[發(fā)明專利]一種雙足機(jī)器人下肢結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202111369010.9
• 申請日: 2021-11-10
• 公開（公告）號: CN114044065A
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳萬毅;劉芳華;王政;狄澄;孫天圣;邵佳偉
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032;F16F15/067
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 徐澍

本發(fā)明公開了一種雙足機(jī)器人下肢結(jié)構(gòu)，包括大腿部、小腿部、足部、減震部、平衡部、伸膝限位部、棘輪棘爪部、曲柄搖桿部，大腿部的底端與小腿部的頂端以及小腿部的底端與足部分別鉸接，伸膝限位部安裝于大腿部與小腿部的連接處之間，棘輪棘爪部安裝于大腿部內(nèi)并與伸膝限位部連接，曲柄搖桿部安裝于小腿部與足部的連接處之間，減震部、平衡部分別安裝于足部的內(nèi)部。并公開了其運(yùn)動方法。本發(fā)明通過設(shè)置的仿人型帶有弧度的足部，和減震部、平衡部配合能夠起到平穩(wěn)行走緩沖減震的作用設(shè)置的曲柄搖桿部帶動足部的上下轉(zhuǎn)動，能夠避免足部的運(yùn)動角度過大導(dǎo)致行走失去穩(wěn)定；膝關(guān)節(jié)的伸膝限位部的設(shè)置能夠起到小腿伸直狀態(tài)的限位作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及雙足機(jī)器人領(lǐng)域，尤其是涉及一種雙足機(jī)器人下肢結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動方法。

背景技術(shù)

雙足機(jī)器人在行走過程中有四個階段。階段一，支撐腿膝關(guān)節(jié)伸直并鎖死，擺動腿脫離地面，膝關(guān)節(jié)彎曲，向前擺動；階段二，擺動腿擺動至相應(yīng)位置，擺動腿的大腿與小腿在膝關(guān)節(jié)發(fā)生碰撞，膝關(guān)節(jié)鎖死；階段三，單腿支撐階段；階段四，腳與地面碰撞，雙腿速度發(fā)生突變，擺動腿與支撐腿進(jìn)行狀態(tài)切換。在這四個階段中，膝關(guān)節(jié)的碰撞鎖合起著重要的作用，避免了機(jī)器人在支撐階段由于關(guān)節(jié)彎曲引起的機(jī)器人摔倒。所有有膝蓋的動態(tài)行走機(jī)器人都面臨著通過進(jìn)行伸膝屈膝進(jìn)行支撐腿和擺動腿切換的問題。

在現(xiàn)有技術(shù)中有膝關(guān)節(jié)的雙足機(jī)器人，大都利用電機(jī)進(jìn)行屈膝與伸直，利用機(jī)器人自身重力加上彈簧和卡槽來進(jìn)行伸膝限制，以完成腿的支撐和擺動過程。該方法在腳離地瞬間，膝關(guān)節(jié)的彈簧彈出時，由于彈簧反力的作用，會使機(jī)器人在單腿支撐和擺動的時候失去平衡，不利于機(jī)器人的進(jìn)行支撐腿和擺動腿切換的流暢性。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種雙足機(jī)器人下肢結(jié)構(gòu)，解決機(jī)器人在行走過程中支撐擺動不平穩(wěn)的問題，提高機(jī)器人在平地上行走的穩(wěn)定性。并提供了本下肢結(jié)構(gòu)的運(yùn)動方法。

技術(shù)方案：一種雙足機(jī)器人下肢結(jié)構(gòu)，包括大腿部、小腿部、足部、減震部、平衡部、伸膝限位部、棘輪棘爪部、曲柄搖桿部，大腿部的底端與小腿部的頂端以及小腿部的底端與足部分別鉸接，伸膝限位部安裝于大腿部與小腿部的連接處之間，棘輪棘爪部安裝于大腿部內(nèi)并與伸膝限位部連接，曲柄搖桿部安裝于小腿部與足部的連接處之間，減震部、平衡部分別安裝于足部的內(nèi)部。

進(jìn)一步的，伸膝限位部包括驅(qū)動電機(jī)、固定接頭一、長連接桿、固定接頭二、短連接桿、擋塊、同步帶輪、諧波減速器，驅(qū)動電機(jī)安裝于大腿部的內(nèi)部，同步帶輪穿設(shè)于大腿部的一側(cè)面，其一端與驅(qū)動電機(jī)連接，諧波減速器設(shè)置于同步帶輪下方，其輸入端穿設(shè)于大腿部的一側(cè)面并與同步帶輪帶連接，輸出端與小腿部的上部連接，長連接桿的一端通過固定接頭一與小腿部上部的正面連接，短連接桿的一端通過固定接頭二與大腿部的下部連接，長連接桿的另一端與短連接桿的另一端鉸接，短連接桿靠近大腿部的一側(cè)面上設(shè)有擋塊，短連接桿與長連接桿連接的一端與棘輪棘爪部連接。

進(jìn)一步的，棘輪棘爪部包括懸臂、棘爪、彈簧一、棘輪、減速電機(jī)一、圓錐齒輪一、圓錐齒輪二，減速電機(jī)一電機(jī)軸朝下安裝于大腿部上，圓錐齒輪一與減速電機(jī)一連接，棘輪安裝于大腿部上，圓錐齒輪二與棘輪通過連接軸連接并與圓錐齒輪一嚙合，懸臂的一端通過彈簧一與棘爪連接，棘爪與棘輪配合，懸臂的另一端與伸膝限位部連接。

進(jìn)一步的，曲柄搖桿部包括減速電機(jī)二、曲柄、固定接頭三、連桿、圓錐齒輪三、圓錐齒輪四、驅(qū)動軸，減速電機(jī)二電機(jī)軸朝下安裝于小腿部的上部，圓錐齒輪三與減速電機(jī)二連接，驅(qū)動軸水平設(shè)置，其一端與小腿部的一側(cè)面連接，另一端與曲柄連接，錐齒輪四安裝于驅(qū)動軸上并與圓錐齒輪三嚙合，連桿的一端與曲柄鉸接，另一端通過固定接頭三與足部連接。

進(jìn)一步的，足部包括腳本體、腳后跟，兩者組成完整的腳部形狀，足底的腳后跟的底面相對于腳本體的底面向下凸出，是腳后跟頂面與腳后跟之間具有間隔。