动时，第一连接组件4带动上骨架121向上运动，第二连接组件5带动下骨架122向上运动，上骨架121的另一端与小腿结构2的上端活动连接，下骨架132的另一端与小腿结构2的上端活动连接，上骨架121和下骨架122向上运动时带动小腿结构2和脚掌结构3向上运动，机械腿做向上抬腿动作，当大腿执行器11的第一输出端A1和第二输出端A2均做逆时针运动，第三输出端A3和第四输出端A4均做顺时针运动时，第一连接组件4带动上骨架121向下运动，第二连接组件5带动下骨架122向下运动，机械腿做向下伸腿动作。当大腿执行器11的第一输出端A1做顺时针运动,第二输出端A2做逆时针运动时，第三输出端A3做逆时针运动,第四输出端A4做顺时针运动，机械腿的大腿做右偏动作。当大腿执行器11的第一输出端A1做逆时针运动,第二输出端A2做顺时针运动，第三输出端A3做顺时针运动,第四输出端A4做逆时针运动，机械腿的大腿做左偏动作。当大腿执行器11的第一输出端A1和第二输出端A2均做顺时针运动，第三输出端A3、四输出端也均做顺时针运动时，机械腿做向前行走动作，当大腿执行器11的第一输出端A1和第二输出端A2均做逆时针运动，第三输出端A3、第四输出端A4也均做逆时针运动时，机械腿做向后退步动作。

本实施例的脚掌结构3与膝关节执行器21连接，膝关节执行器21用于控制脚掌结构3俯仰或者偏转。本实施例通过膝关节执行器21控制脚掌结构的上下偏转和左右偏转，本实施例对所述脚掌结构3的具体形状不做特别限制。

本实施例的仿生机械腿的大腿结构包括大腿执行器和大腿骨架，大腿执行器包括绕水平轴线转动的四个输出端，大腿骨架包括上骨架和下骨架，上骨架的一端通过第一连接组件与大腿执行器的第一输出端、第二输出端活动连接，下骨架的一端通过第二连接组件与大腿执行器的第三输出端、第四输出端活动连接，小腿结构包括膝关节执行器，上骨架、下骨架的另一端与小腿结构的上端活动连接，小腿结构的下端通过脚腕关节与脚掌结构活动连接，脚掌结构与膝关节执行器连接，膝关节执行器用于控制脚掌结构俯仰或者偏转，仿生机械腿的上骨架和下骨架分别通过连接组件与大腿执行器连接，大腿执行器每两个输出端分别带动上骨架和下骨架实现绕大腿执行器中心轴线的转动或其他方向的左右摆动，使得大腿骨间实现向上抬腿、向下伸腿、向左摆腿、向右摆腿、前进、后退的动作，脚掌结构与膝关节执行器连接，小腿结构的下端通过脚腕关节与脚掌结构活动连接，膝关节执行器控制脚掌结构实现上下偏转和左右偏转，该机械腿能够实现仿生行走，对复杂地形适应能力强，而且运动灵活性强。

请参阅图2和图3，在一具体实施例中，所述第一连接组件4包括第一连接件41与两个第一输出连杆42，第一连接件41具有用于与所述大腿执行器11连接的第一固定端、与所述上骨架121连接的第二固定端，两所述第一输出连杆42的一端分别固定于所述第一输出端A1与第二输出端A2，两所述第一输出连杆42的另一端活动连接于第一连接件41的第二固定端；

所述第二连接组件5包括第二连接件51与两个第二输出连杆52，第二连接件51具有用于与所述大腿执行器11连接的第一固定端、与所述上骨架121连接的第二固定端，两所述第二输出连杆52的一端分别固定于所述第三输出端与第四输出端，两所述第二输出连杆52的另一端活动连接于第二连接件51的第二固定端。

优选地，本实施例为了减小整体机械腿的重量，第一连接件41、第一输出连杆42、第二连接件51、第二输出连杆52可采用碳管结构。本实施例对所述第一输出连杆42的另一端与第一连接件41的第二固定端的活动连接方式、所述第二输出连杆52的另一端与第二连接件51的第二固定端的活动连接方式不做特别限定。本实施例的第一连接件41的第二固定端通过插销和连接套筒与上骨架121连接，第二连接件51的第二固定端通过插销和连接套筒与下骨架122连接，组装方式简单。

请参阅图2和图4，在一具体实施例中，所述大腿执行器11还包括第一转动环111和第二转动环112，所述第一转动环绕111与所述大腿执行器11的输出端相同的水平轴线转动设置；所述第一连接件41的第一固定端转动连接于所述第一转动环111使所述第一连接件41的第二固定端可在两所述第一输出连杆42带动下相对第一连接件41的第一固定端摆动；所述第二连接件51的第一固定端转动连接于所述第二转动环112使所述第二连接件51的第二固定端可在两所述第二输出连杆52带动下相对第二连接件51的第一固定端摆动。本实施例的第一连接件41在第一输出端A1和第二输出端A2的带动下绕第一转动环111转动，第二连接件51在第三输出端A3和第四输出端A4的带动下绕第二转动环112转动。

