[发明专利]基于双曲柄复合连杆机构的腿部机构及其仿生机器人

说明书

本发明公开了一种基于双曲柄复合连杆机构的腿部机构，包括机架、设置于所述机架的第一曲柄、第二曲柄、依次串联铰接于所述第一曲柄和第二曲柄之间以形成闭环结构的连杆、大腿杆和小腿杆；所述机架与连杆之间铰接有摇杆，所述小腿杆末端固定有足部，用于输出步幅进行行走；本发明的腿部机构和机器人能够减轻腿部质量和腿部摆动时的惯量，提高了机器人在非结构地形条件下的行走速度、负载能力。

技术领域

本发明涉及机器人领域，特别涉及一种基于双曲柄复合连杆机构的腿部机构及其仿生机器人。

背景技术

现有的步行机器人的足数分别为一足、二足、三足、四足、六足、八足甚至更多。其中偶数占绝大多数，因为就直线运动来说，偶数足能产生有效的步态。足的数目多时适合于重载和慢速运动，而二足或四足结构简单且更灵活一些。与二足相比，四足步行机器人承载能力强、稳定性好，既能以静态步行方式实现不平地面及复杂地形上的行走，又能以动态步行方式(实现高速行走，在抢险救灾、排雷、探险、娱乐及军事等许多方面有很好的应用前景，现有的足式机器人的腿部机构多为通过大腿驱动小腿，或者大腿和小腿分别设置驱动机构的方式实现，结构复杂，且足式机器人的大腿与小腿连接处形成关节，由于足式机器人关节受力的复杂性及其特殊性，即在关节运动速度和驱动力矩大小这两者的均衡性上有特殊要求，如何达到减轻腿部质量和腿部摆时的惯量，同时提高机器人在非结构地形条件下的高速、负载能力是一个亟待解决的问题。

因此，需要一种能够减轻腿部质量和腿部摆时惯量，提高了机器人在非结构地形条件下的行走速度、负载能力的基于双曲柄复合连杆机构的腿部机构及其仿生机器人。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种能够减轻腿部质量和腿部摆时惯量，提高了机器人在非结构地形条件下的行走速度、负载能力的基于双曲柄复合连杆机构的腿部机构及其仿生机器人。

本发明的基于双曲柄复合连杆机构的腿部机构，包括机架、设置于所述机架的第一曲柄、第二曲柄、依次串联铰接于所述第一曲柄和第二曲柄之间以形成闭环结构的连杆、大腿杆和小腿杆；所述机架与连杆之间铰接有摇杆，所述小腿杆末端固定有足部，用于输出步幅进行行走；

进一步，本发明的基于双曲柄复合连杆机构的腿部机构，还包括动力装置，所述动力装置用于驱动所述第一曲柄和第二曲柄同步转动；

进一步，所述摇杆一端铰接于第一曲柄和第二曲柄之间的机架上，另一端铰接于连杆中部；

进一步，所述足部采用缓冲材料制作；

进一步，所述第一曲柄和第二曲柄分别传动连接有通过同步带进行传动的第一同步带轮和第二同步带轮；

进一步，所述动力装置为伺服电机；所述伺服电机的输出轴传动连接于所述第一或第二同步带轮；

进一步，该腿部机构的各个杆件均设有减重孔。

本发明还公开了一种仿生机器人，包括机身和一个或多个权利要求1-7任一项所述的基于双曲柄复合连杆机构的腿部机构；

进一步，所述腿部机构为两对，并对称设置与所述机身的两侧。

本发明的有益效果：

1.本发明的腿部机构采用双曲柄摇杆结构与五杆机构形成的复合连杆机构，充分利用了五杆机构丰富的轨迹特性，避免了五杆机构存在死点的可能，可实现足端以不同的步幅进行行走；

2)通过带传动结构实现腿部机构中两曲柄同步转动，实现了每个腿部机构只使用一个驱动电机来实现机器人抬腿迈步，简化了驱动部分控制；

3)由电机驱动腿部机构的曲柄连续转动，不必改变电机转动方向就可实现腿部连续运动，有效提高了运动效率，减小了高速下电机冲击；