一种具有主被动柔顺功能的双足机器人脚部机构.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107933735A(43)申请公布日2018.04.20(21)申请号201711201789.7(22)申请日2017.11.27(71)申请人华中科技大学地址430074湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号(72)发明人高亮董昊臻胡成颢宋志涛钟浩然王美思(74)专利代理机构华中科技大学专利中心42201代理人周磊曹葆青(51)Int.Cl.B62D57/032(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称一种具有主被动柔顺功能的双足机器人脚部机构(57)摘要本发明属于液压伺服控制领域，并公开了一种具有主被动柔顺功能的双足机器人脚部机构，包括小腿板、液压缸、中足支撑架、十字旋转轴、第一阻尼器、弹性元件、前脚掌、后脚掌、第一中间连杆和第二中间连杆。本发明增加了机器人对不同步态的适应能力，为踝关节设计具有变刚度功能的类跟腱结构，提高了步行中的能量利用率；对小腿结构进行优化设计，减轻整个结构的重量；仿照人类的脚掌结构，为机器人设计了更加接近人类脚部结构的带前后脚掌的机器人脚部结构，并根据关节运动特点为不同关节加入主被动柔顺结构，实现不同的柔顺功能。CN107933735ACN107933735A权利要求书1/1页1.一种具有主被动柔顺功能的双足机器人脚部机构，其特征在于，包括小腿板、液压缸、中足支撑架、十字旋转轴、第一阻尼器、弹性元件、前脚掌和后脚掌，其中，所述液压缸为两个并且它们分别竖直安装在所述小腿板上，每个所述液压缸的活塞杆均朝下设置并且分别连接在所述中足支撑架上；所述十字旋转轴水平设置，其包括相互垂直的第一转轴和第二转轴，所述第一转轴的两端分别连接在所述小腿板上，所述第二转轴的两端分别连接在所述中足支撑架上；所述中足支撑架的一侧通过第一铰轴铰接所述第一阻尼器的一端，所述第一阻尼器的另一端通过第二铰轴铰接在所述后脚掌上；所述中足支撑架的另一侧通过第三铰轴铰接所述弹性元件的一端，所述弹性元件的另一端通过第四铰轴铰接在所述前脚掌上；所述前脚掌通过所述第四铰轴铰接第一中间连杆的一端，所述第一中间连杆的另一端通过第五铰轴铰接在所述中足支撑架上；所述第一中间连杆通过第六铰轴铰接第二中间连杆的一端，所述第二中间连杆的另一端通过所述第二铰轴铰接在所述后脚掌上；所述前脚掌和后脚掌均位于所述中足支撑架的下方，并且所述第一铰轴～第六铰轴均水平设置。2.根据权利要求1所述的一种具有主被动柔顺功能的双足机器人脚部机构，其特征在于，所述第一铰轴上安装有带轮机构，所述带轮机构的其中一个带轮上安装有绝对角度传感器。3.根据权利要求1所述的一种具有主被动柔顺功能的双足机器人脚部机构，其特征在于，所述第一阻尼器的数量为两个。4.根据权利要求1所述的一种具有主被动柔顺功能的双足机器人脚部机构，其特征在于，还包括第二阻尼器，所述第二阻尼器的一端通过所述第四铰轴铰接在所述前脚掌上而另一端通过第七铰轴铰接在所述中足支撑架上。5.根据权利要求1所述的一种具有主被动柔顺功能的双足机器人脚部机构，其特征在于，所述第二阻尼器为可调阻尼器，其包括阻尼器本体及安装在所述阻尼器本体上的舵机。6.根据权利要求1所述的一种具有主被动柔顺功能的双足机器人脚部机构，其特征在于，所述前脚掌上还设置有直线位移传感器，并且该直线位移传感器与所述第二阻尼器平行，以用于测量所述第二阻尼器的移动杆的位移。2CN107933735A说明书1/4页一种具有主被动柔顺功能的双足机器人脚部机构技术领域[0001]本发明属于液压伺服控制领域，更具体地，涉及一种双足机器人脚部机构。背景技术[0002]关节仿生驱动技术是机器人领域中的一个重要研究方向，尤其踝关节作为仿人机器人脚部结构的重要组成部分，没有这个自由度的机器人基本不可能实现人的步态，它也是机器人脚部结构简化模型中最重要的一个关节。长期以来，机器人踝关节都是刚性的、单自由度的，致使机器人脚部承受较大冲击力且运动能力不足。因此在以往的基础上，提出了以下几点改进措施：1)、为踝关节添加弹性元件，增加抗冲击能力，并使其能够实现力控制功能；2)、为踝关节添加翻滚自由度，增加机器人对不同步态的适应能力；3)、为踝关节设计具有变刚度功能的类跟腱结构，提高步行中的能量利用率；4)、利用拓扑优化方法对小腿结构进行优化设计，减轻整个结构的重量。[0003]传统的仿人机器人，往往使用单脚板作为其脚掌，由于单脚掌结构缺乏相应的自由度和缓冲性能，导致传统的机器人很难模仿人类的行走步态，从而限制了性能上的进一步提高。[0004]鉴于刚性关节难以满足目前更加广泛的应用需要，在关节中加入弹性元件是目前关节设计的主流形式，而串联弹性驱动器正是目前最热门的形式，因此采用在机器人踝关节中加入串