CN210555244U

CN210555244U - 一种欠驱动液压双足机器人下肢机构

Info

Publication number: CN210555244U
Application number: CN201921737484.2U
Authority: CN
Inventors: 张建锐; 孙旖彤; 芦娅妮; 罗宏博; 连潇; 郭晋昌
Original assignee: Longdong University
Current assignee: Longdong University
Priority date: 2019-10-16
Filing date: 2019-10-16
Publication date: 2020-05-19
Anticipated expiration: 2029-10-16

Abstract

本实用新型公开了一种欠驱动液压双足机器人下肢机构，具体是一种多自由，运动灵活，高度仿生，液压驱动，动力足、速度快的机器人下肢，使用了欠驱动弹性关节，运动平稳性和连贯性较好，足底内外翻欠驱动弹性关节，复杂地面适应能力强。包括各设两组的大腿组件、小腿组件、以及足部组件，两组所述大腿组件之间通过髋关节组件连接，其中，髋关节组件包括两个支撑架、用于连接两支撑架的髋关节内外旋转液压缸、设置在支撑架上的髋关节内外旋转轴、安装在支撑架上用于调节髋关节组件收展的髋关节内收和外展液压缸、用于连接髋关节组件和大腿组件的髋关节十字轴、以及设置在髋关节组件与大腿组件之间的髋关节屈伸液压缸。

Description

一种欠驱动液压双足机器人下肢机构

技术领域

本实用新型涉及一种机器人领域，具体是一种欠驱动液压双足机器人下肢机构。

背景技术

在野外、山区、丘陵、战场等复杂环境中，双足机器人能够主动调节身体高度，适应复杂多变的地形和不同的地面状况，能够跨越障碍物和沟壑，比轮式、履带式、多足式机器人具有更强的环境适应性。双足机器人能够模仿人类的行走步态，能耗低，可以实现多工况、多任务的行走模式，极大提高了双足行走领域的整体运动性能。

欠驱动双足机器人是双足机器人研究领域的一个重要分支和研究热点，国内外的众多学者对欠驱动双足机器人的研宄取得了一定的成果，该研究涉及到机械结构设计，动力学建模，稳定性控制，步态规划等方面。但由于该机器人本身系统的复杂性，其欠驱动，非完整约束，时变等特性以及在控制方法和驱动形式上的多样性，决定了欠驱动机器人领域仍有很多问题亟待进一步深入研究。

双足机器人在野外复杂环境中运动虽然具有很大的优势，但在步行、跳跃、奔跑和执行任务等情况下，受外力干扰或不可预测的障碍物等都可能会使机器人失去平衡，甚至摔倒。摔倒可能损坏机器人本体结构或元器件、对周围环境和人造成安全隐患，不能顺利的完成预期目标任务。因此，双足机器人的动态平衡控制仍是研究的难点和热点。液压欠驱动双足机器人具有较强的柔顺性和环境适应能力，动力充足，可代替士兵作战，在战场中可作为后勤保障运输物资，也可在地震救援、火灾抢险、建筑工地、矿山开采等危险环境中代替人力开展工作。

现有技术中公开的具有负重能力的液压驱动双足机器人下肢机构、液压驱动的双足机器人下肢机构不同程度的存在自由度较少、结构不够紧凑的缺点。

实用新型内容

基于上述背景技术中所提到的现有技术中的不足之处，为此本实用新型提供了一种欠驱动液压双足机器人下肢机构。

本实用新型通过采用如下技术方案克服以上技术问题，具体为：

一种欠驱动液压双足机器人下肢机构，包括各设两组的大腿组件、小腿组件、以及足部组件，两组所述大腿组件之间通过髋关节组件连接，其中，髋关节组件包括两个支撑架、用于连接两支撑架的髋关节内外旋转液压缸、设置在支撑架上的髋关节内外旋转轴、安装在支撑架上用于调节髋关节组件收展的髋关节内收和外展液压缸、用于连接髋关节组件和大腿组件的髋关节十字轴、以及设置在髋关节组件与大腿组件之间的髋关节屈伸液压缸。

作为本实用新型进一步的方案：所述大腿组件包括大腿和用于连接大腿与小腿组件的膝关节液压缸；所述小腿组件包括与大腿相连接的小腿。

作为本实用新型再进一步的方案：所述小腿组件通过踝关节组件连接足部组件，踝关节组件包括安装在小腿上用于调节足部组件与小腿相对运动的踝关节液压缸机构、设置在小腿下部的踝关节十字铰链、以及安装在足部组件上用于连接踝关节十字铰链的支座。