请参阅图1-图5，示例性的，所述第一转动环111和所述第二转动环112均包括环形部以及由所述环形部延伸出的连接部1111，所述连接部的一侧固定有套接柱1112，所述第一连接件41的第一固定端形成有套接在所述第一转动环套接柱1112上的第一环形结构411，所述第一环形结构411的中心轴线垂直于所述第一输出端A1与第二输出端A2的转动轴线，从而使得第一连接件41在第一输出端A1与第二输出端A2的驱动下实现上下运动。

所述第二连接件51的第一固定端形成有套接在所述第二转动环套接柱上的第二环形结构(图中未示出)，所述第二环形结构的中心轴线垂直于所述第三输出端A3与第四输出端A4的转动轴线，从而使得第二连接件41在第三输出端A3与第四输出端A4的驱动下实现上下运动。

进一步的，所述第一连接件41的第一固定端的所述第一环形结构411与第一转动环111的所述套接柱1112之间设置有第一转角测量结构，所述第一转角测量结构用于测量所述上骨架121的偏转角度。所述第二连接件51的第一固定端的所述第二环形结构与第二转动环112的所述套接柱之间设置有第二转角测量结构，所述第二转角测量结构用于测量所述下骨架122的偏转角度。

本实例通过在第一连接件14上设置第一转角测量结构，能够实现大腿结构1的上骨架131的偏转角度的测量，通过在第二连接件15上设置第二转角测量结构能够实现大腿结构1的下骨架132的偏转角度的测量。本实施例对第一转角测量结构和第二转角测量结构的具体形式不做特别限制，例如，可以在第一环形结构411上设置磁环，第一转动环111的套接柱1112上设置编码器获取上骨架121的偏转角度。可以在第二环形结构上设置磁环，第一转动环112的套接柱上设置编码器获取下骨架122的偏转角度。

可选地，所述第一输出连杆42和所述第二输出连杆52的末端均形成有套圈，两所述第一输出连杆42的套圈转动套设于所述第一连接件41的第二固定端并轴向定位，两所述第二输出连杆52的套圈转动套设于所述第二连接件51的第二固定端并轴向定位。本实施例的第一输出连杆42和所述第二输出连杆52的末端均通过套环连接，组装方式简单。

优选地，所述大腿执行器11包括第一双耦合执行器113和第二双耦合执行器114，所述第一双耦合执行器113包括耦合联动的所述第一输出端A1与第三输出端A3，所述第二双耦合执行器114包括耦合联动的所述第二输出端A2和第四输出端A4。本实施例的大腿执行器11采用双耦合执行器，控制方式简单。

在一具体实施例中，请参阅图2和3，所述第一双耦合执行器113和第二双耦合执行器114均包括第一电机、第一减速组件、第二电机和第二减速组件，所述第一减速组件包括所述第一输出端和第一固定端，所述第一电机与所述第一减速组件的第一输出端传动连接，所述第二减速组件包括所述第二输出端和第二固定端，所述第二电机与所述第二减速组件的所述第二输出端传动连接，所述第二减速组件的所述第二输出端与所述第一减速组件的第一固定端连接。本实施例通过将第一双耦合执行器113和第二双耦合执行器114的第二减速组件的第二输出端与第一减速组件的第一固定端连接，以使得第一双耦合执行器113和第二双耦合执行器114通过一个固定架固定，避免了分别对第一双耦合执行器111和第二双耦合执行器114进行固定，使得机械腿的大腿结构紧凑。本实施例的第一减速组件和第二减速组件优选为谐波减速组件。

本实施例的第一双耦合执行器和第二双耦合执行器的第二减速组件的固定端与第一减速组件的输出端连接，使得第二减速组件的固定端与第一减速组件的输出端同步运动，只需将第一双耦合执行器和第二双耦合执行器的第一减速组件的固定端安装、固定即可，不需另外固定第二减速组件的固定端，整体结构紧凑。

在一具体实施例中，请参阅图1、图2，所述脚腕关节31包括脚腕上构件311、脚腕下构件312和脚腕中轴，脚腕上构件311与小腿结构2连接，脚腕下构件312与脚掌结构3连接，脚腕上构件311和脚腕下构件312之间通过脚腕中轴连接；脚腕中轴具有垂直设置的第一中轴和第二中轴，第一中轴与脚腕上构件311转动连接以使得膝关节执行器21控制脚掌结构俯仰运动，第二中轴与脚腕下构件转动连接，以使得所述膝关节执行器21控制所述脚掌结构偏转运动。本实施例的膝关节执行器21控制脚掌结构3运动使得脚掌结构3绕脚腕关节31实现上下运动和左右偏转运动，结构简单。

