[发明专利]一种后空翻双足机器人

说明书

本发明公开了一种后空翻双足机器人，该机器人包括两组对称的子结构，每组子结构中均包含一个同轴大力矩双输出的减速结构、一个轻量化的筝形腿部结构和一个从动型的双平行四边形足部结构；每个轻量化筝形腿部结构由同轴大力矩双输出的减速结构带动，实现冠状面的腿部运动，每个从动型的双平行四边形足部结构由筝形腿部结构带动，实现足部底面与身体横断面的平行。本发明的关节输出力矩相对其自身质量的比值较大，克服了一般双足机器人存在的不足，能够实现奔跑、跳跃以及后空翻等相对激烈的运动，可广泛应用于生产物流、工业应用和腿足研究领域中。

技术领域

本发明属于双足机器人领域，尤其涉及一种后空翻双足机器人。

背景技术

移动机器人在科研、军事、教育、服务和娱乐等方面已获得广泛的研究和应用。根据移动方式的不同来，移动机器人可分为：轮式机器人、腿足式机器人、履带式机器人、爬行机器人、蠕动式机器人和游动式机器人等类型。

相对于轮式和履带式机器人，腿足机器人尤其是双足机器人独特的离散式行走模式使其具有更强的机动性和环境适应性。传统轮式机器人、履带式机器人使用场景局限性大，传统的轮式机器人越障能力差、地形适应能力差、转弯效率低，或转外半径大，容易打滑，不够不平稳。而履带式机器人对地形的要求也很高，对高地落差较大的地形无能为力，不及双足机器人灵活方便。双足机器人几乎可以适应各种复杂地形，能够跨越障碍，有着良好的自由度、动作灵活。未来有望在军事、服务、科普和娱乐等领域获得广泛应用，在模仿和探索腿足运动的机理、了解腿足动物的运动等方面也有较大的研究意义和实用价值。

在双足机器人乃至腿足式机器人的研究中，后空翻一直是检验机器人综合性能的重要指标和难点。就算是专业的体操运动员也要训练多年才能完成后空翻动作，更何况是机器人。要实现后空翻，至少需要满足以下三个条件。第一，足够高的输出功率。如果它的输出功率不够大，就会导致起跳高度不够大，以至于不能给翻转留出足够的时间，更谈不上后续的动态调整。第二，较高的机械强度。没有足够的机械强度，即使机器人有足够的输出功率，它的机械结构也会在起跳/着陆的瞬间被巨大的冲击力压溃。第三，精密的控制算法。从起跳、空翻到平稳着地，它的控制芯片必须通过数学公式预先精确计算、规划好各个部件运动线路、方向和角度，然后精密地控制起跳、翻转和落地[9]，在整个过程中机器人还需要通过各种传感器返回的数据进行动态调整。

虽然1995年麻省理工学院的3D Biped机器人就已经可以完成后空翻动作，但之后长达20余年的时间中始终没有其他机器人被证明也可以后空翻。直到2017年，由波士顿动力公司研发的双足机器人Atlas才继3D Biped机器人后又一次成功实现了后空翻。2019年，由麻省理工学院研发的迷你猎豹第一次完成四足机器人的后空翻动作。但是，由于自身重量和关节输出力矩的限制，目前还没有一台电机驱动的双足机器人能够完成后空翻动作。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种后空翻双足机器人。该后空翻双足机器人包含同轴大力矩输出的减速结构、轻量化的筝形腿部结构、从动型的双平行四边形足部结构，其关节输出力矩与其自身质量的比值较大，能够实现奔跑、跳跃以及后空翻等相对激烈的运动。