CN116573077A - 一种具有被动柔顺小腿的双足机器人下肢结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及人形机器人技术领域，具体涉及一种具有被动柔顺小腿的双足机器人下肢结构。包括盆骨及设置于盆骨两侧的左腿和右腿；左腿和右腿结构相同，均包括髋关节机构、大腿机构、膝关节机构、小腿机构、踝关节机构及脚掌，其中髋关节机构与大腿机构的上端转动连接，髋关节机构用于驱动大腿机构进行偏航、横滚和俯仰运动，大腿机构的下端与小腿机构上端通过膝关节机构转动连接，膝关节机构用于驱动小腿机构进行俯仰运动；小腿机构下端与脚掌之间通过踝关节机构连接，踝关节机构用于驱动脚掌进行俯仰和横滚运动。本发明通过具有被动柔顺功能的小腿，使得足部与地面产生的冲击能够被吸收，同时将整条腿的重心上移，提升机器人行走过程中的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及人形机器人技术领域，具体涉及一种具有被动柔顺小腿的双足机器人下肢结构。
背景技术
仿人机器人具有很高的灵活性，可以在人类的环境中行走、工作；能自由使用人类所用的工具；具有人的外形，使得人机交互更加自然，在人类社会中应用潜力巨大。与人类相似的双足步行运动方式较轮式或轮带式等其他驱动方式更具通过性，故如何使仿人机器人的下肢结构设计更加拟合人类的腿部，具有十分重要的意义。
目前，仿人机器人的腿部多为刚性结构，因此机器人足底触底过程是一个刚性接触，当足底与地面产生冲击时，冲击会通过刚性结构传递到机器人全身，可能导致机器人行走不稳，甚至导致机械结构的变形。
为了模仿人类腿部的运动，一般在踝关节位置放置两个电机，以驱动踝关节的两自由度运动；在膝关节放置一个电机，以驱动膝关节单自由度运动；在髋关节防止三个电机，驱动髋关节的三自由度运动。上述技术方案中的机器人下肢在摆动过程中由于末端质量较大，惯性较大，不利于机器人行走过程中的稳定。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种具有被动柔顺小腿的双足机器人下肢结构，以解决现有仿人机器人末端质量较大，惯性较大，行走不稳，容易变形等问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种具有被动柔顺小腿的双足机器人下肢结构，包括盆骨及设置于盆骨两侧的左腿和右腿；
左腿和右腿结构相同，均包括髋关节机构、大腿机构、膝关节机构、小腿机构、踝关节机构及脚掌，其中髋关节机构与大腿机构的上端转动连接，髋关节机构用于驱动大腿机构进行偏航、横滚和俯仰运动，大腿机构的下端与小腿机构上端通过膝关节机构转动连接，膝关节机构用于驱动小腿机构进行俯仰运动；小腿机构下端与脚掌之间通过踝关节机构连接，踝关节机构用于驱动脚掌进行俯仰和横滚运动。
所述大腿机构包括相互平行的大腿A侧板和大腿B侧板，大腿A侧板和大腿B侧板之间通过横板连接，所述膝关节机构设置于大腿A侧板和大腿B侧板之间。
所述髋关节机构包括髋关节第一关节驱动模组、髋关节第一关节支架、髋关节第二关节驱动模组、髋关节第二关节支架及髋关节第三关节驱动模组，其中髋关节第一关节驱动模组固定在所述盆骨上，髋关节第一关节驱动模组的输出法兰与髋关节第一关节支架固定连接；髋关节第二关节驱动模组固定在髋关节第一关节支架上，髋关节第二关节驱动模组的输出法兰与髋关节第二关节支架的一端固定连接，髋关节第二关节支架的另一端与髋关节第一关节支架转动连接；髋关节第三关节驱动模组固定在髋关节第二关节支架上，髋关节第三关节驱动模组的输出法兰与所述大腿机构连接，所述大腿机构与髋关节第二关节支架转动连接；髋关节第一关节驱动模组、髋关节第二关节驱动模组与髋关节第三关节驱动模组的旋转轴线正交于一点，髋关节第一关节驱动模组用于实现所述大腿机构的偏航运动，髋关节第二关节驱动模组用于所述大腿机构的横滚运动，髋关节第三关节驱动模组用于实现所述大腿机构的俯仰运动。
