[发明专利]一种仿人双足机器人及其小腿结构

说明书

本发明提供一种仿人双足机器人及其小腿结构，该小腿结构包括：竖直方向相对设置的两个侧板，两个侧板之间形成纵向延伸的容置腔体；踝关节，包括：双自由度转动节，双自由度转动节装设于容置腔体的底端，其在与侧板垂直的平面内具有围绕第一轴向方向的第一转动自由度和围绕第二轴向方向的第二转动自由度，第一轴向方向与第二轴向方向垂直，且第一轴向方向与侧板垂直；通过第一驱动绳驱动双自由度转动节围绕第一轴向方向旋转的第一驱动机构；通过第二驱动绳驱动双自由度转动节围绕第二轴向方向旋转的第二驱动机构；第一驱动机构和第二驱动机构沿着纵向方向排列在容置腔体内。

技术领域

本发明涉及机器人领域，特别涉及一种仿人双足机器人及其小腿结构。

背景技术

由于足式机器人具有灵活的运动能力，更强的环境适应性和拟人性等优点，愈发受到重视。目前双足机器人发展较为迅速，但是双足机器人的运动速度受限，特别是电机驱动的双足机器人，很难实现人类快速跑步形态。其主要受限原因为机器人的足部结构质量重，惯量大，尺寸合适的电机无法提供机器人快速跑步的形态所需的扭矩。因此提高电机的功率密度和降低机器人足部结构的质量与惯量是使机器人实现快速跑步的方向，由于电机的功率密度的提高受限于基础理论领域和材料领域的突破，现阶段降低机器人足部结构的质量与惯量尤为关键与有效。踝关节是距离机器人腰部最远的关节，它的惯量降低，能够同时降低髋关节、膝关节的力矩需求，因此，如何设计一种质量轻、惯量小的踝关节结构是当前本领域技术人员研究的重要问题。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供一种仿人双足机器人及其小腿结构，其将踝关节的驱动部分上移至小腿部分，并且简化了踝关节的转动结构，使得机器人的踝关节质心上移，从而降低踝关节的惯量。

在一个实施例中提供了一种仿人双足机器人的小腿结构，包括：

小腿壳体，所述小腿壳体包括沿着竖直方向相对设置的两个侧板，两个侧板之间形成纵向延伸的容置腔体；

踝关节，所述踝关节包括：

双自由度转动节，所述双自由度转动节装设于所述容置腔体的底端，所述双自由度转动节在与所述侧板垂直的平面内具有围绕第一轴向方向的第一转动自由度和围绕第二轴向方向的第二转动自由度，所述第一轴向方向与所述第二轴向方向垂直，且第一轴向方向与所述侧板垂直；

第一驱动机构，所述第一驱动机构用于驱动所述双自由度转动节围绕所述第一轴向方向旋转，所述第一驱动机构通过第一驱动绳与所述双自由度转动节连接；

第二驱动机构，所述第二驱动机构用于驱动所述双自由度转动节围绕所述第二轴向方向旋转，所述第二驱动机构通过第二驱动绳与所述双自由度转动节连接；

所述第一驱动机构和第二驱动机构沿着纵向方向排列在所述容置腔体内。

在一个实施例中，所述双自由度转动节包括：

十字轴，所述十字轴包括沿着第一轴向方向延伸的第一轴和沿着第二轴向方向延伸的第二轴，所述第一轴的两端固定至所述侧板；

轴线方向相互垂直的第一转动副和第二转动副，所述第一轴与第二转动副固定连接，所述第二轴的两端与所述第一转动副转动连接，所述第一转动副通过连接件与所述第二转动副连接；

所述第一转动副在所述第一驱动机构的驱动下独立于所述第二转动副围绕第一轴向方向转动，所述第二转动副在所述第二驱动机构的驱动下带动所述第一转动副一起围绕第二轴向方向转动。

在一个实施例中，所述第一转动副包括：转动配合的第一转动外圈和第一固定内圈，所述第一驱动绳与所述第一转动外圈连接，述第二轴的两端与所述第一固定内圈转动连接；

第二转动副包括：转动配合的第二转动外圈和第二固定内圈，所述第二转动外圈通过连接件与所述第一固定内圈固定连接，所述第二驱动绳与所述第二转动外圈连接，所述第一轴与所述第二固定内圈固定连接。