[实用新型]一种基于串联弹性驱动器的四足机器人

权利要求书

1.一种基于串联弹性驱动器的四足机器人，其特征在于该机器人包括四条机械腿和用于固定机械腿的机架；其中所述机械腿采用内膝肘式的对称结构布局；每条机械腿由髋关节架、髋关节、大腿、膝关节、小腿和足依次组成，并通过髋关节架固定在机架上；所述髋关节和膝关节均包括相同结构的具有主动柔性的基于串联弹性驱动器柔性关节主体，所述髋关节与膝关节分别由髋关节电机和膝关节电机驱动；

所述柔性关节主体由输出盘、锥齿轮换向器、弹簧安装架和弹簧组成，所述锥齿轮换向器具有单输入轴与两个输出轴，输入轴从锥齿轮换向器侧壁伸出，两个输出轴同轴，其中一个输出轴上具有键槽用于安装弹簧安装架，所述弹簧安装架为四枝相同的十字型板状架，所述弹簧安装架中心处有带键槽的圆形安装孔，弹簧安装架通过平键安装在输出轴上；所述弹簧安装架的每枝的末端或接近末端具有向两侧伸出的垂直短齿，所述输出盘为环状圆盘，输出盘内壁均匀分布有四个向盘心平伸出的内凸板，内凸板顶端向两侧伸出弹簧固定齿，当弹簧安装架的四枝分别位于相邻两内凸板的中间位置时，短齿正好与弹簧固定齿相对，且此时位于同一枝上的短齿之间的连线及其与相邻弹簧固定齿的连线及其延长线能够组成正方形；八条弹簧分别安装于弹簧固定齿和短齿之间，当锥齿轮换向器输出轴转动时带动弹簧安装架旋转，对位于同一枝上两侧的弹簧分别进行压缩和拉伸，并通过弹簧的回复力带动输出盘转动，实现转矩的柔性输出；

所述髋关节和膝关节中，柔性关节主体的锥齿轮换向器的输入轴分别与髋关节电机和膝关节电机串联连接形成串联弹性驱动器。

2.如权利要求1所述的四足机器人，其特征是所述髋关节架为柱状长方体框架，包括髋关节安装板、髋关节支架；

所述髋关节安装板和髋关节支架向机械腿延伸方向伸出，用于夹持固定所述柔性关节主体的锥齿轮换向器；

所述髋关节安装板作为髋关节架顶面板固定安装在机架底部，髋关节支架作为髋关节架底面，髋关节支撑板为C型板，用于将髋关节安装板与髋关节支架连接起来；

髋关节包括柔性关节主体与髋关节主连接板和髋关节副连接板，以及安装在髋关节架中的髋关节电机、髋关节电机架，所述髋关节主连接板为L型板，髋关节主连接板的侧板固定安装在输出盘外侧，髋关节主连接板的底板沿与锥齿轮换向器输出轴平行的方向延伸至髋关节对侧，所述髋关节副连接板通过安装在其内壁上的髋关节支撑轴承套筒及髋关节支撑轴承与柔性关节主体中锥齿轮换向器的的另一输出轴连接，髋关节副连接板与髋关节主连接板的底板固定连接，所述髋关节电机通过由髋关节电机架固定在髋关节支撑板上从而安装在腕关节架内部，髋关节电机输出轴伸向髋关节架端部，并通过联轴器与柔性关节主体的锥齿轮换 向器的输入轴串联连接；

所述大腿为柱状长方体框架，包括大腿连接板；

采用大腿连接板将大腿与髋关节主连接板的底板外侧固定连接；

所述膝关节包括柔性关节主体、膝关节主连接板、膝关节副连接板、以及安装在大腿内部的膝关节电机及其联轴器，所述膝关节主连接板为L型板，膝关节副连接板与膝关节主连接板的底板固定连接，所述柔性关节主体安装在膝关节副连接板与膝关节主连接板的侧板之间，所述膝关节电机固定在大腿内部，并通过联轴器与柔性关节主体的锥齿轮换向器的输入轴串联连接；

所述小腿包括小腿连接板、小腿顶端盖、小腿套筒、小腿支柱、小腿内套筒、小腿末端盖、小腿弹簧、足；

所述足包括脚掌、脚掌连接板；脚掌通过螺栓和脚掌连接板固定在小腿支柱伸出小腿套筒部分的末端；脚掌采用弹性材料制成；

小腿通过小腿连接板与膝关节相连；小腿连接板末端与小腿顶端盖相连，小腿顶端盖安装在小腿套筒顶端，小腿套筒内依次安装小腿内套筒和小腿支柱，小腿内套筒固定安装在位于小腿套筒内的中部，小腿支柱中部具有凸起，小腿支柱安装在小腿套筒内，小腿支柱顶端可从小腿内套筒中间的孔伸出，小腿支柱末端伸出小腿套筒末端，通过小腿支柱15中部的凸起小腿末端盖和小腿内套筒将小腿支柱的轴向运动范围限制在小腿内套筒安装位置和小腿套筒末端之间，小腿弹簧套装在小腿支柱外且位于小腿内套筒和小腿支柱的凸起之间，小腿弹簧在足不接触地面时可以将小腿支柱顶至从小腿套筒中伸出量最大的状态，当足底部接触地面受力后小腿支柱上移同时压缩小腿弹簧起到储存能量及缓冲作用，当足抬起时小腿弹簧回弹并释放能量。

3.如权利要求1或2所述的四足机器人，其特征是所述柔性关节主体的锥齿轮换向器速比为1∶1。