所述膝关节机构包括膝关节驱动模组、膝关节驱动曲柄、膝关节驱动连杆及膝关节曲柄，其中膝关节驱动模组的输出法兰固定在所述大腿机构上，膝关节驱动模组的固定法兰与膝关节驱动曲柄固定连接，膝关节驱动曲柄与膝关节驱动连杆的一端转动连接，膝关节驱动连杆的另一端与膝关节曲柄的一端转动连接，膝关节曲柄的另一端与所述小腿机构连接。
所述膝关节驱动连杆包括碳纤维杆、碳纤维杆连接件和膝关节驱动鱼眼轴承，其中碳纤维杆的两端通过碳纤维杆连接件分别与两个膝关节驱动鱼眼轴承连接，其中一端的膝关节驱动鱼眼轴承与所述膝关节驱动曲柄转动连接，另一端的膝关节驱动鱼眼轴承与所述膝关节曲柄转动连接。
所述小腿机构包括小腿组件、踝关节第一驱动模组、踝关节第二驱动模组，其中小腿机构包括平行设置的小腿支撑芯式减震器、踝关节第一驱动连杆及踝关节第二驱动连杆，其中小腿支撑芯式减震器位于踝关节第一驱动连杆和踝关节第二驱动连杆的后侧，小腿支撑芯式减震器的下端与所述踝关节机构连接，上端与所述膝关节机构连接；
踝关节第一驱动模组和踝关节第二驱动模组均设置于所述大腿机构的上，踝关节第一驱动模组的输出端通过第一传动组件与踝关节第一驱动连杆的上端连接，踝关节第二驱动模组的输出端通过第二传动组件与踝关节第二驱动连杆的上端连接，踝关节第一驱动连杆和踝关节第二驱动连杆的下端与所述踝关节机构转动连接。
所述第一传动组件包括踝关节第一驱动同步带轮、踝关节第一从动同步带轮、踝关节第一驱动同步带及踝关节第一曲柄，其中踝关节第一曲柄的一端与所述大腿机构转动连接，踝关节第一从动同步带轮固定安装在踝关节第一曲柄的一端，踝关节第一曲柄的另一端与所述踝关节第一驱动连杆的上端铰接，踝关节第一驱动同步带轮设置于所述踝关节第一驱动模组的输出端，踝关节第一驱动同步带轮通过踝关节第一驱动同步带与踝关节第一从动同步带轮传动连接；
所述第二传动组件包括踝关节第二驱动同步带轮、踝关节第二驱动同步带、踝关节第二从动同步带轮及踝关节第二曲柄，其中踝关节第二曲柄的一端与所述大腿机构转动连接，踝关节第二从动同步带轮固定安装在踝关节第二曲柄的一端，踝关节第二曲柄的另一端与所述踝关节第二驱动连杆的上端铰接；
踝关节第二驱动同步带轮设置于所述踝关节第二驱动模组的输出端，踝关节第二驱动同步带轮通过踝关节第二驱动同步带与踝关节第二从动同步带轮传动连接。
所述大腿机构的下端通过踝关节曲柄深沟球轴承与所述踝关节第一曲柄和所述踝关节第二曲柄转动连接，所述踝关节第一曲柄和所述踝关节第二曲柄通过膝关节轴深沟球轴承套设于膝关节轴上，所述踝关节第一从动同步带轮、踝关节第二从动同步带轮与膝关节轴同轴设置。
所述踝关节机构包括踝关节机构小腿连接件、轴承限位垫片、弹簧垫片、深沟球轴承、踝关节机构中心十字轴及踝关节机构底板，其中踝关节机构中心十字轴通过深沟球轴承分别与踝关节机构小腿连接件和踝关节机构底板转动连接，深沟球轴承通过套设于踝关节机构中心十字轴的端部的轴承限位垫片轴向限位，在深沟球轴承与轴承限位垫片之间加装弹簧垫片,踝关节机构小腿连接件与所述小腿支撑芯式减震器连接；踝关节机构底板与所述脚掌固定连接；
踝关节机构底板上设有沿左右方向延伸的底板轴，底板轴位于踝关节机构中心十字轴的前侧，所述踝关节第一驱动连杆和所述踝关节第二驱动连杆的下端分别与底板轴的两端活动连接。
