[发明专利]面向大承载高动态足式机器人的变刚度单向驱动摆动关节

说明书

本发明提供了一种面向大承载高动态足式机器人的变刚度单向驱动摆动关节，包括驱动模块、机械传动模块和关节外壳。驱动模块安装在关节外壳外侧，机械传动模块安装在关节外壳内部。驱动模块的输出轴与机械传动模块相连接，驱动模块通过无级变速提供连续变化的传动比实现第一转速输出和第二转速输出；机械传动模块的输出端为摆动关节的动力输出端，与机器人腿部结构相连接，并带动机器人腿部结构高频往复摆动。本发明结构简单、紧凑，易于在足式机器人系统中集成应用。

技术领域

本发明涉及足式机器人技术领域，具体涉及一种面向大承载高动态足式机器人设计需求的可变刚度的单向驱动式摆动关节。

背景技术

关节是足式机器人肢体实现仿生运动的核心运动部件。

足式机器人肢体的运动特点是持续的往复运动，随着足式机器人总体运动性能向高动态方向发展，高频往复运动能力和自身刚度动态调节能力，成为关节部件的重要设计需求。

另一方面，大承载能力也正在成为推动足式机器人应用发展所需，而这对于主要依赖电机与减速器进行驱动传动的常规关节方案带来了极大技术挑战。负载提升，意味着减速比随之增加，致使电机频繁换向的难度更大。

通过机械式换向机构，带动单向旋转驱动的电机实现换向，是可行的技术方向。然而现有技术所主要采用的多连杆机构换向方案，限制了关节输出的工作空间，且因机构性能随姿态时变而难以应于高动态控制。

因此，如何提供一种实现大承载高动态足式机器人系统的新型的可变刚度单向驱动式摆动关节是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种面向大承载高动态足式机器人的变刚度单向驱动摆动关节，使得在腿部关节的高速步态中，电机可以保持旋转方向不变，实现机器人腿部结构连续地往复摆动，从而降低电机的动态性能要求。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种面向大承载高动态足式机器人的变刚度单向驱动摆动关节，包括驱动模块、机械传动模块和关节外壳；其中，

驱动模块的输出轴与机械传动模块相连接；驱动模块通过无级变速提供连续变化的传动比实现第一转速输出和第二转速输出；

机械传动模块的输出端为摆动关节的动力输出端，与机器人腿部结构相连接，并带动机器人腿部结构高频往复摆动；包括：连轴齿轮、太阳轮、连轴行星架、内齿圈、行星轮组件；其中，连轴齿轮为机械传动模块的第一转速输入端，连轴行星架为机械传动模块的第二转速输入端，连轴齿轮与太阳轮一端啮合，行星轮组件与太阳轮另一端相啮合；行星轮组件和连轴行星架相连接；内齿圈套装在连轴行星架外侧，且与行星轮组件相啮合；内齿圈为摆动关节的动力输出端，与机器人腿部结构相连接；机械传动模块不需改变电机旋转方向，即可实现腿部结构的高频往复摆动。

关节外壳与机器人机身相连，驱动模块安装在关节外壳外侧，机械传动模块安装在关节外壳内部。

优选的，关节外壳包括前端盖、主壳体和后端盖；前端盖与主壳体相固连，后端盖与主壳体相固连；主壳体与机器人机身相连。

优选的，其特征在于，驱动模块包括主动轮电机、从动轮电机和无级变速装置；无级变速装置包括主动带轮、从动带轮、传动带；主动带轮和从动带轮通过传动带连接；主动轮电机与主动带轮相连接，从动轮电机与从动带轮相连接；

主动轮电机提供旋转动力输出到无级变速装置，进而通过主动带轮实现第一转速输出，从动轮电机通过调节行程来调整带传动的传动比以实现调速，进而通过从动带轮实现第二转速输出。