[發明專利]一種適用于雙足機器人的多自由度軀干機構

有效

• 申請號: 201811258888.3
• 申請日: 2018-10-26
• 公開（公告）號: CN109466652B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 高亮;胡成顥;王美思;宋志濤;盧盛雨;鐘浩然;董昊臻;李培根
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 孔娜;曹葆青

本發明屬于機器人本體結構相關技術領域，其公開了一種適用于雙足機器人的多自由度軀干機構，該軀干機構包括上半部、骨盆和髖關節組件以及兩個髖關節pitch方向驅動組件，該骨盆和髖關節組件連接于該上半部；兩個該髖關節pitch方向驅動組件連接于該骨盆和髖關節組件；該上半部及該髖關節pitch方向驅動組件是由油缸驅動的，該骨盆和髖關節組件是由電機驅動的；該上半部通過三個油缸實現機器人的前俯后仰、左右翻滾及在豎直方向的移動；該骨盆和髖關節組件與該髖關節pitch方向驅動組件相配合實現該機器人的骨盆及髖關節在yaw方向、roll方向、pitch方向的運動。本發明提高了空間利用率，結構簡單，運動性能較好。

技術領域

本發明屬于機器人本體結構相關技術領域，更具體地，涉及一種適用于雙足機器人的多自由度軀干機構。

背景技術

雙足機器人作為一個高度綜合的復雜系統，涉及到機構學、仿生學、人工智能和幾何方法等眾多學科。近年來，國內外的研究學者和科研機構對雙足機器人進行了大量研究。但在目前雙足機器人軀干結構的設計中，大多數只對髖關節處的三個自由度進行了設計，這樣給機器人在穩定行走的過程中的控制增加了難度，減小了機器人的活動空間，并且目前雙足機器人要么為純液壓式驅動機器人，要么為純電機式驅動機器人，這樣沒有充分利用這兩種驅動方式在各個關節的驅動優勢。

人在行走的過程中，髖關節處三個自由度很重要，但軀干其他部位的自由度也有著不可替代的作用，骨盆和腰部關節是一個承上啟下的關鍵部位，具有調節身體重心的波動和承載上肢軀干與手臂的作用，能夠保證系統負重運動的穩定性和上肢任意抓取的靈活性。比如，有研究機構采用髖關節來實現雙足機器人的俯仰、翻滾運動，但是這種機構的結構復雜，質量過大，不利于提高機器人的運動性能。而且，在行走運動過程中，重心在上下、左右兩個方向都會產生不同程度的波動，髖關節的單滾自由度可以對水平方向的波動進行反向調節，而豎直方向的波動需要脊柱的伸縮運動來調節。相應地，本領域存在著發展一種運動性能較好的適用于雙足機器人的多自由度軀干機構的技術需求。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種適用于雙足機器人的多自由度軀干機構，其基于現有雙足機器人的工作特點，研究及設計了一種運動性能較好的適用于雙足機器人的多自由度軀干機構。所述多自由度軀干機構通過改進的結構來實現軀干機構的俯仰、翻滾、扭轉及豎直移動四種運動、以及骨盆和髖關節的各個方向的運動，如此改善了雙足機器人的運動性能，提高了工作效率，能夠更好地實現人機合作和多級協同作業。此外，所述多自由度軀干機構在在機器人行走過程中，能夠滿足復雜的步態曲線，且能夠滿足機器人在非結構化環境中心行走的性能需求。

為實現上述目的，本發明提供了一種適用于雙足機器人的多自由度軀干機構，所述軀干機構包括上半部、骨盆和髖關節組件以及兩個髖關節pitch方向驅動組件，所述骨盆和髖關節組件連接于所述上半部；兩個所述髖關節pitch方向驅動組件連接于所述骨盆和髖關節組件；

所述上半部及所述髖關節pitch方向驅動組件是由油缸驅動的，所述骨盆和髖關節組件是由電機驅動的；所述上半部通過三個油缸來實現雙足機器人的前俯后仰、左右翻滾及在豎直方向的移動；所述骨盆和髖關節組件與所述髖關節pitch方向驅動組件相配合來實現所述雙足機器人的骨盆及髖關節在yaw方向、roll方向、pitch方向的運動。

進一步地，所述上半部包括胸腔外殼、第一伺服油缸、三個十字軸、第一連接板及兩個第二伺服油缸，所述胸腔外殼形成有通槽，所述通槽用于收容所述第一連接板；三個所述十字軸中的一個設置在所述第一連接板的一端上，另外兩個所述十字軸設置在所述第一連接板的另一端上；位于所述第一連接板的同一端的兩個所述十字軸間隔設置，且兩者分別連接于兩個所述第二伺服油缸，所述第一伺服油缸連接于另外一個所述十字軸。

進一步地，兩個所述第二伺服油缸的液壓桿分別轉動地連接于所述胸腔外殼；所第一伺服油缸連接于所述胸腔外殼；所述第一伺服油缸及所述第二伺服油缸分別位于所述胸腔外殼的前部及后部。