[發明專利]可屈膝運動的半被動行走機器人及控制方法

有效

• 申請號: 201811548977.1
• 申請日: 2018-12-18
• 公開（公告）號: CN109625116B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 熊詩琪;孫永波;吳向成;李鵬;羅會容;齊卉
• 申請（專利權）人: 江漢大學
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032
• 代理公司: 北京三高永信知識產權代理有限責任公司 11138
• 代理人: 呂耀萍

本發明公開了一種可屈膝運動的半被動行走機器人及控制方法，包括：外腿連桿、內腿連桿、限位桿、兩根外腿、兩根內腿、驅動裝置和傳動裝置，內腿包括內腿上部和內腿下部，內腿上部的一端與內腿連桿連接，內腿上部的另一端和內腿下部的一端鉸接，內腿上部的另一端設置有電磁裝置，內腿下部的一端設置有與電磁裝置配合的磁鐵，電磁裝置和磁鐵被配置為控制內腿下部相對于內腿上部的一端轉動。本發明能夠以屈膝運動姿態實現行走。

技術領域

本發明涉及機器人技術領域，具體涉及一種可屈膝運動的半被動行走機器人及控制方法。

背景技術

被動動態行走的方法最早由McGeer提出，引發了各種關于人類行走的見解，并已產生了一些自然和有效的步行機。Mochon和Mcmahon對人類步行過程中的擺動階段進行建模分析，在模型中假設下肢沒有力矩作用，依據該模型計算得出的力與關節角度值和人類正常步行時吻合較好，只有豎直方向上地面反力不能很好地吻合。Basmajian等對人類步行時肌電信號的研究結果也證明了擺動階段肌肉力矩較小，以足觸地開始到下一次該足觸地結束，在0～40％時間段內為單腿支撐期，40～60％時間段為雙腿支撐期，60～100％時間段為擺動階段，擺動階段的肌電信號很弱，這為被動步行理論提供了仿生學依據。被動行走可以被視為一種結構簡單，狀態復雜的非線性系統，其中包括擺動腿的連續運動和支撐腿切換兩種行為，分析該混雜系統的動力學行為可以得到穩定的行走步態。

與傳統的主動行走方式相比，被動行走通過結構創新設計及有效的主控裝置，且無需對髖關節進行實時驅動控制，實現了超低能耗。隨著技術的日益更新，機器人替代人類在復雜環境中作業成為了趨勢。通過研發被動行走機器人能夠有效實現讓機器人代替人類在某些環境下作業的目的。然而由于現有的被動行走機器人無法屈膝，因而無法復雜環境中無法進行工作，如何在最簡及Compass等被動行走模型上添加膝關節則成為被動行走領域中的一個重點。

發明內容

本發明目的是針對現有技術的不足，提供一種可屈膝運動的半被動行走機器人及控制方法，能夠實現屈膝狀態，可以適應復雜環境的要求，具有較為廣泛的應用前景。所述技術方案如下：

一方面，本發明實施例提供了一種可屈膝運動的半被動行走機器人，包括：外腿連桿、內腿連桿、限位桿、兩根外腿、兩根內腿、驅動裝置和傳動裝置，所述外腿連桿與所述內腿連桿平行間隔布置，兩根所述外腿的一端分別固定連接在所述外腿連桿的兩端，兩根所述內腿的一端分別固定連接在所述內腿連桿的兩端，

所述限位桿的一端可轉動地套裝在所述外腿連桿上，所述限位桿的另一端可轉動地套裝在所述內腿連桿上，

所述內腿包括內腿上部和內腿下部，所述內腿上部的一端與所述內腿連桿連接，所述內腿上部的另一端和所述內腿下部的一端鉸接，所述內腿上部的另一端設置有電磁裝置，所述內腿下部的一端設置有與電磁裝置配合的磁鐵，所述電磁裝置和所述磁鐵被配置為控制所述內腿下部相對于所述內腿上部的一端轉動；

所述傳動裝置包括主動齒輪、從動齒輪和齒套，所述主動齒輪和所述齒套均可轉動地同軸套裝在所述外腿連桿上，所述齒套和所述主動齒輪連接在一起，且所述齒套的外圈半徑小于所述外腿連桿和所述內腿連桿之間的距離，所述從動齒輪同軸套裝在所述內腿連桿上，所述從動齒輪和所述主動齒輪嚙合；

所述驅動裝置固定在所述外腿連桿上，所述驅動裝置被配置為控制所述齒套轉動。

在本發明的一種實現方式中，所述驅動裝置包括電機和驅動齒輪，所述電機固定安裝在所述外腿連桿上，所述驅動齒輪同軸固定在所述電機的輸出軸上，所述驅動齒輪與所述齒套嚙合。

在本發明的一種實現方式中，所述外腿連桿上套裝有兩個限位卡簧，所述主動齒輪和所述齒套均位于兩個所述限位卡簧之間。