所述盆骨、大腿机构和小腿机构上均设有惯性测量单元，惯性测量单元用于监控机器人的运动状态，为调整机器人位姿提供反馈信息；所述踝关节机构与所述脚掌之间设有六维力传感器，六维力传感器用于检测地面对机器人的作用力和力矩。
本发明的优点及有益效果是：本发明提供的一种具有被动柔顺小腿的双足机器人下肢结构，通过具有被动柔顺功能的小腿，使得足部与地面产生的冲击能够被吸收，提升机器人行走过程中的稳定性。同时将两个踝关节驱动电机与一个膝关节驱动电机上移，布置在大腿连杆上，将整条腿的重心上移，减小了下肢摆动时的惯性，有利于行走过程中的稳定性。
本发明通过加装“惯性测量单元”与“六维力传感器”，可获得可以用于控制与判断机器人稳定性的信息，为控制双足机器人的行走提供了数据基础。
附图说明
图1为本发明一种具有被动柔顺小腿的双足机器人下肢结构的正面轴测图；
图2为本发明一种具有被动柔顺小腿的双足机器人下肢结构的反面轴测图；
图3为本发明中踝关节万向节爆炸图；
图4为本发明中膝关节剖面图；
图5为本发明中踝关节第一、二驱动连杆的结构示意图；
图6为本发明中膝关节驱动连杆的结构示意图。
图中：1-盆骨；2-髋关节第一关节驱动模组；3-髋关节第一关节架；4-髋关节第二关节驱动模组；5-髋关节第二关节架；6-髋关节第三关节驱动模组；7-大腿A侧板；8-膝关节驱动模组；9-大腿B侧板；10-踝关节第一驱动模组；11-踝关节第二驱动模组；12-膝关节驱动连杆；13-小腿支撑芯式减震器；14-踝关节第一驱动连杆；15-踝关节第二驱动连杆；16-脚掌；17-膝关节驱动曲柄；18-膝关节曲柄；19-踝关节机构；191-踝关节机构小腿连接件；192-轴承限位垫片；193-弹簧垫片；194-深沟球轴承；195-踝关节机构中心十字轴；196-踝关节机构底板；20-踝关节第一驱动同步带轮；21-踝关节第一从动同步带轮；22-踝关节第一驱动同步带；23-踝关节第二驱动同步带轮；24-踝关节第二驱动同步带；25-踝关节第二从动同步带轮；26-踝关节第一曲柄；27-踝关节第二曲柄；28-膝关节轴；29-膝关节轴深沟球轴承；30-踝关节曲柄深沟球轴承；31-底板轴；32-脚踝驱动芯式减震器；33-脚踝驱动鱼眼轴承；34-膝关节驱动鱼眼轴承；35-碳纤维杆连接件；36-碳纤维杆，37-腰部惯性测量单元；38-大腿惯性测量单元；39-小腿惯性测量单元；40-六维力传感器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
如图1所示，本发明提供一种具有被动柔顺小腿的双足机器人下肢结构，包括盆骨1及设置于盆骨1两侧的左腿和右腿；左腿和右腿呈对称布置且结构相同，左腿和右腿均包括髋关节机构、大腿机构、膝关节机构、小腿机构、踝关节机构及脚掌16，其中髋关节机构与大腿机构的上端转动连接，髋关节机构用于驱动大腿机构进行偏航、横滚和俯仰运动，大腿机构的下端与小腿机构上端通过膝关节机构转动连接，膝关节机构用于驱动小腿机构进行俯仰运动；小腿机构下端与脚掌16之间通过踝关节机构连接，踝关节机构用于驱动脚掌16进行俯仰和横滚运动。
本发明提供的一种具有被动柔顺小腿的双足机器人下肢结构，通过具有被动柔顺功能的小腿，使得足部与地面产生的冲击能够被吸收，提升机器人行走过程中的稳定性。
如图1所示，本发明的实施例中，大腿机构包括相互平行的大腿A侧板7和大腿B侧板9，大腿A侧板7和大腿B侧板9之间通过横板连接为一体，膝关节机构设置于大腿A侧板7和大腿B侧板9之间。
