[發明專利]一種四足仿生機器人腿機構

無效

• 申請號: 201310099056.2
• 申請日: 2013-03-26
• 公開（公告）號: CN103144693A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 雷靜桃;王峰;俞煌穎
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

技術領域

本發明涉及一種四足仿生機器人腿機構，結構設計突出體現相同的關節模塊和標準接口等特點，總體結構輕盈緊湊、運動靈活、緩沖蓄能，能減少四足機器人高速步行的能耗，提高機器人的機動性。

背景技術

???????隨著機器人技術的迅猛發展，對能在復雜環境下執行任務的的特種機器人的需求日益增加。由于四足動物經過漫長的進化，對地形的適應能力較強，在復雜地形環境下能行走自如、高速奔跑、跳躍，其結構和運動方式為四足仿生機器人的研究提供了很好的借鑒。研發在復雜的非結構、危險環境下能實現穩定快速地行走，并代替人類完成危險作業的四足仿生機器人，成為各國機器人學界研究的熱點。

????????國內外研發了不同構型的四足機器人，但距離真正實用尚有許多關鍵技術待解決。研究大多集中機器人結構設計、步態規劃、運動學和動力學分析、控制算法研究等方面，已有系統的研究并取得系列成果。由于四足機器人的四條腿機構完全相同，將模塊化思想運用到四足仿生機器人，設計模塊化腿機構和獨立關節模塊，關節和連桿間采用統一的機械和電氣接口，不僅可根據需要自由組合關節模塊和連桿模塊，快速重構不同構型的機器人，而且提高四足仿生機器人整體結構的緊湊性、靈活性。與采用液壓或氣壓驅動的四足機器人相比，輕載、小型的四足仿生機器人采用電機驅動能降低控制系統的復雜性和機器人的總重量，從而提高機器人的步行速度和行走步態的靈活性。

發明內容

本發明的目的在于針對已有技術存在的不足，提供一種四足仿生機器人模塊化腿機構，結構簡單緊湊，模塊化機動性好。

為達到上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種四足仿生機器人模塊化腿機構，由肩關節模塊、股骨、膝關節模塊、脛骨、膝關節彈性緩沖及蓄能彈簧和踝關節及腳掌組成，其特征在于：

所述肩關節模塊和膝關節模塊結構尺寸均相同，構成模塊化關節的零件結構尺寸、數量和固定方式均相同；所述肩關節模塊連接仿生機器人機體和股骨；所述膝關節模塊連接股骨和脛骨；所述膝關節彈性緩沖和蓄能彈簧連接股骨和脛骨；所述腳掌和脛骨通過踝關節球鉸連接。

所述的股骨為一復合形狀鋼板，外形根據犬類動物股骨形狀設計，具有更好的仿生效果；其上加工若干孔以減輕腿部重量，減少步行過程中的能量消耗；股骨通過螺釘與肩關節模塊的連接件緊固，實現與連接件的同步轉動；股骨下固定環通過螺栓與膝關節模塊的電機座緊固；靠近下固定環的吊耳連接膝關節彈性緩沖及蓄能彈簧的一端。

所述的脛骨為一復合形狀鋼板，根據犬類動物脛骨形狀設計，其整體尺寸均小于股骨，脛骨上固定面通過螺釘與膝關節模塊的轉動連接件緊固；脛骨下固定部分由兩個環形凸臺構成，通過踝關節球鉸與腳掌連接，兩環形凸臺分別緊貼于腳掌內壁，實現脛骨的軸向定位；靠近上固定面的吊耳連接膝關節彈性緩沖和蓄能彈簧的另一端。

所述的膝關節模塊包括編碼器、驅動電機、行星齒輪減速箱、開槽圓柱螺釘、鍵、轉動連接件、彈性擋圈、深溝球軸承、六角螺栓、軸承端蓋、開槽圓柱螺釘、關節基座、六角螺栓、電機座、六角螺栓；行星齒輪減速箱通過開槽圓柱螺釘固定在電機座上，電機座通過螺栓與股骨固定，實現膝關節模塊與股骨的連接；另外，電機座與關節基座固定，關節基座通過開槽圓柱螺釘與軸承端蓋固定；行星齒輪減速箱通過鍵將運動傳遞到轉動連接件，轉動連接件通過六角螺栓固定在脛骨上，脛骨實現與轉動連接件的同步轉動。

本發明與現有技術相比較，具有如下特點：

一、本發明采用模塊化關節，系統結構簡單，能提高運動精度和靈活性。

二、本發明在膝關節部位增加彈簧作為彈性緩沖和蓄能結構，既能降低運動時對關節的沖擊，又可減少能量消耗。

三、本發明腿部的外形結構根據四足動物肢體骨骼設計，具有更好的仿生效果，減輕腿部機構重量，減少步行過程中能量消耗。

附圖說明

圖1是本發明一種四足仿生機器人的示意圖；

圖2是本發明四足仿生機器人腿機構的示意圖；

圖3是本發明腿機構股骨的示意圖；

圖4是本發明腿機構脛骨的示意圖；

圖5是本發明腿機構膝關節的剖視圖。

具體實施方式

下面結合附圖和優選實施例對本發明作進一步詳細說明：

實施例1

如附圖1所示，本發明的四足仿生機器人腿機構由肩關節模塊（Ⅰ）、股骨（Ⅱ）、膝關節模塊（Ⅲ）、脛骨（Ⅳ）、膝關節彈性緩沖和蓄能彈簧（Ⅴ）及腳掌（Ⅵ）組成。