作为本实用新型再进一步的方案：所述踝关节液压缸机构包括第一踝关节液压缸和第二踝关节液压缸。

作为本实用新型再进一步的方案：所述足部组件包括足底和足底板，其中，足底和足底板之间分布多个足部拉压力传感器并通过足底内外翻欠驱动弹性关节连接。

作为本实用新型再进一步的方案：所述足底板前部设置有足趾，并通过欠驱动弹性跖趾关节连接。

采用以上结构后，本实用新型相较于现有技术，具备以下优点：具有髋关节、膝关节、踝关节、足底内外翻、跖趾关节结构，运动灵活性有了较大提高，采用液压驱动，具有较强的负载能力和抗干扰能力，跖趾关节为欠驱动弹性关节，具有一个自由度，极大提高了步行运动的平稳性和连贯性，踝关节下增加了足底内外翻欠驱动弹性关节，使得步行能够适应较复杂的地面环境，足底分布多个拉压力传感器，有利于实现零力矩点控制。

附图说明

图1为欠驱动液压双足机器人下肢机构的行走立体结构示意图。

图2为欠驱动液压双足机器人下肢机构的直立立体结构示意图。

图中：1、支撑架；2、髋关节内外旋转液压缸；3、髋关节内外旋转轴；4、髋关节内收和外展液压缸；5、髋关节十字轴；6、髋关节屈伸液压缸；7、大腿；8、膝关节液压缸；9、小腿；10、第一踝关节液压缸；11、第二踝关节液压缸；12、踝关节十字铰链；13、支座；14、足趾；15、足底；16、足部拉压力传感器；17、足底板；18、欠驱动弹性跖趾关节；19、足底内外翻欠驱动弹性关节；20、膝关节轴；21、髋关节屈伸轴；22髋关节内收和外展轴。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施方式。但是，本实用新型可以以多种不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。

另外，本实用新型中的元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

实施例1

请参阅图1～2，本实用新型实施例中，一种欠驱动液压双足机器人下肢机构，包括各设两组的大腿组件、小腿组件、以及足部组件；

具体来说，两组所述大腿组件之间通过髋关节组件连接，其中，髋关节组件包括两个支撑架1、用于连接两支撑架1的髋关节内外旋转液压缸2、设置在支撑架1上的髋关节内外旋转轴3、安装在支撑架1上用于调节髋关节组件收展的髋关节内收和外展液压缸4、用于连接髋关节组件和大腿组件的髋关节十字轴5、以及设置在髋关节组件与大腿组件之间的髋关节屈伸液压缸6；

详细的来说，髋关节内外旋转液压缸2两端通过转动副分别与支撑架1和髋关节内外旋转轴3连接，驱动大腿组件做内外旋转运动；髋关节内收和外展液压缸4两端通过转动副分别与髋关节内外旋转轴3和髋关节十字轴5连接，驱动大腿组件做内收和外展运动；髋关节屈伸液压缸6两端通过转动副分别与髋关节十字轴5和大腿组件连接，驱动大腿组件做屈伸运动。

进一步地，所述大腿组件包括大腿7和用于连接大腿7与小腿组件的膝关节液压缸8；此外，所述小腿组件包括与大腿7相连接的小腿9，其中，小腿9与大腿7之间通过膝关节轴20连接，膝关节液压缸8两端通过转动副分别与大腿7和小腿9连接，其伸缩运动，可使小腿9绕膝关节轴20做屈伸运动。

所述小腿组件通过踝关节组件连接足部组件，踝关节组件包括安装在小腿9上用于调节足部组件与小腿9相对运动的踝关节液压缸机构、设置在小腿9下部的踝关节十字铰链12、以及安装在足部组件上用于连接踝关节十字铰链12的支座13，其中，踝关节液压缸机构包括第一踝关节液压缸10和第二踝关节液压缸11；

具体地，所述第一踝关节液压缸10和第二踝关节液压缸11两端通过十字铰链分别与小腿9和足部组件连接，同时运动或差动，可驱动足部组件绕踝关节十字铰链12做内外翻、背屈和跖屈运动。