本实施例的脚腕上构件311与小腿结构2固定连接，脚腕下构件312与所述脚掌结构3活动连接，小腿结构2带动脚掌结构3做抬腿和伸腿运动，脚腕上构件311与脚腕下构件312连接的一端设置有相对设置的两个套环，第一中轴设置于两个套环内，第一中轴可在两个套环内转动，从而实现述膝关节执行器21控制脚掌结构上下俯仰运动，第二中轴贯穿第一中轴，第二中轴与脚腕下构件转动连接，在膝关节执行器21控制脚掌结构运动时，能够实现脚掌结构3左右、上下偏转运动，本实施例的脚腕关节31结构以及制作方式简单。

在一具体实施例中，所述小腿结构2包括膝盖连接件22与小腿骨架23，所述膝关节执行器21安装于所述膝盖连接件22上，所述上骨架121的另一端与所述膝盖连接件22活动连接，所述下骨架122的另一端与所述膝盖连接件22活动连接，所述小腿骨架23的上端与所述膝盖连接件22固定连接，所述小腿骨架23的下端通过脚腕关节31与所述脚掌结构3活动连接。

在一具体实施例中，请参阅图1、图2，所述膝关节执行器21包括第三执行器211和第四执行器212，所述第三执行器211的输出端与所述第四执行器212的输出端分别位于所述膝盖连接件22的左右两侧，所述第三执行器通211过第一连接杆24与所述脚掌结构3连接，所述第四执行器212通过第二连接杆25与所述脚掌结构3连接，所述第一连接杆24和所述第二连接杆25平行设置，所述第一连接杆24的第一端通过第一摆动件与所述第三执行器211的输出端连接，所述第一连接杆24的第二端与所述脚掌结构3连接，所述第二连接杆25的第一端通过第二摆动件与所述第四执行器212的输出端连接，所述第二连接杆25的第二端与所述脚掌结构3连接。本实施例的第三执行器211和脚掌结构3通过第一连接杆24连接，第四执行器212和脚掌结构3通过第二连接杆25连接，本实施例中第一摆动件和第二摆动件均为曲柄结构。

本实施例的脚掌结构3的运动由两个执行器同时驱动，在两个执行器向同一方向同时动作时，可以通过第一连接杆24和第二连接杆25驱动脚掌结构3上下俯仰，在两个执行器向相反方向同时动作时，可以通过连第一连接杆24和第二连接杆25驱动脚掌结构3左右偏转，该机械腿可以通过连杆结构驱动脚掌俯仰和偏转，以适应机器人在不同路面上的行走。本实施例的仿生机械腿通过两个执行器同时动作来驱动脚掌结构实现两个方向上的移动，避免了由两个执行器各自单独驱动脚掌结构实现其中一个方向的移动而带来的力矩不足的问题，能够确保在脚掌结构3动作时提供足够的力矩。

本发明实施例的仿生机械腿的大腿结构包括大腿执行器和大腿骨架，大腿执行器包括绕水平轴线转动的四个输出端，大腿骨架包括上骨架和下骨架，上骨架的一端通过第一连接组件与大腿执行器的第一输出端、第二输出端活动连接，下骨架的一端通过第二连接组件与大腿执行器的第三输出端、第四输出端活动连接，小腿结构包括膝关节执行器，上骨架、下骨架的另一端与小腿结构的上端活动连接，小腿结构的下端通过脚腕关节与脚掌结构活动连接，脚掌结构与膝关节执行器连接，膝关节执行器用于控制脚掌结构俯仰或者偏转，仿生机械腿的上骨架和下骨架分别通过连接组件与大腿执行器连接，大腿执行器每两个输出端分别带动上骨架和下骨架实现绕大腿执行器中心轴线的转动或其他方向的左右摆动，使得大腿骨间实现向上抬腿、向下伸腿、向左摆腿、向右摆腿、前进、后退的动作，脚掌结构与膝关节执行器连接，小腿结构的下端通过脚腕关节与脚掌结构活动连接，膝关节执行器控制脚掌结构实现上下偏转和左右偏转，该机械腿能够实现仿生行走，对复杂地形适应能力强，而且运动灵活性强。

以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

在以上描述中，参考术语“一实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

Claims (12)

1.一种仿生机械腿，其特征在于：

包括大腿结构、小腿结构和脚掌结构；

所述大腿结构包括大腿执行器和大腿骨架，所述大腿执行器包括绕水平轴线转动的四个输出端，所述大腿骨架包括上骨架和下骨架，所述上骨架的一端通过第一连接组件与大腿执行器的第一输出端、第二输出端活动连接，所述下骨架的一端通过第二连接组件与所述大腿执行器的第三输出端、第四输出端活动连接；