进一步地，本发明的实施例中，在盆骨1、大腿机构和小腿机构上均设有惯性测量单元，惯性测量单元用于监控机器人的运动状态，为调整机器人位姿提供反馈信息；具体地，盆骨1的中心位置靠近腰部固定安装腰部惯性测量单元37，腰部惯性测量单元37用于测量骨盆中央位置的运动信息。在连接大腿A侧板7和大腿B侧板9的横板上固定安装有大腿惯性测量单元38，大腿惯性测量单元38用于测量大腿机构的运动信息。在小腿机构上固定安装小腿惯性测量单元39，小腿惯性测量单元39用于测量小腿的运动信息。通过腰部惯性测量单元37、大腿惯性测量单元38及小腿惯性测量单元39监控机器人的运动状态，为调整机器人位姿提供反馈信息。同时在踝关节机构与脚掌16之间设有六维力传感器40，六维力传感器40用于检测地面对机器人的作用力和力矩，可通过信息判断机器人的稳定性，或通过控制该作用力和力矩进而控制机器人的稳定。
本发明的实施例中，髋关节机构包括髋关节第一关节驱动模组2、髋关节第一关节支架3、髋关节第二关节驱动模组4、髋关节第二关节支架5及髋关节第三关节驱动模组6，其中髋关节第一关节驱动模组2固定在盆骨1上，髋关节第一关节驱动模组2的输出法兰与髋关节第一关节支架3固定连接；髋关节第二关节驱动模组4固定在髋关节第一关节支架3上，髋关节第二关节驱动模组4的输出法兰与髋关节第二关节支架5的一端固定连接，髋关节第二关节支架5的另一端与髋关节第一关节支架3转动连接；髋关节第三关节驱动模组6固定在髋关节第二关节支架5上，髋关节第三关节驱动模组6的输出法兰与大腿机构中的大腿A侧板7的上端固定连接，大腿机构中的大腿B侧板9的上端与髋关节第二关节支架5转动连接；髋关节第一关节驱动模组2、髋关节第二关节驱动模组4与髋关节第三关节驱动模组6的旋转轴线正交于一点，髋关节第一关节驱动模组2用于实现大腿机构的偏航运动，髋关节第二关节驱动模组4用于大腿机构的横滚运动，髋关节第三关节驱动模组6用于实现大腿机构的俯仰运动。本发明与人体结构更加类似，也便于后续的运动学分析计算。
本发明的实施例中，膝关节机构包括膝关节驱动模组8、膝关节驱动曲柄17、膝关节驱动连杆12及膝关节曲柄18，其中膝关节驱动模组8的输出法兰固定在大腿机构中的大腿B侧板9的中部，膝关节驱动模组8的固定法兰与膝关节驱动曲柄17固定连接，膝关节驱动曲柄17与膝关节驱动连杆12的一端转动连接，膝关节驱动连杆12的另一端与膝关节曲柄18的一端转动连接，膝关节曲柄18的另一端与小腿机构连接。
如图6所示，本发明的实施例中，膝关节驱动连杆12包括碳纤维杆36、碳纤维杆连接件35和膝关节驱动鱼眼轴承34，其中碳纤维杆36的两端通过碳纤维杆连接件35分别与两个膝关节驱动鱼眼轴承34连接，其中一端的膝关节驱动鱼眼轴承34与膝关节驱动曲柄17转动连接，另一端的膝关节驱动鱼眼轴承34与膝关节曲柄18转动连接。通过膝关节驱动模组8的转动，经膝关节驱动连杆12可以驱动膝关节曲柄18转动，即实现膝关节机构的单自由度运动。采用碳纤维杆36作为膝关节驱动连杆12的主体，可以减轻整体重量。膝关节驱动连杆12与膝关节驱动曲柄17和膝关节曲柄18之间的连接所需的是转动连接，各端只需要一个自由度，但此处却使用膝关节驱动鱼眼轴承34作为转动关节的原因是鱼眼轴承具有三个转动自由度，可以补偿在装配过程中的误差，同时当受到转轴方向的冲击时，对关节起到保护作用。
