[发明专利]一种带弹簧储能的连杆式机械腿及机器人

说明书

本发明涉及一种带弹簧储能的连杆式机械腿及机器人，包括大腿，所述大腿一端与小腿转动连接，另一端设置有动力件，所述动力件与第一连杆的一端铰接，第一连杆的另一端与第二连杆一端铰接，第二连杆与大腿滑动连接，能够沿大腿轴线方向运动，第二连杆与弹性件的一端固定连接，弹性件的另一端与大腿固定连接，第二连杆的另一端与第三连杆的一端铰接，第三连杆的另一端与小腿端部铰接，本发明的机械腿能够有效降低电机的输出扭矩峰值，减少能量消耗。

技术领域

本发明涉及腿足式机器人技术领域，具体涉及一种带弹簧储能的连杆式机械腿及机器人。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

腿足式机器人相对于轮式、履带式机器人有较强的地形适应能力、越障能力和灵活运动能力，是在复杂地形环境中作业的理想平台，具有广阔的应用前景。

现有的电机驱动的机械腿部结构多数包括大腿、小腿和足部，驱动电机通常有两种布置方式：一是大腿上端安装在髋关节电机输出轴上，大腿下端与小腿铰接，电机安装在膝关节上，髋关节电机驱动大腿的活动，膝关节电机驱动小腿的活动，如瑞士的ANYma l四足机器人，这种布置方式由于膝关节上的电机增加了腿部结构的重量，使得腿部转动惯量增大，显著增加了机器人行走时摆动腿消耗的能量，降低了腿部的快速响应能力；另一种是大腿和小腿的驱动电机都布置在髋关节处，小腿驱动电机通过传动连杆或同步带驱动小腿的运动，这种布置方式显著减小了腿部的转动惯量。四足机器人行走时膝关节需要较大的驱动力矩，且膝关节电机总是在某一转动方向输出较大扭矩支撑机器人身体重量，另一转动方向仅输出较小扭矩以驱动摆动腿运动，以上两种布置方式都需要较大峰值扭矩的膝关节驱动电机。

中国专利文献CN107651041A公开了一种电动四足机器人的单腿结构，膝关节驱动电机与髋关节驱动电机同轴布置，采用同步带驱动膝关节。中国专利文献CN106904226A公开了一种电驱动四足机器人的腿部动力系统结构，膝关节驱动电机与髋关节驱动电机同轴布置，采用传动连杆驱动膝关节。以上两种发明都将膝关节驱动电机与髋关节驱动电机同轴布置，有效减小了四足机器人腿部的转动惯量，但发明人发现，膝关节无论采用同步带传动还是一节传动连杆传动都无法实现对膝关节驱动电机输出力矩的优化利用。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种带弹簧储能的连杆式机械腿，能够显著减小膝关节驱动电机扭矩峰值，进而降低整个机器人的能量消耗。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明的实施例提供了一种带弹簧储能的连杆式机械腿，包括大腿，所述大腿一端与小腿转动连接，另一端设置有动力件，所述动力件与第一连杆的一端铰接，第一连杆的另一端与第二连杆一端铰接，第二连杆与大腿滑动连接，能够沿大腿轴线方向运动，第二连杆与弹性件的一端固定连接，弹性件的另一端与大腿固定连接，第二连杆的另一端与第三连杆的一端铰接，第三连杆的另一端与小腿端部铰接。

动力件能够带动第一连杆运动，第一连杆通过第二连杆和第三连杆带动小腿产生与大腿总成的相对转动。

第二方面，本发明的实施例提供了一种机器人，安装有所述的连杆式机械腿。

本发明的有益效果：

本发明的机械腿，通过设置弹性件，当机械腿处于摆动相时，电机仅用较小的输出扭矩驱动腿的运动，大部分输出扭矩通过第一连杆、第二连杆及第三连杆将弹性件拉伸存储能量；当机械腿处于支撑相时，弹性件的收缩力、第一驱动电机的输出扭矩共同支撑机器人的重量，显著减小了第一驱动电机的输出力矩峰值，降低了能量消耗。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本发明实施例1整体结构示意图；