[發明專利]一種用于半被動雙足機器人的柔性驅動髖關節

在審

• 申請號: 201710265957.2
• 申請日: 2017-04-21
• 公開（公告）號: CN106863350A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 錢志輝;周亮;任雷;武冀杰;楊茗茗;黎亦磊;任露泉
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B25J17/02
• 分類號: B25J17/02
• 代理公司: 長春市四環專利事務所(普通合伙)22103
• 代理人: 張建成

本發明公開了一種用于半被動雙足機器人的柔性驅動髖關節，包括角平分線機構、髖關節柔性驅動機構，髖部支架通過定位銷固定在軸的中部，構成髖關節的機架主體部分。角平分線機構包含第一連接件、第一連桿、第二連桿和套筒，角平分線機構為連桿機構，結構簡單，工作可靠。髖關節柔性驅動機構左右對稱分布，由右側舵機和左側舵機提供動力，工作時，右側舵機與左側舵機的轉動總保持大小相等、方向相反的狀態，結合角平分線機構的使用，可以很好地模擬雙足行走的步態，由于右側舵機與左側舵機的驅動是由拉簧進行傳遞的，故不存在剛性驅動所帶來的慣性沖擊等問題，帶給系統穩定性的同時，還可以更好地體現髖關節的自然力學特性。

技術領域

本發明屬于機器人技術領域，具體涉及一種用于半被動雙足機器人的柔性驅動髖關節。

背景技術

由于雙足步行機器人行走方式更加接近人類，能夠快速適應人類生存環境(如生活中的樓梯等)，從而更好地服務人類。因此，有關雙足步行機器人的研究工作在世界范圍內得到廣泛開展。

近年來，隨著被動行走原理的提出，越來越多的學者開始著手開發基于該原理的半被動雙足機器人，此類機器人具有節能、行走自然、結構簡單等特性。世界范圍內，美國康奈爾大學(Cornell University)、麻省理工學院(Massachusetts Institute ofTechnology)、荷蘭戴爾福特理工大學(Delft University of Technology)等研究機構紛紛開發出系列半被動雙足機器人，它們都可以實現較為理想的行走。

但分析發現，現有的半被動雙足機器人所使用的角平分線機構(減少整機的自由度，以降低控制的難度，同時保證軀干時刻保持在下肢的角平分線上)普遍存在結構過于復雜，工作可靠性較差的問題，而且現有的欠驅動雙足機器人較多采用剛性驅動(如在關節處利用電機直接驅動)，這使得機器人在運動中難以保證傳動及運動的柔順性，無法有效應對較大剛性沖擊，進而嚴重影響行走的穩定性，同時，剛性驅動還會抑制關節的自然力學特性，從而影響到機器人的行走自然性。由于剛性驅動的種種缺陷，近年來，該領域的研究人員不斷嘗試利用人工肌肉(如氣動人工肌肉)的柔性驅動方式對欠驅動雙足機器人進行驅動，但這種柔性驅動的方式不但體積大、重量高，且驅動效率低，而利用高效率的電機結合彈簧的柔性驅動方可能是一種較好的柔性驅動方式。

綜觀上述半被動雙足機器人的研究現狀，急需一種集成結構簡單、可靠性佳的角平分線機構與高效、輕巧柔性驅動于一體的用于半被動雙足機器人的柔性驅動髖關節。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有半被動雙足步行機普遍存在的角平分線機構復雜、髖關節驅動不完善的問題，而提供一種用于半被動雙足機器人的柔性驅動髖關節，該柔性驅動髖關節具有角平分線機構簡潔、柔性驅動機構緊湊，可使行走更加自然的特點。

本發明包括角平分線機構和髖關節柔性驅動機構；

所述的角平分線機構包含第一連接件、第一連桿、第二連桿、套筒、第三連桿、第二連接件等。其中，髖部支架通過定位銷固定在軸的中部，第四銷軸以螺紋連接的方式固定在髖部支架上部，第二連桿中部與第四銷軸鉸接，構成轉動副。一對連桿連接件鉸接在第一連桿的兩端構成轉動副。第一銷軸與第一連接件固連，對稱布置的第一連桿與第一連接件鉸接。套筒的上端與第一連桿以螺紋連接的方式固連，套筒的下端與第三連桿的上端構成轉動副，第三連桿通過第二銷軸與第二連接件鉸接，對稱分布的第三銷軸以螺紋連接的方式固定在腿部連接件上，第三銷軸與第二連接件構成轉動副；角平分線機構可以實現兩側腿部連接件運動的耦合，在不增加多余自由度的情況下，使髖部支架時刻保持在兩側腿部連接件運動的角平分線上。