如图1-2所示，本发明的实施例中，小腿机构包括小腿组件、踝关节第一驱动模组10、踝关节第二驱动模组11，其中小腿机构包括平行设置的小腿支撑芯式减震器13、踝关节第一驱动连杆14及踝关节第二驱动连杆15，其中小腿支撑芯式减震器13位于踝关节第一驱动连杆14和踝关节第二驱动连杆15的后侧，小腿支撑芯式减震器13的下端与踝关节机构连接，上端与膝关节机构中的膝关节曲柄18连接；踝关节第一驱动模组10和踝关节第二驱动模组11均设置于大腿机构的上，踝关节第一驱动模组10的输出端通过第一传动组件与踝关节第一驱动连杆14的上端连接，踝关节第二驱动模组11的输出端通过第二传动组件与踝关节第二驱动连杆15的上端连接，踝关节第一驱动连杆14和踝关节第二驱动连杆15的下端与踝关节机构转动连接。具体地，踝关节第一驱动模组10固定在大腿A侧板7的中下部，踝关节第二驱动模组11通过法兰固定在大腿B侧板9中下部，小腿惯性测量单元39固定在小腿支撑芯式减震器13的中央位置。
本发明的实施例中，第一传动组件包括踝关节第一驱动同步带轮20、踝关节第一从动同步带轮21、踝关节第一驱动同步带22及踝关节第一曲柄26，其中踝关节第一曲柄26的一端与大腿机构转动连接，踝关节第一从动同步带轮21固定安装在踝关节第一曲柄26的一端，踝关节第一曲柄26的另一端与踝关节第一驱动连杆14的上端铰接，踝关节第一驱动同步带轮20设置于踝关节第一驱动模组10的输出端，踝关节第一驱动同步带轮20通过踝关节第一驱动同步带22与踝关节第一从动同步带轮21传动连接。
本发明的实施例中，第二传动组件包括踝关节第二驱动同步带轮23、踝关节第二驱动同步带24、踝关节第二从动同步带轮25及踝关节第二曲柄27，其中踝关节第二曲柄27的一端与大腿机构转动连接，踝关节第二从动同步带轮25固定安装在踝关节第二曲柄27的一端，踝关节第二曲柄27的另一端与踝关节第二驱动连杆15的上端铰接；踝关节第二驱动同步带轮23设置于踝关节第二驱动模组11的输出端，踝关节第二驱动同步带轮23通过踝关节第二驱动同步带24与踝关节第二从动同步带轮25传动连接。
如图4所示，本发明的实施例中，大腿机构的下端通过踝关节曲柄深沟球轴承30与踝关节第一曲柄26和踝关节第二曲柄27转动连接。具体地，踝关节第一曲柄26通过踝关节曲柄深沟球轴承30安装在大腿A侧板7下端的安装孔内，踝关节第二曲柄27通过另一踝关节曲柄深沟球轴承30安装在大腿B侧板9下端的安装孔内。同时踝关节第一曲柄26和踝关节第二曲柄27通过膝关节轴深沟球轴承29套设于膝关节轴28上，踝关节第一从动同步带轮21、踝关节第二从动同步带轮25与膝关节轴28同轴设置，膝关节曲柄18与膝关节轴28固定连接。采用该种方式布置，可使膝关节曲柄18与踝关节第一曲柄26和踝关节第二曲柄27同轴转动，同实现膝关节曲柄18相对于大腿机构自由转动的同时，踝关节第一曲柄26和踝关节第二曲柄27相对于大腿机构也能自由转动，膝关节曲柄18、踝关节第一曲柄26以及踝关节第二曲柄27之间的转动互不影响。
如图5所示，本发明的实施例中，踝关节第一驱动连杆14和踝关节第二驱动连杆15结构相同，均包括脚踝驱动芯式减震器32及设置于脚踝驱动芯式减震器32两端的脚踝驱动鱼眼轴承33。小腿支撑芯式减震器13、踝关节第一驱动连杆14及踝关节第二驱动连杆15均采用芯式减震器作为驱动连杆的主体，可以有效吸收双足在运动过程中遇到的冲击，提高双足机器人运动过程中的平稳性。
