[发明专利]一种基于跨关节协同驱动的仿人机器人

说明书

本发明提供一种基于跨关节协同驱动的仿人机器人，包括躯干、髋关节、大腿杆、膝关节、小腿杆、踝关节、脚掌、固定在躯干处的第一对驱动单元、固定于髋关节内的第二对驱动单元和固定于膝关节内的第三对驱动单元。其中，第一对驱动单元的两个驱动单元通过第一对连杆的两个连杆分别与髋关节连接，第二对驱动单元的两个驱动单元通过第二对连杆的两个连杆分别与膝关节连接，第三对驱动单元的两个驱动单元通过第三对连杆的两个连杆分别与踝关节连接。该仿人机器人利用协同驱动的双电机同时输出峰值，相对于现有技术，理论上降低了单一关节输出力矩时要求的一半，并强化各关节的协同驱动能力；且在兼顾减少传动机构的前提下，将惯量上移程度做到最大。

技术领域

本发明涉及仿人机器人领域，尤其涉及一种基于跨关节协同驱动的仿人机器人。

背景技术

仿人机器人不仅是一个国家高科技综合水平的重要标志，也在人类生产、生活中有着广泛的用途。由于仿人机器人具有人类的外观特征，因而可以适应人类的生活和工作环境，代替人类完成各种作业。它不仅可以在有辐射、粉尘、有毒的环境中代替人们作业，而且可以在康复医学上形成动力型假肢，协助瘫痪病人实现行走的梦想。将来它可以在医疗、生物技术、教育、救灾、海洋开发、机器维修、交通运输、农林水产等多个领域得到广泛应用。

目前国内外，在危险、有害等工况环境代替真人作业的仿人型机器人(下文简称仿人机器人)均为各关节串联布局结构；或以关节串联为主，并联驱动为辅的布局结构。各关节串联布局结构；或以关节串联为主，并联驱动为辅的布局结构具有拓扑布局简单、动力学解算相对容易、结构设计相对容易、各关节间结构关系简单等优点。

现有仿人机器人的下肢的灵活运动一般需要六个自由度，即髋关节自旋、前摆和外摆、膝关节的前摆以及踝关节的前摆和外摆，这些关节为电机和减速器一体化的独立关节，其驱动能力弱，且运动惯量大，则不利于仿人机器人的下肢运动，难以实现彷人机器人的快速跑动等灵活运动。

发明内容

鉴于此，本发明实施例提供了一种基于跨关节协同驱动的仿人机器人，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷。

本发明的技术方案如下：

所述仿人机器人包括躯干、髋关节、大腿杆、膝关节、小腿杆、踝关节和脚掌，所述仿人机器人还包括：固定在所述躯干处的第一对驱动单元；固定于所述髋关节内的第二对驱动单元；固定于所述膝关节内的第三对驱动单元。

其中，所述第一对驱动单元的两个驱动单元通过第一对连杆的两个连杆分别与髋关节连接，以带动所述髋关节的自旋和/或前摆动作；所述第一对驱动单元的两个驱动单元协同驱动，所述第一对连杆的两个连杆同向摆动时，所述髋关节为前摆动作；所述第一对连杆的两个连杆反向摆动时，所述髋关节为自旋动作；

所述第二对驱动单元的两个驱动单元通过第二对连杆的两个连杆分别与膝关节连接，以带动所述髋关节的外摆和/或小腿杆的前摆动作；所述第二对驱动单元的两个驱动单元协同驱动，所述第二对连杆的两个连杆同向摆动时，所述小腿杆为前摆动作；所述第二对连杆的两个连杆反向摆动时，所述髋关节为外摆动作；

所述第三对驱动单元的两个驱动单元通过第三对连杆的两个连杆分别与踝关节连接，以带动所述踝关节的前摆和/或外摆动作；所述第三对驱动单元的两个驱动单元协同驱动，所述第三对连杆的两个连杆同向摆动时，所述踝关节为前摆动作；所述第三对连杆的两个连杆反向摆动时，所述踝关节为外摆动作。

在一些实施例中，所述髋关节包括髋自旋框架和髋外摆框架，所述髋外摆框架具有两个相互垂直的方向轴结构，其中一个方向轴与所述髋自旋框架连接，另一个方向轴与所述大腿杆的上端枢轴连接；所述髋自旋框架与躯干可转动连接，并用于支撑所述躯干。

在一些实施例中，所述第一对驱动单元的其中一个驱动单元与所述第一对连杆的其中一个连杆的一端连接，该连杆的另一端与所述髋自旋框架连接，使得第一对驱动单元的一个驱动单元、第一对连杆的一个连杆和髋自旋框架组成双摇杆机构。