[發(fā)明專利]一種適用于電動足式機器人的高負載三段式腿結(jié)構(gòu)

有效

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• 申請日: 2019-10-16
• 公開（公告）號: CN110588833B
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賈文川;蘇桂淦;王澤宇;馬書根;孫翊;袁建軍;鮑晟;蒲華燕
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032;B25J17/02
• 代理公司: 北京慕達星云知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 曹鵬飛

本發(fā)明提供的適用于電動足式機器人的高負載三段式腿結(jié)構(gòu)，包括髖關(guān)節(jié)驅(qū)動模塊、髖關(guān)節(jié)模塊、側(cè)擺關(guān)節(jié)驅(qū)動模塊、膝關(guān)節(jié)模塊、踝關(guān)節(jié)模塊、小腿模塊；膝關(guān)節(jié)模塊與髖關(guān)節(jié)模塊相連，輸出的旋轉(zhuǎn)動力實現(xiàn)機器人腿結(jié)構(gòu)的髖關(guān)節(jié)運動；側(cè)擺關(guān)節(jié)驅(qū)動模塊的動力輸出接口與膝關(guān)節(jié)模塊相連，輸出的旋轉(zhuǎn)動力實現(xiàn)機器人腿結(jié)構(gòu)的側(cè)擺關(guān)節(jié)運動；膝關(guān)節(jié)模塊的動力輸出接口與踝關(guān)節(jié)模塊相連，輸出的旋轉(zhuǎn)動力實現(xiàn)機器人腿結(jié)構(gòu)的膝關(guān)節(jié)運動；踝關(guān)節(jié)模塊的動力輸出接口與小腿模塊相連，輸出的旋轉(zhuǎn)動力實現(xiàn)機器人腿結(jié)構(gòu)的踝關(guān)節(jié)運動。本發(fā)明具有3個運動自由度，且每個自由度均可實現(xiàn)大幅度的轉(zhuǎn)動，運動靈活性好，帶負載能力強。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電動機器人技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種適用于電動足式機器人的高負載三段式腿結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

哺乳動物的多段式腿結(jié)構(gòu)具有靈活的運動能力，是足式機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要仿生依據(jù)。其中，三段式腿結(jié)構(gòu)既保留了運動靈活性和死點支撐特性，又較大限度地降低了肢體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度，是足式仿生機器人腿結(jié)構(gòu)的主流方案之一。為了降低控制難度并提升腿足結(jié)構(gòu)的帶負載能力，現(xiàn)有的三段腿式仿生機器人主要采用四自由度構(gòu)型，以液壓或者電機系統(tǒng)作為動力源，并以四連桿機構(gòu)作為傳動鏈。

專利201811653218.1公開了一種仿生機器人腿，該機器人包括固定座、髖部、大腿部和小腿部，其中髖部電機、大腿部電機、小腿部電機通過齒輪系統(tǒng)分別驅(qū)動固定座、大腿部、小腿部，但因驅(qū)動能力較弱使得該方案僅適用于小型及輕載機器人。

專利201310214762.7公開了一種仿生機器人腿機構(gòu)，該機器人腿機構(gòu)包括肩胛骨、肩關(guān)節(jié)、大腿、膝關(guān)節(jié)、小腿、被動踝關(guān)節(jié)、腳掌及驅(qū)動模塊。該方案采用滾珠絲杠驅(qū)動關(guān)節(jié)，傳動機構(gòu)為四連桿構(gòu)型，動態(tài)控制難度較大。

足式仿生機器人正在向高動態(tài)、電動化、高負載方向發(fā)展，但目前缺乏具有高運動靈活度和高負載性能的電動式腿結(jié)構(gòu)方案。

因此，如何提供一種具有高運動靈活度和高負載性能的電動式機器人腿結(jié)構(gòu)是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對上述研究現(xiàn)狀和存在的問題，提供了適用于電動足式機器人的高負載三段式腿結(jié)構(gòu)，具有3個運動自由度，且每個自由度均可實現(xiàn)大幅度的轉(zhuǎn)動，運動靈活性好，帶負載能力強。為達到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種適用于電動足式機器人的高負載三段式腿結(jié)構(gòu)，包括髖關(guān)節(jié)驅(qū)動模塊、髖關(guān)節(jié)模塊、側(cè)擺關(guān)節(jié)驅(qū)動模塊、膝關(guān)節(jié)模塊、踝關(guān)節(jié)模塊、小腿模塊；

其中，髖關(guān)節(jié)驅(qū)動模塊、側(cè)擺關(guān)節(jié)驅(qū)動模塊、膝關(guān)節(jié)模塊、踝關(guān)節(jié)模塊均設(shè)有動力裝置及動力輸出接口，以為各運動關(guān)節(jié)提供旋轉(zhuǎn)動力；髖關(guān)節(jié)驅(qū)動模塊、髖關(guān)節(jié)模塊、側(cè)擺關(guān)節(jié)驅(qū)動模塊均與機器人機身結(jié)構(gòu)相連接；

所述髖關(guān)節(jié)驅(qū)動模塊的動力輸出接口與髖關(guān)節(jié)模塊相連，膝關(guān)節(jié)模塊與髖關(guān)節(jié)模塊相連并繞髖關(guān)節(jié)模塊的輸出端軸線轉(zhuǎn)動；髖關(guān)節(jié)模塊輸出的旋轉(zhuǎn)動力經(jīng)由髖關(guān)節(jié)模塊帶動膝關(guān)節(jié)模塊、踝關(guān)節(jié)模塊、小腿模塊屈曲伸張，實現(xiàn)機器人腿結(jié)構(gòu)的髖關(guān)節(jié)運動；

所述側(cè)擺關(guān)節(jié)驅(qū)動模塊的動力輸出接口與膝關(guān)節(jié)模塊相連，輸出的旋轉(zhuǎn)動力帶動膝關(guān)節(jié)模塊、踝關(guān)節(jié)模塊、小腿模塊側(cè)向擺動，實現(xiàn)機器人腿結(jié)構(gòu)的側(cè)擺關(guān)節(jié)運動；

所述膝關(guān)節(jié)模塊的動力輸出接口與踝關(guān)節(jié)模塊相連，踝關(guān)節(jié)模塊繞膝關(guān)節(jié)模塊的輸出端軸線轉(zhuǎn)動，膝關(guān)節(jié)模塊輸出的旋轉(zhuǎn)動力帶動踝關(guān)節(jié)模塊、小腿模塊屈曲伸張，實現(xiàn)機器人腿結(jié)構(gòu)的膝關(guān)節(jié)運動；

所述踝關(guān)節(jié)模塊的動力輸出接口與小腿模塊相連，小腿模塊繞踝關(guān)節(jié)模塊的輸出端軸線轉(zhuǎn)動；踝關(guān)節(jié)模塊輸出的旋轉(zhuǎn)動力帶動小腿模塊屈曲伸張，實現(xiàn)機器人腿結(jié)構(gòu)的踝關(guān)節(jié)運動。