如图3所示，本发明的实施例中，踝关节机构包括踝关节机构小腿连接件191、轴承限位垫片192、弹簧垫片193、深沟球轴承194、踝关节机构中心十字轴195及踝关节机构底板196，其中踝关节机构中心十字轴195通过深沟球轴承194分别与踝关节机构小腿连接件191和踝关节机构底板196转动连接，深沟球轴承194通过套设于踝关节机构中心十字轴195的端部的轴承限位垫片192轴向限位，在深沟球轴承194与轴承限位垫片192之间加装弹簧垫片193，实现防松效果。踝关节机构小腿连接件191与小腿支撑芯式减震器13的下端固定连接，踝关节机构底板196与脚掌16固定连接。踝关节机构底板196上设有沿左右方向延伸的底板轴31，底板轴31位于踝关节机构中心十字轴195前侧，踝关节第一驱动连杆14和踝关节第二驱动连杆15的下端分别与底板轴31的两端活动连接。踝关节第一驱动连杆14的上端与踝关节第一曲柄26活动连接，踝关节第二驱动连杆15的上端与踝关节第二曲柄27活动连接。通过此种连接方式，可以实现当踝关节第一驱动模组10与踝关节第二驱动模组11同向转动时，驱动脚掌俯仰运动；当踝关节第一驱动模组10与踝关节第二驱动模组11反向转动时，驱动脚掌16横滚运动。
本发明在膝关节机构与踝关节机构之间通过具有被动柔顺功能的小腿机构连接，可以将行走过程中产生的足部与地面之间的冲击吸收，增加机器人行走过程中的稳定性。膝关节驱动模组被设置在大腿机构的上端且踝关节机构的所有驱动组件被设置在大腿机构的下端，即将膝关节机构与踝关节机构中的驱动模组皆设置于大腿机构上，使得双足机器人的重心上移，在行走过程中，双足的惯性减小，有利于仿人机器人行走的稳定性。
综上所述，髋关节驱动电机模组、膝关节驱动电机模组与踝关节驱动电机模组皆固定在大腿部，即更靠近腰部位置，减轻了摆动幅度较大的小腿与脚掌部分的质量，减小了双腿行走过程中的惯量，提升了双足机器人的稳定性。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种具有被动柔顺小腿的双足机器人下肢结构，其特征在于，包括盆骨(1)及设置于盆骨(1)两侧的左腿和右腿；
左腿和右腿结构相同，均包括髋关节机构、大腿机构、膝关节机构、小腿机构、踝关节机构及脚掌(16)，其中髋关节机构与大腿机构的上端转动连接，髋关节机构用于驱动大腿机构进行偏航、横滚和俯仰运动，大腿机构的下端与小腿机构上端通过膝关节机构转动连接，膝关节机构用于驱动小腿机构进行俯仰运动；小腿机构下端与脚掌(16)之间通过踝关节机构连接，踝关节机构用于驱动脚掌(16)进行俯仰和横滚运动。
2.根据权利要求1所述的具有被动柔顺小腿的双足机器人下肢结构，其特征在于，所述大腿机构包括相互平行的大腿A侧板(7)和大腿B侧板(9)，大腿A侧板(7)和大腿B侧板(9)之间通过横板连接，所述膝关节机构设置于大腿A侧板(7)和大腿B侧板(9)之间。
3.根据权利要求1所述的具有被动柔顺小腿的双足机器人下肢结构，其特征在于，所述髋关节机构包括髋关节第一关节驱动模组(2)、髋关节第一关节支架(3)、髋关节第二关节驱动模组(4)、髋关节第二关节支架(5)及髋关节第三关节驱动模组(6)，其中髋关节第一关节驱动模组(2)固定在所述盆骨(1)上，髋关节第一关节驱动模组(2)的输出法兰与髋关节第一关节支架(3)固定连接；髋关节第二关节驱动模组(4)固定在髋关节第一关节支架(3)上，髋关节第二关节驱动模组(4)的输出法兰与髋关节第二关节支架(5)的一端固定连接，髋关节第二关节支架(5)的另一端与髋关节第一关节支架(3)转动连接；髋关节第三关节驱动模组(6)固定在髋关节第二关节支架(5)上，髋关节第三关节驱动模组(6)的输出法兰与所述大腿机构连接，所述大腿机构与髋关节第二关节支架(5)转动连接；髋关节第一关节驱动模组(2)、髋关节第二关节驱动模组(4)与髋关节第三关节驱动模组(6)的旋转轴线正交于一点，髋关节第一关节驱动模组(2)用于实现所述大腿机构的偏航运动，髋关节第二关节驱动模组(4)用于所述大腿机构的横滚运动，髋关节第三关节驱动模组(6)用于实现所述大腿机构的俯仰运动。
