[發明專利]一種帶彈簧儲能的連桿式機械腿及機器人

有效

• 申請號: 202010211375.8
• 申請日: 2020-03-24
• 公開（公告）號: CN111361661B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 榮學文;柴向曉;周樂來;柴匯;陳騰;張國騰;張帥帥;雒瑞民
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 陳曉敏

本發明涉及一種帶彈簧儲能的連桿式機械腿及機器人，包括大腿，所述大腿一端與小腿轉動連接，另一端設置有動力件，所述動力件與第一連桿的一端鉸接，第一連桿的另一端與第二連桿一端鉸接，第二連桿與大腿滑動連接，能夠沿大腿軸線方向運動，第二連桿與彈性件的一端固定連接，彈性件的另一端與大腿固定連接，第二連桿的另一端與第三連桿的一端鉸接，第三連桿的另一端與小腿端部鉸接，本發明的機械腿能夠有效降低電機的輸出扭矩峰值，減少能量消耗。

技術領域

本發明涉及腿足式機器人技術領域，具體涉及一種帶彈簧儲能的連桿式機械腿及機器人。

背景技術

這里的陳述僅提供與本發明相關的背景技術，而不必然地構成現有技術。

腿足式機器人相對于輪式、履帶式機器人有較強的地形適應能力、越障能力和靈活運動能力，是在復雜地形環境中作業的理想平臺，具有廣闊的應用前景。

現有的電機驅動的機械腿部結構多數包括大腿、小腿和足部，驅動電機通常有兩種布置方式：一是大腿上端安裝在髖關節電機輸出軸上，大腿下端與小腿鉸接，電機安裝在膝關節上，髖關節電機驅動大腿的活動，膝關節電機驅動小腿的活動，如瑞士的ANYma l四足機器人，這種布置方式由于膝關節上的電機增加了腿部結構的重量，使得腿部轉動慣量增大，顯著增加了機器人行走時擺動腿消耗的能量，降低了腿部的快速響應能力；另一種是大腿和小腿的驅動電機都布置在髖關節處，小腿驅動電機通過傳動連桿或同步帶驅動小腿的運動，這種布置方式顯著減小了腿部的轉動慣量。四足機器人行走時膝關節需要較大的驅動力矩，且膝關節電機總是在某一轉動方向輸出較大扭矩支撐機器人身體重量，另一轉動方向僅輸出較小扭矩以驅動擺動腿運動，以上兩種布置方式都需要較大峰值扭矩的膝關節驅動電機。

中國專利文獻CN107651041A公開了一種電動四足機器人的單腿結構，膝關節驅動電機與髖關節驅動電機同軸布置，采用同步帶驅動膝關節。中國專利文獻CN106904226A公開了一種電驅動四足機器人的腿部動力系統結構，膝關節驅動電機與髖關節驅動電機同軸布置，采用傳動連桿驅動膝關節。以上兩種發明都將膝關節驅動電機與髖關節驅動電機同軸布置，有效減小了四足機器人腿部的轉動慣量，但發明人發現，膝關節無論采用同步帶傳動還是一節傳動連桿傳動都無法實現對膝關節驅動電機輸出力矩的優化利用。

發明內容

本發明的目的是為克服現有技術的不足，提供一種帶彈簧儲能的連桿式機械腿，能夠顯著減小膝關節驅動電機扭矩峰值，進而降低整個機器人的能量消耗。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

第一方面，本發明的實施例提供了一種帶彈簧儲能的連桿式機械腿，包括大腿，所述大腿一端與小腿轉動連接，另一端設置有動力件，所述動力件與第一連桿的一端鉸接，第一連桿的另一端與第二連桿一端鉸接，第二連桿與大腿滑動連接，能夠沿大腿軸線方向運動，第二連桿與彈性件的一端固定連接，彈性件的另一端與大腿固定連接，第二連桿的另一端與第三連桿的一端鉸接，第三連桿的另一端與小腿端部鉸接。

動力件能夠帶動第一連桿運動，第一連桿通過第二連桿和第三連桿帶動小腿產生與大腿總成的相對轉動。

第二方面，本發明的實施例提供了一種機器人，安裝有所述的連桿式機械腿。

本發明的有益效果：

本發明的機械腿，通過設置彈性件，當機械腿處于擺動相時，電機僅用較小的輸出扭矩驅動腿的運動，大部分輸出扭矩通過第一連桿、第二連桿及第三連桿將彈性件拉伸存儲能量；當機械腿處于支撐相時，彈性件的收縮力、第一驅動電機的輸出扭矩共同支撐機器人的重量，顯著減小了第一驅動電機的輸出力矩峰值，降低了能量消耗。

附圖說明

構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構成對本申請的限定。

圖1為本發明實施例1整體結構示意圖；