[發明專利]一種一體化的仿人機器人踝關節驅動機構

有效

• 申請號: 201711173288.2
• 申請日: 2017-11-22
• 公開（公告）號: CN107756441B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 孫先濤;霍希建;張穎;李晗;李楠
• 申請（專利權）人: 航天科工智能機器人有限責任公司
• 主分類號: B25J17/02
• 分類號: B25J17/02;B25J9/00;F15B13/02
• 代理公司: 北京鼎承知識產權代理有限公司 11551
• 代理人: 李偉波;韓德凱

本公開提供一種一體化的仿人機器人踝關節驅動機構，包括踝關節控制單元、小腿組件、踝關節俯仰/側翻機構及檢測單元和足部，所述踝關節控制單元通過所述小腿組件與所述踝關節俯仰/側翻及檢測單元連接，所述足部同時連接所述小腿組件和所述踝關節俯仰/側翻及檢測單元；所述踝關節控制單元包括第一液壓伺服閥、第二液壓伺服閥、第一端蓋和壓力傳感器，所述第一液壓伺服閥和所述第二液壓伺服閥安裝在所述第一端蓋的上端，所述壓力傳感器安裝在所述第一端蓋的下端，所述第一端蓋與所述小腿組件連接。

技術領域

本公開涉及智能機器人技術領域，尤其涉及一體化的仿人機器人踝關節驅動機構。

背景技術

仿人機器人是指可模仿人類的形態和行為的機器人，一般具有仿人的四肢和頭部，集機、電、材料、計算機、傳感器、控制技術等多門學科技術于一體。隨著機器人技術的飛速發展，對仿人機器人的各個組成部分提出了更高的要求。

從仿人機器人的踝關節的任務功能來看，它的主要作用是連接小腿和足部，當機器人行走或跑動時，踝關節將配合其它關節時刻調整足部的姿態，為整個機器人完成操作任務提供支持，仿人機器人的踝關節應該具備人類踝關節最基本的運動形式和功能。

為了保障仿人機器人的整體性能，仿人機器人的踝關節設計應當考慮如下幾個因素：踝關節應選取合適的驅動方式，為機器人行走或跑動提供足夠的驅動力；踝關節處的結構需緊湊，總體尺寸與人類實際尺寸接近，并且所需的驅動系統、傳動系統和傳感器系統都要與結構本體集成為一體，并且不能影響踝關節運動的實現；踝關節或者足部應設有緩沖裝置，緩沖足部所受到的來自地面的沖擊力，以防巨大的沖擊力造成機加工件或者元器件的損壞。

目前現有技術方案存在著明顯的缺陷：一、踝關節采用伺服電機驅動，功率密度、負載能力等各方面無法滿足仿人機器人在野外復雜環境下行走對踝關節的性能要求；二、踝關節采用液壓伺服驅動時，液壓缸均為獨立式，結構體積龐大，集成度低。

發明內容

為克服現有技術的上述不足，本公開提出一體化的仿人機器人踝關節驅動機構，包括踝關節控制單元、小腿組件、踝關節俯仰/側翻機構及檢測單元和足部，所述踝關節控制單元通過所述小腿組件與所述踝關節俯仰/側翻及檢測單元連接，所述足部同時連接所述小腿組件和所述踝關節俯仰/側翻及檢測單元，其特征在于，

所述踝關節控制單元包括第一液壓伺服閥、第二液壓伺服閥、第一端蓋和壓力傳感器，所述第一液壓伺服閥和所述第二液壓伺服閥安裝在所述第一端蓋的上端，所述壓力傳感器安裝在所述第一端蓋的下端，所述第一端蓋與所述小腿組件連接。

進一步地，所述踝關節控制單元還包括第一圓柱頭螺釘、第二圓柱頭螺釘、第一端蓋、第一O型密封圈、第三圓柱頭螺釘、第二O型密封圈、第三O型密封圈和第一擋圈，所述第一液壓伺服閥通過所述第一圓柱頭螺釘安裝在所述第一端蓋上，所述第二液壓伺服閥通過所述第二圓柱頭螺釘安裝在所述第一端蓋上，所述第一O型密封圈用于密封所述第一液壓伺服閥和所述第二液壓伺服閥與所述第一端蓋的連接處，所述壓力傳感器通過所述第二O型密封圈安裝在所述第一端蓋上，所述第一端蓋通過所述第三圓柱頭螺釘與所述小腿組件連接，所述第一端蓋通過所述第三O型密封圈和所述第一擋圈密封所述第一端蓋與所述小腿組件的連接處。

其中，所述踝關節控制單元通過所述小腿組件與所述踝關節俯仰/側翻機構及檢測單元連接；所述第一液壓伺服閥和所述第二液壓伺服閥用于控制踝關節處的兩個液壓缸中的油液的壓力和方向；所述壓力傳感器用于測量不同油路中的油液壓力。

進一步地，所述踝關節俯仰/側翻機構及檢測單元包括第一支撐環、活塞、第二支撐環、活塞桿、銷軸、LVDT傳感器和關節軸承，所述第一支撐環與所述活塞相連，所述活塞與所述第二支撐環相連，所述第二支撐環與所述活塞桿相連，所述活塞桿通過所述銷軸與所述足部相連，所述LVDT傳感器通過所述關節軸承與所述活塞桿連接。