[发明专利]串并联混合的仿人足球机器人腿部机构

说明书

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种串并联混合的仿人足球机器人腿部机构。

背景技术

近些年来，小型足球机器人小型足球仿人机器人(kid-size)由于其开发难度较低，成本相对较低，拟人性进一步增强，越来越受到社会各界的关注。每年举行的RoboCup（机器人世界杯足球锦标赛）中，小型足球仿人机器人越来越受到关注。

在小型足球机器人实际研究中，腿部的构型和质量分布对机器人的运动能力有较大影响。通过研究新型串并混联腿，有助于提升现有仿人机器人的运动性能，包括：在多自由度复合关节处引入并联机构，使肢体末端运动更加灵活、平滑连续；肢体协调及姿态变换能力得到进一步改善；在形态、结构和运动功能上最大程度接近人的实际状态。并联构型特点是以独立并联机构为肢体。像其中髋关节为两自由度并联球铰链机构与一个单自由度机构串联，踝关节为两自由度并联球铰链机构，膝为一个单自由度俯仰串联机构。这种结构刚度较大，使肢体承载能力增大、运动稳定性提高。

如申请公布号为CN 205022730 U的专利文献公开的一种人形机器人的腿形改良结构，是提供人形机器人腿部结构做多点连结架撑，达到机器人架撑稳固省力的结构改良设计，主要将人形机械人下架具组成的两侧腿形架构，依平行杆相互组接，其中中段连结处设以电机锁固定定位，构成一膝关节状，配合平行连杆上端及与脚板连结底端，分别以伺服电机马达做不同轴向的转控连结，构成类似腿部的曲弧转控操作，通过平行连杆的组装，使机器人架撑定位时马达的出力，可收到省力安全且稳固确实的人形安全操控目的。该申请提供的人形机器人腿形改良结构能够实现省力安全且稳固的目的，但是其运动性能低，对机器人的行走速度有很大的限制。且腿部惯量太大，不利于长时间行走情况。在长时间的行走下，惯量太大会导致机器人能量损耗过高的问题发生。

申请公布号为CN 201423657 Y的专利文献公开的一种机器人腿机构，包括基座和运动平台，基座通过传动机构与运动平台连接；传动机构包括固定在基座上的电机和与电机连接的运动单元；运动单元包括能使机器人腿机构向后摆动的第一运动单元和使运动平台下压或上提的第二运动单元；第一运动单元包括一顶端固定在基座上的支撑杆，与第一电机连接第一丝杆机构和一与运动平台铰接的第一定长杆；第一定长杆包括直杆部分和向外凸出的凸块部分，支撑杆的与直杆部分铰接，第一丝杆机构与凸块部分铰接；第二单元包括与第二电机连接的第二丝杆机构和与运动平台铰接的第二定长杆，第二丝杆机构与第二定长杆铰接。该实用新型具有结构简单，承载能力强，体积较小，加工和装配工艺性好的优点。该申请提供的机器人腿部机构承载能力强，但是由于其没有膝关节，运动性能有一定的限制。该结构的机器人会存在行走较慢的情况。

申请公布号为CN 1833829 A的专利文献公开了一种具有双球形髋关节机构和7自由度腿部的仿人机器人下肢结构，其中髋关节3个自由度，膝关节1个自由度，踝关节3个自由度。髋关节采用双球型机构，即六个旋转轴交于一点，这样在膝关节和踝关节不动作的时候，使仿人型机器人在不增加关节的情况下实现腰部功能。踝关节添加一个旋转的自由度，可以使仿人机器人的腿部实现更加丰富的动作。该申请提供的机器人下肢机构机器人腿部动作确实会更加灵活。但是其有7个自由度，踝关节增加1个自由度后，腿部惯量比原来大的多，其运动能力会进一步受限。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种串并联混合的仿人足球机器人腿部机构，解决了现有技术腿部机构惯量过大、刚性不足的问题。