所述小腿结构包括膝关节执行器，所述上骨架、下骨架的另一端与所述小腿结构的上端活动连接，所述小腿结构的下端通过脚腕关节与所述脚掌结构活动连接，所述脚掌结构与所述膝关节执行器连接，所述膝关节执行器用于控制所述脚掌结构俯仰或者偏转。

2.根据权利要求1所述的仿生机械腿，其特征在于：

所述第一连接组件包括第一连接件与两个第一输出连杆，第一连接件具有用于与所述大腿执行器连接的第一固定端、与所述上骨架连接的第二固定端，两所述第一输出连杆的一端分别固定于所述第一输出端与第二输出端，两所述第一输出连杆的另一端活动连接于第一连接件的第二固定端。

3.根据权利要求2所述的仿生机械腿，其特征在于：所述大腿执行器还包括第一转动环，所述第一转动环绕与所述大腿执行器的输出端相同的水平轴线转动设置；

所述第一连接件的第一固定端转动连接于所述第一转动环使所述第一连接件的第二固定端可在两所述第一输出连杆带动下相对第一连接件的第一固定端摆动。

4.根据权利要求3所述的仿生机械腿，其特征在于：所述第一转动环包括环形部以及由所述环形部延伸出的连接部，所述连接部的一侧固定有套接柱，所述第一连接件的第一固定端形成有套接在所述第一转动环套接柱上的第一环形结构，所述第一环形结构的中心轴线垂直于所述第一输出端与第二输出端的转动轴线。

5.根据权利要求4所述的仿生机械腿，其特征在于：所述第一连接件的所述第一环形结构与所述套接柱之间设置有第一转角测量结构，所述第一转角测量结构用于测量所述上骨架的偏转角度。

6.根据权利要求2所述的仿生机械腿，其特征在于：所述第一输出连杆的末端均形成有套圈，两所述第一输出连杆的套圈转动套设于所述第一连接件的第二固定端并轴向定位。

7.根据权利要求1所述的仿生机械腿，其特征在于：所述大腿执行器包括第一双耦合执行器和第二双耦合执行器，所述第一双耦合执行器包括耦合联动的所述第一输出端与第三输出端，所述第二双耦合执行器包括耦合联动的所述第二输出端和第四输出端。

8.根据权利要求7所述的仿生机械腿，其特征在于：所述第一双耦合执行器和第二双耦合执行器均包括第一电机、第一减速组件、第二电机和第二减速组件，所述第一减速组件包括所述输出端和固定端，所述第一电机与所述第一减速组件的输出端传动连接，所述第二减速组件包括所述输出端和固定端，所述第二电机与所述第二减速组件的输出端传动连接，所述第二减速组件的所述输出端与所述第一减速组件的固定端连接；

所述第一减速组件和所述第二减速组件均为谐波减速结构。

9.根据权利要求1所述的仿生机械腿，其特征在于：

所述第二连接组件包括第二连接件与两个第二输出连杆，第二连接件具有用于与所述大腿执行器连接的第一固定端、与所述下骨架连接的第二固定端，两所述第二输出连杆的一端分别固定于所述第三输出端与第四输出端，两所述第二输出连杆的另一端活动连接于第二连接件的第二固定端。

10.根据权利要求1所述的仿生机械腿，其特征在于：所述脚腕关节包括脚腕上构件、脚腕下构件和脚腕中轴，所述脚腕上构件与所述小腿结构连接，所述脚腕下构件与所述脚掌结构连接，所述括脚腕上构件和脚腕下构件之间通过所述脚腕中轴连接；

所述脚腕中轴具有垂直设置的第一中轴和第二中轴，所述第一中轴与所述脚腕上构件转动连接以使得所述膝关节执行器控制所述脚掌结构俯仰运动，所述第二中轴与所述脚腕下构件转动连接，以使得所述膝关节执行器控制所述脚掌结构偏转运动。

11.根据权利要求1所述的仿生机械腿，其特征在于：所述小腿结构包括膝盖连接件与小腿骨架，所述膝关节执行器安装于所述膝盖连接件上，所述上骨架的另一端与所述膝盖连接件活动连接，所述下骨架的另一端与所述膝盖连接件活动连接，所述小腿骨架的上端与所述膝盖连接件固定连接，所述小腿骨架的下端通过脚腕关节与所述脚掌结构活动连接。

12.根据权利要求1所述的仿生机械腿，其特征在于：

还包括间隔设置地铰接于所述脚掌结构的两连接杆，所述小腿结构包括两个所述膝关节执行器，两所述连接杆的一端分别与所述膝关节执行器的输出端传动连接。

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