[发明专利]一种髋关节增强的小型仿人机器人六自由度腿结构

说明书

本发明公开了一种髋关节增强的小型仿人机器人六自由度腿结构，其包括髋关节和对称设置于所述髋关节两端的左腿和右腿，所述左腿和所述右腿的结构相同，于所述左腿的大腿上设有髋旋转驱动电机，所述髋旋转驱动电机的驱动轴、支撑轴共线，所述驱动轴竖直向上设置，所述支撑轴竖直向下设置，且所述驱动轴和所述支撑轴分别与所述左腿的膝关节连接。本发明设计合理巧妙，更改自由度配置顺序，降低髋旋转驱动电机的物理位置，减少髋旋转驱动电机所承受的拉力，避免交变往复作用力对局部结构的影响，增强结构刚度与可靠性，减少仿人机器人重量，同时髋旋转驱动电机与膝关节采用驱动轴和支撑轴双端连接，保证充足的角度活动范围，不影响腿部的灵活程度。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种髋关节增强的小型仿人机器人六自由度腿结构。

背景技术

因为现有的小型仿人机器人的本体结构仅能采用简单连接方式，驱动电机的可选范围很小，外形尺寸固定，传动与连接方式单一，所以小型仿人机器人机械结构将受到更多的设计约束。在简单结构连接条件下，一旦局部结构的强度不足时，则易于出现局部结构的损伤且难以加强的问题。当结构件仅单独与驱动轴连接而未与支撑轴连接时，在长时间受到复杂作用力交变作用下，髋关节极易产生连接轴的磨损甚至断裂，进而缩短了小型仿人机器人的使用寿命。为此，现有三种解决方案：其一是消除髋关节旋转自由度，使得髋关节仅有前摆和侧摆的自由度，从而避免结构件与驱动电机的单端连接，此方法以降低仿人机器人腿部灵活度为代价，而增加机器人的可靠性，然而由于欠缺自由度，机器人的旋转步行能力大幅下降，需要借助两脚与地面的磨擦实现，进而造成髋关节力矩增加；其二是在易受损伤处增加滚针轴承，以此增加支撑轴处的承压能力，尽管此方法能够消除部分针对主动轴的弯矩，但由于结构的限制，结构件与滚针轴承处无法增加拉力载荷的承受力，而髋旋转关节在步行期间的频繁抬脚与落脚动作，将出现交互的压力载荷和拉力载荷，因此此方法对局部结构的增强仍然难以很好地解决交变受力造成的结构损伤问题；其三是设计更为复杂的轴承结构，使得拉压载荷及扭转载荷主要由驱动电机外壳承受，而驱动轴则仅提供驱动转矩，这一方式能够完全消除驱动轴处的复杂交变载荷作用，从而达到极高的可靠性，但其结构复杂度大幅度提升，增加了仿人机器人的结构重量，占用了较大的空间，与小型仿人机器人的小型化、轻量化要求相矛盾。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明公开了一种髋关节增强的小型仿人机器人六自由度腿结构。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种髋关节增强的小型仿人机器人六自由度腿结构，其包括髋关节和对称设置于所述髋关节两端的左腿和右腿，所述左腿和所述右腿的结构相同，于所述左腿的大腿上设有髋旋转驱动电机，所述髋旋转驱动电机的驱动轴、支撑轴共线，所述驱动轴和所述支撑轴的轴线重合，所述驱动轴竖直向上设置，所述支撑轴竖直向下设置，且所述驱动轴和所述支撑轴分别与所述左腿的膝关节连接，降低所述髋旋转驱动电机的物理位置，更改自由度配置顺序，减少所述髋旋转驱动电机所承受的拉力，避免交变往复作用力对局部结构的影响，增强结构刚度与可靠性，降低仿人机器人的重量。

上述的髋关节增强的小型仿人机器人六自由度腿结构，其中所述髋旋转驱动电机与所述大腿固定连接，所述膝关节包括活动设置于所述大腿下方的膝旋转框架，所述髋旋转驱动电机的所述驱动轴与所述膝旋转框架的上端连接，所述髋旋转驱动电机的所述支撑轴与所述膝旋转框架的下端连接，所述髋旋转驱动电机控制所述膝旋转框架旋转，从而实现仿人机器人步行转弯，所述髋旋转驱动电机与所述膝旋转框架采用所述驱动轴和所述支撑轴双端连接，有效地承受压力载荷、拉力载荷及其它复杂的弯扭载荷，从而大幅度地增加髋关节的刚度与可靠性。

上述的髋关节增强的小型仿人机器人六自由度腿结构，其中所述左腿的上端并列设有髋侧摆驱动电机和髋前摆驱动电机，所述髋侧摆驱动电机的驱动轴与所述髋关节连接，所述髋前摆驱动电机的驱动轴与所述大腿连接，所述髋侧摆驱动电机控制所述左腿实现左右摆动，所述髋前摆驱动电机控制所述左腿实现前后摆动。