[發明專利]一種基于跨關節協同驅動的仿人機器人

有效

• 申請號: 202110377836.3
• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN113134841B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 黃強;黃高;范徐笑;陳學超;黃日成;吳國良;余張國;張志豪
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B25J11/00
• 分類號: B25J11/00
• 代理公司: 北京金咨知識產權代理有限公司 11612
• 代理人: 尤樟華

本發明提供一種基于跨關節協同驅動的仿人機器人，包括軀干、髖關節、大腿桿、膝關節、小腿桿、踝關節、腳掌、固定在軀干處的第一對驅動單元、固定于髖關節內的第二對驅動單元和固定于膝關節內的第三對驅動單元。其中，第一對驅動單元的兩個驅動單元通過第一對連桿的兩個連桿分別與髖關節連接，第二對驅動單元的兩個驅動單元通過第二對連桿的兩個連桿分別與膝關節連接，第三對驅動單元的兩個驅動單元通過第三對連桿的兩個連桿分別與踝關節連接。該仿人機器人利用協同驅動的雙電機同時輸出峰值，相對于現有技術，理論上降低了單一關節輸出力矩時要求的一半，并強化各關節的協同驅動能力；且在兼顧減少傳動機構的前提下，將慣量上移程度做到最大。

技術領域

本發明涉及仿人機器人領域，尤其涉及一種基于跨關節協同驅動的仿人機器人。

背景技術

仿人機器人不僅是一個國家高科技綜合水平的重要標志，也在人類生產、生活中有著廣泛的用途。由于仿人機器人具有人類的外觀特征，因而可以適應人類的生活和工作環境，代替人類完成各種作業。它不僅可以在有輻射、粉塵、有毒的環境中代替人們作業，而且可以在康復醫學上形成動力型假肢，協助癱瘓病人實現行走的夢想。將來它可以在醫療、生物技術、教育、救災、海洋開發、機器維修、交通運輸、農林水產等多個領域得到廣泛應用。

目前國內外，在危險、有害等工況環境代替真人作業的仿人型機器人(下文簡稱仿人機器人)均為各關節串聯布局結構；或以關節串聯為主，并聯驅動為輔的布局結構。各關節串聯布局結構；或以關節串聯為主，并聯驅動為輔的布局結構具有拓撲布局簡單、動力學解算相對容易、結構設計相對容易、各關節間結構關系簡單等優點。

現有仿人機器人的下肢的靈活運動一般需要六個自由度，即髖關節自旋、前擺和外擺、膝關節的前擺以及踝關節的前擺和外擺，這些關節為電機和減速器一體化的獨立關節，其驅動能力弱，且運動慣量大，則不利于仿人機器人的下肢運動，難以實現彷人機器人的快速跑動等靈活運動。

發明內容

鑒于此，本發明實施例提供了一種基于跨關節協同驅動的仿人機器人，以消除或改善現有技術中存在的一個或更多個缺陷。

本發明的技術方案如下：

所述仿人機器人包括軀干、髖關節、大腿桿、膝關節、小腿桿、踝關節和腳掌，所述仿人機器人還包括：固定在所述軀干處的第一對驅動單元；固定于所述髖關節內的第二對驅動單元；固定于所述膝關節內的第三對驅動單元。

其中，所述第一對驅動單元的兩個驅動單元通過第一對連桿的兩個連桿分別與髖關節連接，以帶動所述髖關節的自旋和/或前擺動作；所述第一對驅動單元的兩個驅動單元協同驅動，所述第一對連桿的兩個連桿同向擺動時，所述髖關節為前擺動作；所述第一對連桿的兩個連桿反向擺動時，所述髖關節為自旋動作；

所述第二對驅動單元的兩個驅動單元通過第二對連桿的兩個連桿分別與膝關節連接，以帶動所述髖關節的外擺和/或小腿桿的前擺動作；所述第二對驅動單元的兩個驅動單元協同驅動，所述第二對連桿的兩個連桿同向擺動時，所述小腿桿為前擺動作；所述第二對連桿的兩個連桿反向擺動時，所述髖關節為外擺動作；

所述第三對驅動單元的兩個驅動單元通過第三對連桿的兩個連桿分別與踝關節連接，以帶動所述踝關節的前擺和/或外擺動作；所述第三對驅動單元的兩個驅動單元協同驅動，所述第三對連桿的兩個連桿同向擺動時，所述踝關節為前擺動作；所述第三對連桿的兩個連桿反向擺動時，所述踝關節為外擺動作。

在一些實施例中，所述髖關節包括髖自旋框架和髖外擺框架，所述髖外擺框架具有兩個相互垂直的方向軸結構，其中一個方向軸與所述髖自旋框架連接，另一個方向軸與所述大腿桿的上端樞軸連接；所述髖自旋框架與軀干可轉動連接，并用于支撐所述軀干。

在一些實施例中，所述第一對驅動單元的其中一個驅動單元與所述第一對連桿的其中一個連桿的一端連接，該連桿的另一端與所述髖自旋框架連接，使得第一對驅動單元的一個驅動單元、第一對連桿的一個連桿和髖自旋框架組成雙搖桿機構。