[發明專利]一種具有被動柔性膝關節的液壓足式機器人單腿機構

有效

• 申請號: 202110955298.1
• 申請日: 2021-08-19
• 公開（公告）號: CN113479274B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 華子森;姚明珠;孫亞茹;田興;王成軍
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司 11385
• 代理人: 鄭萌萌

本發明公開一種具有被動柔性膝關節的液壓足式機器人單腿機構，涉及機器人腿足結構技術領域，其中設置的柔性膝關節組件包括氣缸與連接板，氣缸中的兩第一活塞桿分別鉸接在大腿腿節端部、小腿腿節端部，連接板的一端與第一活塞桿鉸接在小腿腿節上的同一位置，另一端鉸接在大腿腿節的端部，且連接板的兩鉸接點的距離大于兩第一活塞桿鉸接點距離；本發明通過設置連接板及氣缸取代了原有的機器人腿部設計中大腿腿節與小腿腿節的直接連接方式，使得機器人膝關節部位具備了一定的被動柔順能力，可有效減小機器人腿部結構運動過程中足底與地面的接觸沖擊。

技術領域

本發明涉及機器人腿足結構技術領域，特別是涉及一種具有被動柔性膝關節的液壓足式機器人單腿機構。

背景技術

在重型液壓驅動足式機器人的設計與應用過程中，足與地面之間沖擊大的問題仍然難以有效解決。主要原因是液壓足式機器人作所處環境的不確定性在一定程度上加劇了機器人各關節作動器的負載變化，導致機載液壓伺服驅動系統能量供應與機器人需求之間平衡的惡化，動力與驅動系統的不穩定會進一步引起控制系統力控精度的降低，進而使得機器人足與地面之間的交互沖擊變大。

現有的針對以上問題的解決方案主要分為兩種：一種是在機器人足底包裹厚厚的耐磨橡膠或采用碳纖維等高韌性復合材料加工機器人肢體部件，雖然此措施容易實現，且對足地交互過程的改善效果明顯，但野外環境的復雜多變仍然會加劇非金屬材料的磨損速度，需要頻繁更換足部構件；另一種方法是將金屬彈簧串接于腿部組件或作動器與被驅動桿件之間，如申請號為“202010751681.0”，名稱為“輪腿機器人腿部結構及移動機器人”的發明專利，及申請號為“201510021471.5”，名稱為“輪腿混合式四足機器人”的發明專利；但是彈簧剛性較低，會犧牲機器人對環境的適應性，同時對所需彈簧剛度特性的精確設計存在較大的難度，這也使得該方法難以在液壓驅動腿足式機器人上得到廣泛推廣。

因此，如何有效緩解機器人足底與地面之間接觸沖擊是本領域亟需解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有被動柔性膝關節的液壓足式機器人單腿機構，以解決上述現有技術存在的問題，使得機器人膝關節部位具備了一定的被動柔順能力，可有效減小機器人腿部結構運動過程中足底與地面的接觸沖擊。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：本發明提供一種具有被動柔性膝關節的液壓足式機器人單腿機構，包括大腿腿節、小腿腿節小腿俯仰液壓作動器及柔性膝關節組件；所述柔性膝關節組件包括氣缸與連接板，所述氣缸包括缸體及設置在所述缸體內的兩活塞，兩所述活塞與所述缸體的端面之間均設置有用于容納氣體的空腔，所述空腔的壁面上具有進氣通道，兩所述活塞的第一活塞桿分別鉸接在所述大腿腿節端部、所述小腿腿節端部；所述小腿俯仰液壓作動器的缸筒鉸接在所述大腿腿節端部，所述小腿俯仰液壓作動器中的第二活塞桿鉸接在所述小腿腿節上，且所述第二活塞桿在所述小腿腿節上的鉸接位置低于所述第一活塞桿在所述小腿腿節的鉸接位置，所述連接板的一端與所述第一活塞桿鉸接在所述小腿腿節上的同一位置，另一端鉸接在所述大腿腿節的端部，且所述連接板的兩鉸接點的距離大于兩所述第一活塞桿鉸接點距離。

優選的，所述氣缸設置有兩個，且對稱設置在所述大腿腿節兩側。

優選的，兩所述氣缸內部的空腔均相互聯通。

優選的，所述充氣口處還設置有用于測量所述缸體內氣壓的壓力傳感器。

優選的，還包括髖部腿節，所述髖部腿節的端部與所述大腿腿節的頂端鉸接，且所述髖部腿節與所述大腿腿節之間還鉸接有大腿俯仰液壓作動器。

本發明相對于現有技術取得了以下技術效果：

1、本發明通過設置連接板及氣缸取代了原有的機器人腿部設計中大腿腿節與小腿腿節的直接連接方式，使得機器人膝關節部位具備了一定的被動柔順能力，可有效減小機器人腿部結構運動過程中足底與地面的接觸沖擊，并且本發明中的氣缸相比于彈簧具有明顯的剛度優勢，能夠保證機器人的穩定性及對環境的適應能力；