[發明專利]一種仿人雙足機器人及其小腿結構

有效

• 申請號: 202011252887.5
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112339881B
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發明（設計）人: 雷綱;韓定強;郭斌
• 申請（專利權）人: 杭州螢石軟件有限公司
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 李璇;王一斌

本發明提供一種仿人雙足機器人及其小腿結構，該小腿結構包括：豎直方向相對設置的兩個側板，兩個側板之間形成縱向延伸的容置腔體；踝關節，包括：雙自由度轉動節，雙自由度轉動節裝設于容置腔體的底端，其在與側板垂直的平面內具有圍繞第一軸向方向的第一轉動自由度和圍繞第二軸向方向的第二轉動自由度，第一軸向方向與第二軸向方向垂直，且第一軸向方向與側板垂直；通過第一驅動繩驅動雙自由度轉動節圍繞第一軸向方向旋轉的第一驅動機構；通過第二驅動繩驅動雙自由度轉動節圍繞第二軸向方向旋轉的第二驅動機構；第一驅動機構和第二驅動機構沿著縱向方向排列在容置腔體內。

技術領域

本發明涉及機器人領域，特別涉及一種仿人雙足機器人及其小腿結構。

背景技術

由于足式機器人具有靈活的運動能力，更強的環境適應性和擬人性等優點，愈發受到重視。目前雙足機器人發展較為迅速，但是雙足機器人的運動速度受限，特別是電機驅動的雙足機器人，很難實現人類快速跑步形態。其主要受限原因為機器人的足部結構質量重，慣量大，尺寸合適的電機無法提供機器人快速跑步的形態所需的扭矩。因此提高電機的功率密度和降低機器人足部結構的質量與慣量是使機器人實現快速跑步的方向，由于電機的功率密度的提高受限于基礎理論領域和材料領域的突破，現階段降低機器人足部結構的質量與慣量尤為關鍵與有效。踝關節是距離機器人腰部最遠的關節，它的慣量降低，能夠同時降低髖關節、膝關節的力矩需求，因此，如何設計一種質量輕、慣量小的踝關節結構是當前本領域技術人員研究的重要問題。

發明內容

為了解決以上技術問題，本發明提供一種仿人雙足機器人及其小腿結構，其將踝關節的驅動部分上移至小腿部分，并且簡化了踝關節的轉動結構，使得機器人的踝關節質心上移，從而降低踝關節的慣量。

在一個實施例中提供了一種仿人雙足機器人的小腿結構，包括：

小腿殼體，所述小腿殼體包括沿著豎直方向相對設置的兩個側板，兩個側板之間形成縱向延伸的容置腔體；

踝關節，所述踝關節包括：

雙自由度轉動節，所述雙自由度轉動節裝設于所述容置腔體的底端，所述雙自由度轉動節在與所述側板垂直的平面內具有圍繞第一軸向方向的第一轉動自由度和圍繞第二軸向方向的第二轉動自由度，所述第一軸向方向與所述第二軸向方向垂直，且第一軸向方向與所述側板垂直；

第一驅動機構，所述第一驅動機構用于驅動所述雙自由度轉動節圍繞所述第一軸向方向旋轉，所述第一驅動機構通過第一驅動繩與所述雙自由度轉動節連接；

第二驅動機構，所述第二驅動機構用于驅動所述雙自由度轉動節圍繞所述第二軸向方向旋轉，所述第二驅動機構通過第二驅動繩與所述雙自由度轉動節連接；

所述第一驅動機構和第二驅動機構沿著縱向方向排列在所述容置腔體內。

在一個實施例中，所述雙自由度轉動節包括：

十字軸，所述十字軸包括沿著第一軸向方向延伸的第一軸和沿著第二軸向方向延伸的第二軸，所述第一軸的兩端固定至所述側板；

軸線方向相互垂直的第一轉動副和第二轉動副，所述第一軸與第二轉動副固定連接，所述第二軸的兩端與所述第一轉動副轉動連接，所述第一轉動副通過連接件與所述第二轉動副連接；

所述第一轉動副在所述第一驅動機構的驅動下獨立于所述第二轉動副圍繞第一軸向方向轉動，所述第二轉動副在所述第二驅動機構的驅動下帶動所述第一轉動副一起圍繞第二軸向方向轉動。

在一個實施例中，所述第一轉動副包括：轉動配合的第一轉動外圈和第一固定內圈，所述第一驅動繩與所述第一轉動外圈連接，述第二軸的兩端與所述第一固定內圈轉動連接；

第二轉動副包括：轉動配合的第二轉動外圈和第二固定內圈，所述第二轉動外圈通過連接件與所述第一固定內圈固定連接，所述第二驅動繩與所述第二轉動外圈連接，所述第一軸與所述第二固定內圈固定連接。