[发明专利]一种足式机器人驱动腿机构

说明书

技术领域

本发明属于足式机器人技术领域，具体涉及一种足式机器人驱动腿机构。

背景技术

足式机器人需要通过膝关节和髋关节组成的腿机构来控制小腿相对于大腿、大腿相对于机体的运动，从而实现足式机器人的各种步态运动。为了提高足式机器人的运动性能，由髋关节和膝关节组成的腿机构需要有较大的足端工作空间；同时，在具有足够承载能力的前提下，腿机构及其传动装置结构紧凑、自重轻、占用空间小，易于实现对腿关节的快速运动控制。在现有的足式机器人的腿机构中，通常采用电机及其传动装置或液压缸及连杆机构来驱动关节转动。虽然电机驱动技术成熟，双向运动控制稳定可靠，但电机及其传动装置安装在大腿和小腿，增加的腿机构的运动质量和结构空间，驱动功率受腿结构空间限制；同时，由于机械惯性的影响，髋关节和膝关节的往复运动频率较小。因此，电机驱动的腿机构存在重量大，承载能力小，能耗大和机器人运动速度不高的问题。液压缸及连杆机构驱动可大大提高腿机构的承载能力，但在较大关节运动转角的情况下，液压缸的工作行程较大，增加了腿机构的结构空间；同时，液压缸的推（拉）力不变时，驱动力臂变化导致关节驱动力矩不稳定。因此，液压缸及连杆机构驱动的腿机构存在关节运动空间小和结构不紧凑的缺点。中国专利200610047169.8是一种电机驱动的腿机构，膝关节驱动电机安装在髋关节和膝关节之间的大腿上，膝关节为两个四连杆封闭链结构，可提高足端离地高度，增强脚在行走过程中的避障能力。然而，驱动电机及其传动装置增加了大腿的重量和结构空间，膝关节机构复杂，运动副多，足端工作空间较小。

发明内容

为了克服现有足式机器人腿机构的结构笨重、承载能力小和运动空间小的不足，本发明基于动物通过肌腱的收缩和松弛来驱动关节转动的原理，提供一种结构简单、承载能力大、运动质量小且易于控制的足式机器人驱动腿机构。该驱动腿机构结构紧凑，具有良好的缓冲性能，不仅适用于多足机器人的前腿，也适用于其后腿。

本发明所提供的一种足式机器人驱动腿机构包括腿支架1、大腿骨2、大腿前摆缸3、大腿前拉索4、大腿前滑轮5、小腿前滑轮6、小腿前拉索7、小腿前摆缸8、关节垫9、小腿骨10、球形足11、小腿后拉索12、小腿后摆缸13、小腿后滑轮14、大腿后滑轮15、大腿后拉索16、大腿后摆缸17、膝关节柱24、髋关节柱28；所述腿支架1与髋关节柱28铰接组成髋关节；所述大腿骨2的上端与髋关节柱28固连，所述关节垫9位于大腿骨2的下部并与大腿骨2固连，所述大腿骨2的下端与膝关节柱24铰接，所述大腿骨2、关节垫9以及膝关节柱24组成膝关节；所述小腿骨10上端与膝关节柱24固连，所述小腿骨10下端与球形足11固连。

所述的大腿前摆缸3、大腿后摆缸17、小腿前摆缸8和小腿前摆缸13都是结构相同的柱塞缸，大腿前摆缸3和大腿后摆缸17的缸体平行布置在大腿骨2的前后侧并固定于大腿骨2的上部，小腿前摆缸8和小腿前摆缸13的缸体平行布置在大腿骨2的前后侧并固定于大腿骨2的下部。

所述的大腿前滑轮5、大腿后滑轮15、小腿前滑轮6和小腿后滑轮14分别安装在大腿骨2中部的四段导向槽中，大腿前滑轮5、大腿后滑轮15、小腿前滑轮6和小腿后滑轮14分别与各自的导向槽形成移动副。

所述的大腿前拉索4的一端固定于大腿骨2的中上部，另一端绕过大腿前滑轮5固定于腿支架1的前侧；所述大腿后拉索16的一端固定于大腿骨2的中上部，另一端绕过大腿后滑轮15固定于腿支架1的后侧；所述小腿前拉索7的一端固定于大腿骨2的中下部，另一端绕过小腿前滑轮6固定于小腿骨10的前侧；所述小腿后拉索12的一端固定于大腿骨2的中下部，另一端绕过小腿后滑轮14固定于小腿骨10的后侧。

所述的大腿前摆缸3的柱塞和大腿前滑轮5的滑座保持接触，大腿后摆缸17的柱塞和大腿后滑轮15的滑座保持接触，小腿前摆缸8的柱塞和小腿前滑轮6的滑座保持接触，所述小腿前摆缸13的柱塞和小腿后滑轮14的滑座保持接触。

所述的关节垫9的半圆柱表面与膝关节柱24的圆柱面接触。

当大腿前摆缸的柱塞伸出时，推动大腿前滑轮移动使大腿前拉索拉紧，从而驱动大腿骨相对于腿支架向前摆动；同时，大腿后拉索带动大腿后滑轮移动使大腿后摆动缸的柱塞缩回。反之，当大腿后摆缸的柱塞伸出时，推动大腿后滑轮移动使大腿后拉索拉紧，从而驱动大腿骨相对于腿支架向后摆动；同时，大腿前拉索带动大腿前滑轮移动使大腿前摆动缸的柱塞缩回。