[发明专利]一种具有主被动柔顺功能的双足机器人脚部机构

说明书

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。

技术领域

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

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。

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。

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联弹性驱动器的方式，对踝关节的结构进行设计。在进行机器人设计时，需要详细设计主被动柔顺驱动脚部关重件，如果直接将弹性元件应用到机器人本体上，可能会带来未知的震动，造成机器人行走的不稳定，难以满足使用要求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种双足机器人脚部机构,能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。

为实现上述目的，按照本发明，提供了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。

优选地，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。

优选地，所述第一阻尼器的数量为两个。