[發明專利]一種具有柔性關節的四足機器人

有效

• 申請號: 201410652140.7
• 申請日: 2014-11-17
• 公開（公告）號: CN104386157A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 張小俊;張建華;孫凌宇;張明路
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 李濟群

1.一種具有柔性關節的四足機器人，其特征在于該機器人包括機架和四條機械腿；機械腿通過外擺關節連接到機架兩側，所述四條機械腿采用內膝肘式的對稱結構；每條機械腿由外擺關節、髖關節架、髖關節、大腿、膝關節、小腿和足依次組成，所述髖關節和膝關節均包括相同結構的具有主動柔性的柔性關節主體，膝關節和髖關節分別由髖關節電機和膝關節電機驅動，髖關節架為L型；

所述機架側面具有用于安裝機械腿的外擺關節的U型凹槽，外擺關節包括外擺軸、外擺套筒，外擺電機，外擺電機固定板，外擺聯軸器，外擺軸承，所述外擺套筒一端開口，另一段固定安裝在機架U型凹槽內側面，所述外擺關節套筒軸線與四足機器人前進方向平行，外擺電機由固定板固定在外擺套筒內，外擺電機驅動軸伸向外擺套筒開口端，采用外擺聯軸器連接外擺電機的驅動軸與外擺軸的一端，U型槽的另一側面安裝有軸承座，在外擺套筒開口處和軸承座中均安裝有外擺軸承用于安裝外擺軸，外擺軸通過聯軸器，將外擺電機扭矩傳遞給髖關節，帶動機械腿外擺；

所述柔性關節主體由輸出盤和錐齒輪換向器、彈簧安裝架、彈簧組成，所述錐齒輪換向器具有單輸入軸與二個輸出軸，輸入軸從錐齒輪換向器側壁伸出，二輸出軸同軸，其中一個輸出軸上具有鍵槽用于安裝彈簧安裝架，所述彈簧安裝架為四枝相同的十字型板狀架，所述彈簧安裝架中心處有帶鍵槽的圓形安裝孔，彈簧安裝架通過平鍵安裝在輸出軸上；所述彈簧安裝架的每枝的末端或接近末端具有向兩側伸出的垂直短齒，所述輸出盤為環狀圓盤，輸出盤內壁均勻分布有四個向盤心平伸出的內凸板，內凸板頂端向兩側伸出彈簧固定齒，當彈簧安裝架的四枝分別位于相鄰兩內凸板的中間位置時，短齒正好與彈簧固定齒相對，且此時位于同一枝上的短齒之間的連線及其與相鄰彈簧固定齒的連線及其延長線能夠組成正方形；八條彈簧分別安裝于彈簧固定齒和短齒之間，當輸出軸轉動時帶動彈簧安裝架旋轉，對位于同一枝上兩側的彈簧分別進行壓縮和拉伸，并通過彈簧的回復力帶動輸出盤轉動，實現轉矩的柔性輸出。

2.如權利要求1所述四足機器人，其特征是所述髖關節架，包括連接立柱、髖關節套筒；連接立柱與外擺軸垂直相交固定連接，髖關節套筒與連接立柱垂直，且髖關節套筒軸線與四足機器人前進方向平行，所述髖關節套筒開口端的側板向前延伸，形成用于夾持固定所述柔性關節主體的錐齒輪換向器的髖關節支架；

所述髖關節包括柔性關節體與髖關節主連接板、髖關節副連接板、髖關節電機架、聯軸器及髖關節電機，所述髖關節主連接板為L型板，髖關節主連接板的側板固定安裝在輸出盤外側，髖關節主連接板的底板沿髖關節軸向延伸至髖關節對側，所述髖關節副連接板通過安裝在其內壁上的髖關節支撐軸承套筒及髖關節支撐軸承與柔性關節體中錐齒輪換向器的的另一輸出軸連接，髖關節副連接板與髖關節主連接板的底板固定連接，髖關節電機架安裝在髖關節套筒內部，髖關節電機通過髖關節電機架固定在髖關節套筒內部，髖關節電機的輸出軸伸向髖關節套筒開口端，并通過聯軸器與柔性關節主體的錐齒輪換向器的輸入軸串聯連接；

所述大腿為柱狀長方體框架，包括大腿連接板；

采用大腿連接板將大腿與髖關節主連接板的底板外側固定連接，所述膝關節電機固定在大腿內部，并通過聯軸器與膝關節相連；

所述膝關節包括柔性關節體與膝關節主連接板、膝關節副連接板、膝關節電機及其聯軸器，所述膝關節主連接板為L型板，膝關節副連接板與膝關節主連接板的底板固定連接，所述柔性關節體安裝在膝關節副連接板與膝關節主連接板的側板之間，膝關節電機固定在大腿內部，并通過聯軸器與柔性關節主體的錐齒輪換向器的輸入軸串聯連接；

所述小腿包括小腿連接板、小腿頂端蓋、小腿套筒、小腿支柱、小腿內套筒、小腿末端蓋、小腿彈簧、足，小腿通過小腿連接板與膝關節相連；小腿連接板末端與小腿頂端蓋相連，小腿頂端蓋安裝在小腿套筒頂端，小腿套筒內依次安裝小腿內套筒和小腿支柱，小腿內套筒固定安裝在位于小腿套筒內的中部，小腿支柱中部具有凸起，小腿支柱安裝在小腿套筒內，小腿支柱頂端可從小腿內套筒中間的孔伸出，小腿支柱末端，小腿支柱末端伸出小腿套筒末端，通過小腿末端蓋和小腿內套筒將小腿支柱的軸向運動范圍限制在小腿內套筒安裝位置和小腿套筒末端之間，小腿彈簧套裝在小腿支柱外且位于小腿內套筒和小腿支柱的凸起之間，小腿彈簧在足不接觸地面時可以將小腿支柱頂至從小腿套筒中伸出量最大的狀態；當足底部接觸地面受力后小腿支柱上移同時壓縮小腿彈簧起到儲存能量及緩沖作用，當足抬起時小腿彈簧回彈并釋放能量；

所述足包括腳掌、腳掌連接板；腳掌通過螺栓和腳掌連接板固定在小腿支柱伸出小腿套筒部分的末端；腳掌采用彈性材料制成。

3.如權利要求1或2所述的四足機器人，其特征是所述柔性關節主體的錐齒輪換向器的速比為1∶1。