4.根据权利要求1所述的具有被动柔顺小腿的双足机器人下肢结构，其特征在于，所述膝关节机构包括膝关节驱动模组(8)、膝关节驱动曲柄(17)、膝关节驱动连杆(12)及膝关节曲柄(18)，其中膝关节驱动模组(8)的输出法兰固定在所述大腿机构上，膝关节驱动模组(8)的固定法兰与膝关节驱动曲柄(17)固定连接，膝关节驱动曲柄(17)与膝关节驱动连杆(12)的一端转动连接，膝关节驱动连杆(12)的另一端与膝关节曲柄(18)的一端转动连接，膝关节曲柄(18)的另一端与所述小腿机构连接。
5.根据权利要求4所述的具有被动柔顺小腿的双足机器人下肢结构，其特征在于，所述膝关节驱动连杆(12)包括碳纤维杆(36)、碳纤维杆连接件(35)和膝关节驱动鱼眼轴承(34)，其中碳纤维杆(36)的两端通过碳纤维杆连接件(35)分别与两个膝关节驱动鱼眼轴承(34)连接，其中一端的膝关节驱动鱼眼轴承(34)与所述膝关节驱动曲柄(17)转动连接，另一端的膝关节驱动鱼眼轴承(34)与所述膝关节曲柄(18)转动连接。
6.根据权利要求1所述的具有被动柔顺小腿的双足机器人下肢结构，其特征在于，所述小腿机构包括小腿组件、踝关节第一驱动模组(10)、踝关节第二驱动模组(11)，其中小腿机构包括平行设置的小腿支撑芯式减震器(13)、踝关节第一驱动连杆(14)及踝关节第二驱动连杆(15)，其中小腿支撑芯式减震器(13)位于踝关节第一驱动连杆(14)和踝关节第二驱动连杆(15)的后侧，小腿支撑芯式减震器(13)的下端与所述踝关节机构连接，上端与所述膝关节机构连接；
踝关节第一驱动模组(10)和踝关节第二驱动模组(11)均设置于所述大腿机构的上，踝关节第一驱动模组(10)的输出端通过第一传动组件与踝关节第一驱动连杆(14)的上端连接，踝关节第二驱动模组(11)的输出端通过第二传动组件与踝关节第二驱动连杆(15)的上端连接，踝关节第一驱动连杆(14)和踝关节第二驱动连杆(15)的下端与所述踝关节机构转动连接。
7.根据权利要求6所述的具有被动柔顺小腿的双足机器人下肢结构，其特征在于，所述第一传动组件包括踝关节第一驱动同步带轮(20)、踝关节第一从动同步带轮(21)、踝关节第一驱动同步带(22)及踝关节第一曲柄(26)，其中踝关节第一曲柄(26)的一端与所述大腿机构转动连接，踝关节第一从动同步带轮(21)固定安装在踝关节第一曲柄(26)的一端，踝关节第一曲柄(26)的另一端与所述踝关节第一驱动连杆(14)的上端铰接，踝关节第一驱动同步带轮(20)设置于所述踝关节第一驱动模组(10)的输出端，踝关节第一驱动同步带轮(20)通过踝关节第一驱动同步带(22)与踝关节第一从动同步带轮(21)传动连接；
所述第二传动组件包括踝关节第二驱动同步带轮(23)、踝关节第二驱动同步带(24)、踝关节第二从动同步带轮(25)及踝关节第二曲柄(27)，其中踝关节第二曲柄(27)的一端与所述大腿机构转动连接，踝关节第二从动同步带轮(25)固定安装在踝关节第二曲柄(27)的一端，踝关节第二曲柄(27)的另一端与所述踝关节第二驱动连杆(15)的上端铰接；
踝关节第二驱动同步带轮(23)设置于所述踝关节第二驱动模组(11)的输出端，踝关节第二驱动同步带轮(23)通过踝关节第二驱动同步带(24)与踝关节第二从动同步带轮(25)传动连接。
8.根据权利要求7所述的具有被动柔顺小腿的双足机器人下肢结构，其特征在于，所述大腿机构的下端通过踝关节曲柄深沟球轴承(30)与所述踝关节第一曲柄(26)和所述踝关节第二曲柄(27)转动连接，所述踝关节第一曲柄(26)和所述踝关节第二曲柄(27)通过膝关节轴深沟球轴承(29)套设于膝关节轴(28)上，所述踝关节第一从动同步带轮(21)、踝关节第二从动同步带轮(25)与膝关节轴(28)同轴设置。
