[发明专利]双足半被动行走器及其行走控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种行走器械，具体的为一种双足半被动行走器及其行走控制方法。

背景技术

目前，机器人的研究在世界各国都是一个热点，尤其对拟人形态的双足行走机器人的研究更是如火如荼。目前已面世的双足行走器在仿人行走上已取得了许多值得认可的成就，但是一般都还是存在一些缺陷，例如 (1) 并不是完全意义上的双足机器人，包括像Cornell 大学的Ranger，它是用四只腿来实现单纯两腿的功能，只能算是二维意义上的行走；(2) 耗能太大，不适合实际应用，包括像日本 HONDA 公司的 Asimo，虽然具备完整的仿人形态，但是全主动式的机器人，耗能很大。(3) 当然也有具备比较完备的仿人形态的被动行走装置，但采用的是宽大的足部，并不能模拟人类行走过程的侧向运动过程，因而也未能实现完全类人的半被动行走。

公开号为CN104973160A的中国专利申请公开了一种双足带上身的直腿行走器，包括髋部与上身连接部分和髋部与腿足连接部分；所述髋部与上身连接部分包括上身，固定在上身内的主控电路板，分别与上身连接的髋部L和髋部R，髋部L和髋部R的内部分别固定设置控制髋部和足部摆动夹角的电机M1和电机M2，以及弹簧系统L和簧系统R；所述髋部与腿足连接部分包括分别与髋部L和髋部R固定连接的腿部L和腿部R，腿部L和腿部R的底端铰接足部L和足部R，设置在髋部L和髋部R内部控制足部L和足部R抬起与放下的电机A和电机B，以及弹簧系统A和弹簧系统B。该双足带上身的直腿行走器虽然在一定程度上取得了简化结构的技术目的，但是由于其采用了不设置膝盖的直腿，因此并不能完全模拟人类行走。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种双足半被动行走器及其行走控制方法，该双足半被动行走器具有结构简单、控制方便和节能降耗的优点，并能够有效模拟人类行走过程。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明首先提出了一种双足半被动行走器，包括髋部和分别设置在所述髋部左右两侧的两个腿部，所述髋部包括髋部平衡板和分别设置在所述髋部平衡板两端下侧的支架；所述腿部包括连接板、大腿和小腿，所述小腿的底部设有拟足板，所述大腿与所述连接板铰接连接，所述小腿与大腿铰接连接并在所述大腿和小腿之间形成膝关节机构，所述连接板与对应的所述支架铰接连接；

所述髋部平衡板与两个所述支架之间分别设有用于驱动所述髋部扭动的髋部扭动机构；所述支架与所述连接板之间设有用于驱动所述大腿左右摆动的腿部张开机构；所述连接板与所述大腿之间设有用于驱动所述大腿前后摆动的腿部行进机构；所述连接板与所述膝关节机构之间设有用于驱动所述膝关节机构做弯曲和伸直运动的膝关节动作机构。

进一步，所述髋部扭动机构包括分别固定安装在所述髋部平衡板上的髋部扭动电机和谐波减速机，所述髋部扭动电机的输出轴、所述谐波减速机的输入轴和输出轴均相互平行并与所述髋部平衡板垂直；所述髋部扭动电机的输出轴与所述谐波减速机的输入轴之间设有带传动机构Ⅰ，且所述谐波减速机的输出轴与所述支架固定连接。

进一步，所述腿部张开机构包括固定安装在所述支架上的腿部张开电机，所述连接板的两侧分别固定设有卡槽，所述卡槽背向所述连接板的一端设有腿部张开轴，两根所述腿部张开轴分别旋转配合安装在所述支架上，其中一根所述腿部张开轴与所述腿部张开电机之间设有用于驱动所述腿部张开轴转动的带传动机构Ⅱ。

进一步，所述腿部张开电机的输出轴与所述腿部张开轴均与所述髋部平衡板平行。

进一步，所述腿部行进机构包括固定安装在所述连接板上的腿部行进电机，所述大腿上设有与其同步转动的短轴，且所述大腿通过所述短轴旋转配合安装在所述连接板上，所述腿部行进电机与所述短轴之间设有用于驱动所述短轴旋转的带传动机构Ⅲ。

进一步，所述膝关节动作机构包括固定安装在所述连接板上的膝关节动作电机，所述大腿和小腿之间设有膝关节转轴，所述大腿旋转配合套装在所述膝关节转轴上，所述小腿与所述膝关节转轴同步转动；所述大腿上与其旋转配合设有与所述膝关节转轴平行的过渡转轴，所述膝关节动作电机与所述过渡转轴之间设有用于驱动所述过渡转轴旋转的带传动机构Ⅳ，所述膝关节转轴与过渡转轴之间设有用于驱动所述膝关节转轴旋转的带传动机构Ⅴ。

进一步，所述拟足板的底面为圆弧面，且所述拟足板的底面上设有用于与底面接触的支撑点；所述小腿采用中空薄壁管制成，且所述中空薄壁管采用弹性材料制成。