[發(fā)明專利]一種無纜三自由度關(guān)節(jié)模組及仿生腿足結(jié)構(gòu)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210505764.0
• 申請(qǐng)日: 2022-05-10
• 公開（公告）號(hào): CN114771688A
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁振杰;江磊;許威;黨睿娜;王志瑞;劉宇飛;趙建新;邱天奇;許鵬;邢伯陽;蔣云峰;蘇波;張進(jìn)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國北方車輛研究所
• 主分類號(hào): B62D57/032
• 分類號(hào): B62D57/032
• 代理公司: 中國兵器工業(yè)集團(tuán)公司專利中心 11011
• 代理人: 趙欣

本發(fā)明涉及一種無纜三自由度關(guān)節(jié)模組及仿生腿足結(jié)構(gòu)，所述無纜三自由度關(guān)節(jié)模組包含:側(cè)展關(guān)節(jié)、前擺關(guān)節(jié)及膝關(guān)節(jié)，所述仿生腿足結(jié)構(gòu)包含三自由度關(guān)節(jié)模組、大腿、小腿、足端及足地感知單元。無纜三自由度關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)線纜內(nèi)置的結(jié)構(gòu)形式，膝關(guān)節(jié)模組動(dòng)力與信號(hào)線纜通過與其串聯(lián)的前擺關(guān)節(jié)中空軸實(shí)現(xiàn)保護(hù)和布線，減少了避免仿生機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)時(shí)由于膝關(guān)節(jié)線纜外置導(dǎo)致的干涉以及可靠性問題，整機(jī)集成后，無外置線纜，可大大提高系統(tǒng)可靠性與安全性。實(shí)現(xiàn)一種模塊化、高可靠、安裝與拆卸方便的仿生機(jī)器人模塊化單腿模塊。該仿生機(jī)器人腿足及無纜仿生關(guān)節(jié)模塊化程度高，可靠性與穩(wěn)定性較好，可廣泛應(yīng)用于雙足、四足、六足、輪足等仿生機(jī)器人上。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于仿生機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及一種無纜三自由度關(guān)節(jié)模組及仿生腿足結(jié)構(gòu)，用于雙足、四足機(jī)器人等仿生機(jī)器人。

背景技術(shù)

腿足式機(jī)器人研究越來越追求在更高載重能力下的更高速度的高動(dòng)態(tài)機(jī)動(dòng)能力，然而，對(duì)機(jī)器人行動(dòng)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了更為嚴(yán)格的挑戰(zhàn)，在現(xiàn)實(shí)尺寸和重量約束下，設(shè)計(jì)出滿足高動(dòng)態(tài)性能需求的關(guān)節(jié)執(zhí)行部件成為眾多機(jī)器人設(shè)計(jì)人員的追求，甚至成為限制和約束機(jī)器人能力邊界的硬性條件。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的靈活性和可靠性尤為突出和重要。而機(jī)器人的關(guān)節(jié)的自由度配置以及布線走線方式直接影響到機(jī)器人的靈活性和可靠性，因此亟需解決仿生機(jī)器人多自由度關(guān)節(jié)的自由度布置、線纜線束走線和高動(dòng)態(tài)仿生腿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種無纜三自由度關(guān)節(jié)模組及仿生腿足結(jié)構(gòu)，要解決的技術(shù)問題是：(1)仿生機(jī)器人三自由度關(guān)節(jié)膝關(guān)節(jié)電機(jī)線纜外置、長時(shí)間的往復(fù)運(yùn)動(dòng)疲勞導(dǎo)致的線纜斷裂、接觸不良等可靠性降低問題，保證系統(tǒng)模塊化的同時(shí)，提高機(jī)器人多自由度關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍和系統(tǒng)可靠性。(2)實(shí)現(xiàn)足底感知能力。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種無纜三自由度關(guān)節(jié)模組，其特征在于，包括前擺關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、側(cè)展關(guān)節(jié)；膝關(guān)節(jié)尾部與前擺關(guān)節(jié)輸出端固定連接，前擺關(guān)節(jié)的前擺關(guān)節(jié)電機(jī)通過前擺電機(jī)支撐座一側(cè)與側(cè)展電機(jī)輸出端固定連接，另一側(cè)通過轉(zhuǎn)動(dòng)銷軸與機(jī)器人機(jī)身連接，膝關(guān)節(jié)與前擺關(guān)節(jié)同向布置，側(cè)展關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸線與前擺關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)軸線垂直，前擺關(guān)節(jié)為中空結(jié)構(gòu)，膝關(guān)節(jié)模組動(dòng)力線和控制線通過前擺電機(jī)中空軸從前擺電機(jī)尾部引出。

膝關(guān)節(jié)尾部通過膝關(guān)節(jié)安裝法蘭與前擺電機(jī)輸出端連接，膝關(guān)節(jié)安裝法蘭坐落于交叉滾子軸承上，交叉滾子軸承外圈與膝關(guān)節(jié)安裝法蘭配合安裝，交叉滾子軸承內(nèi)圈與前擺電機(jī)支撐支座配合安裝。

膝關(guān)節(jié)安裝法蘭104上設(shè)計(jì)了前擺關(guān)節(jié)輸出型面1043與前擺關(guān)節(jié)輸出軸形成型面配合，交叉滾子軸承內(nèi)圈與前擺關(guān)節(jié)支撐座凸臺(tái)面10213配合。

膝關(guān)節(jié)線纜經(jīng)膝關(guān)節(jié)安裝法蘭104上的走線槽1044后穿過前擺關(guān)節(jié)中空軸1022從前擺關(guān)節(jié)尾部引出，在前擺關(guān)節(jié)中空軸處設(shè)計(jì)有線纜支撐軸承1023。

單個(gè)關(guān)節(jié)由軸向磁通電機(jī)配置一體化減速器組成，軸向磁通電機(jī)的雙定子繞組固定在電機(jī)的結(jié)構(gòu)件上。

如權(quán)利要求5所述的一種無纜三自由度關(guān)節(jié)模組，其特征在于，減速器部分結(jié)構(gòu)內(nèi)嵌于軸向磁通電機(jī)的內(nèi)徑空間內(nèi)，關(guān)節(jié)電機(jī)輸出端軸承采用交叉滾子軸承。

采用模塊化安裝結(jié)構(gòu)，整個(gè)安裝接口在側(cè)展電機(jī)安裝端面和前擺電機(jī)支撐端面上。

一種仿生機(jī)器人腿足結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括足大腿、足小腿和無纜三自由度關(guān)節(jié)模組，足大腿與膝關(guān)節(jié)電機(jī)外殼固定安裝，足小腿3與足大腿2由膝關(guān)節(jié)銷軸202連接形成轉(zhuǎn)動(dòng)副，曲柄11一端與膝關(guān)節(jié)輸出軸固定連接，另一端通過連桿12與足小腿3連接，形成平行四連桿機(jī)構(gòu)。

足小腿下端與法蘭連接盤固定連接，法蘭連接盤的孔腔內(nèi)安裝有力傳感器，螺栓穿過力傳感器將法蘭連接盤和足底連接座連接；法蘭連接盤4下端六邊形凸臺(tái)403與足底連接座6上六邊形凹腔601滑動(dòng)配合，使機(jī)器人行走時(shí)沿腿部方向可浮動(dòng)。