9.根据权利要求6所述的具有被动柔顺小腿的双足机器人下肢结构，其特征在于，所述踝关节机构包括踝关节机构小腿连接件(191)、轴承限位垫片(192)、弹簧垫片(193)、深沟球轴承(194)、踝关节机构中心十字轴(195)及踝关节机构底板(196)，其中踝关节机构中心十字轴(195)通过深沟球轴承(194)分别与踝关节机构小腿连接件(191)和踝关节机构底板(196)转动连接，深沟球轴承(194)通过套设于踝关节机构中心十字轴(195)的端部的轴承限位垫片(192)轴向限位，在深沟球轴承(194)与轴承限位垫片(192)之间加装弹簧垫片(193),踝关节机构小腿连接件(191)与所述小腿支撑芯式减震器(13)连接；踝关节机构底板(196)与所述脚掌(16)固定连接；
踝关节机构底板(196)上设有沿左右方向延伸的底板轴(31)，底板轴(31)位于踝关节机构中心十字轴(195)的前侧，所述踝关节第一驱动连杆(14)和所述踝关节第二驱动连杆(15)的下端分别与底板轴(31)的两端活动连接。
10.根据权利要求1所述的具有被动柔顺小腿的双足机器人下肢结构，其特征在于，所述盆骨(1)、大腿机构和小腿机构上均设有惯性测量单元，惯性测量单元用于监控机器人的运动状态，为调整机器人位姿提供反馈信息；所述踝关节机构与所述脚掌(16)之间设有六维力传感器(40)，六维力传感器(40)用于检测地面对机器人的作用力和力矩。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202310577122.6A CN116573077A (zh) | 2023-05-22 | 2023-05-22 | 一种具有被动柔顺小腿的双足机器人下肢结构 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310577122.6A CN116573077A (zh) | 2023-05-22 | 2023-05-22 | 一种具有被动柔顺小腿的双足机器人下肢结构 |
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| CN116573077A true CN116573077A (zh) | 2023-08-11 |
Family
ID=87541007
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Country Status (1)
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| CN (1) | CN116573077A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116803832A (zh) * | 2023-08-23 | 2023-09-26 | 深圳逐际动力科技有限公司 | 腿部结构，双足机器人，人形机器人，机器人 |
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2023
- 2023-05-22 CN CN202310577122.6A patent/CN116573077A/zh active Pending
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