实施例2

为了进一步对上述实施例进行解释说明，本申请提供又一实施例，一种欠驱动液压双足机器人下肢机构，所述足部组件包括足底15和足底板17，其中，足底15和足底板17之间分布多个足部拉压力传感器16并通过足底内外翻欠驱动弹性关节19连接，能够适应较复杂的地面环境，便于实现ZMP（零力矩点）控制；

再进一步地，所述足底板17前部设置有足趾14，并通过欠驱动弹性跖趾关节18连接，使人体步行更加平稳和连贯。

所述大腿7上部通过髋关节屈伸轴21与髋关节十字轴5下部连接，髋关节十字轴5上部通过髋关节内收和外展轴22与支撑架1连接，从而使得大腿1与支撑架1之间前后左右四向具有自由度，便于调整姿态。

根据上述实施例的具体描述，可知其原理为：以一个步行周期为例，从双腿直立开始，髋关节屈伸液压缸6和膝关节液压缸8收缩，第一踝关节液压缸10、第二踝关节液压缸11同时伸出，使双腿前曲，支撑架1下移，身体下蹲从而带动右腿髋关节内收和外展液压缸4伸出，左腿髋关节内收和外展液压缸4收缩，使重心向右移动（双脚支撑期）从而带动左腿髋关节屈伸液压缸6收缩，右腿髋关节屈伸液压缸6伸出，使左腿向前迈半步（单脚支撑期）从而带动右腿髋关节内收和外展液压缸4收缩，左腿髋关节内收和外展液压缸4伸出，使重心向左移动（双脚支撑期）从而带动左腿髋关节屈伸液压缸6伸出，右腿髋关节屈伸液压6收缩，使右腿迈一步（单脚支撑期）从而带动右腿髋关节内收和外展液压缸4伸出，左腿髋关节内收和外展液压缸4收缩，使重心向右移动（双脚支撑期）从而带动左腿髋关节屈伸液压缸6收缩，右腿髋关节屈伸液压缸6伸出，使左腿向前迈半步（单脚支撑期）从而带动髋关节屈伸液压缸6和膝关节液压缸8伸出，第一踝关节液压缸10、第二踝关节液压缸11同时收缩，使双腿并齐直立，身体支撑架1上移，步行结束。

如需左右转弯，则髋关节内外旋转液压缸2做伸缩运动即可。

以上仅就本实用新型的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本实用新型不仅限于以上实施例，其具体结构允许有变化。但凡在本实用新型独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本实用新型的保护范围内。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

Claims

1.一种欠驱动液压双足机器人下肢机构，包括各设两组的大腿组件、小腿组件、以及足部组件，其特征在于，两组所述大腿组件之间通过髋关节组件连接，其中，髋关节组件包括两个支撑架（1）、用于连接两支撑架（1）的髋关节内外旋转液压缸（2）、设置在支撑架（1）上的髋关节内外旋转轴（3）、安装在支撑架（1）上用于调节髋关节组件收展的髋关节内收和外展液压缸（4）、用于连接髋关节组件和大腿组件的髋关节十字轴（5）、以及设置在髋关节组件与大腿组件之间的髋关节屈伸液压缸（6）。

2.根据权利要求1所述的一种欠驱动液压双足机器人下肢机构，其特征在于，所述大腿组件包括大腿（7）和用于连接大腿（7）与小腿组件的膝关节液压缸（8）；所述小腿组件包括与大腿（7）相连接的小腿（9）。

3.根据权利要求2所述的一种欠驱动液压双足机器人下肢机构，其特征在于，所述小腿组件通过踝关节组件连接足部组件，踝关节组件包括安装在小腿（9）上用于调节足部组件与小腿（9）相对运动的踝关节液压缸机构、设置在小腿（9）下部的踝关节十字铰链（12）、以及安装在足部组件上用于连接踝关节十字铰链（12）的支座（13）。

4.根据权利要求3所述的一种欠驱动液压双足机器人下肢机构，其特征在于，所述踝关节液压缸机构包括第一踝关节液压缸（10）和第二踝关节液压缸（11）。

5.根据权利要求1所述的一种欠驱动液压双足机器人下肢机构，其特征在于，所述足部组件包括足底（15）和足底板（17），其中，足底（15）和足底板（17）之间分布多个足部拉压力传感器（16）并通过足底内外翻欠驱动弹性关节（19）连接。

6.根据权利要求5所述的一种欠驱动液压双足机器人下肢机构，其特征在于，所述足底板（17）前部设置有足趾（14），并通过欠驱动弹性跖趾关节（18）连接。