[发明专利]低惯量高承载的腿部结构及应用其的足式机器人

权利要求书

1.一种低惯量高承载的腿部结构，其特征在于，该腿部结构包括胯部连接器（1）、骨盆总成（2）、腿连杆（3）、膝关节电机（43）、髋关节电机（42）和侧摆关节电机（41），其中，

所述胯部连接器（1）用于固定所述膝关节电机、髋关节电机和侧摆关节电机的定子；所述腿连杆（3）、膝关节电机（43）、髋关节电机（42）和侧摆关节电机（41）分别布置在所述骨盆总成的四个侧面，且与所述骨盆总成（2）连接，所述侧摆关节电机（41）与髋关节电机（42）同轴相对设置，所述膝关节电机（43）与腿连杆（3）相对设置，该膝关节电机的轴线与所述侧摆关节电机（41）和髋关节电机（42）的连线相交且相互垂直，所述膝关节电机（43）用于驱动所述腿连杆（3）中的小腿连杆（33）转动，所述髋关节电机（42）用于驱动所述腿连杆（3）中的大腿连杆（30）转动，所述侧摆关节电机（41）用于驱动所述腿连杆（3）侧向摆动，以此实现所述腿部结构的外摆/内收、大腿屈/伸和小腿屈/伸三自由度运动的解耦；

所述骨盆总成（2）包括U型骨盆基座（200）和设置在该U型骨盆中的髋关节输入齿轮（202）、髋关节输出齿轮（203）和万向节（201），其中，所述髋关节输入齿轮（202）和髋关节输出齿轮（203）相互啮合，并且二者的转动轴线相交且相互垂直，该髋关节输出齿轮（203）与所述骨盆基座（200）通过髋关节轴承（205）连接，所述万向节（201）纵向连接轴（2013）分别与所述U型骨盆基座（200）的两个耳板连接，该万向节（201）的输入轴与所述膝关节电机（43）的转子连接，输出轴贯穿髋关节输出齿轮（203），该输出轴驱动所述小腿连杆（33）转动，所述万向节（201）的输入轴、输出轴和纵向连接轴相交于所述万向节（201）的中心；

所述髋关节电机（42）的转子与所述髋关节输入齿轮（202）连接，所述髋关节输入齿轮（202）贯穿所述U型骨盆基座（200）中靠近所述髋关节电机（42）一侧的耳板，该髋关节电机（42）的转动带动所述髋关节输入齿轮（202）和髋关节输出齿轮（203）转动，进而将所述髋关节电机（42）的转动输出；所述侧摆关节电机（41）的转子与所述U型骨盆基座（200）远离所述髋关节输入齿轮（202）一侧的耳板固接，该侧摆关节电机（41）转动带动所述U型骨盆基座（200）转动，进而将该侧摆关节电机的转动输出。

2.如权利要求1所述的一种低惯量高承载的腿部结构，其特征在于，所述骨盆基座（200）、髋关节输出齿轮（203）、髋关节轴承（205）和腿连杆（3）共同构成侧摆运动传动链，所述侧摆关节电机（41 ）驱动该侧摆运动传动链，使腿连杆（3）绕所述骨盆基座（200）的两个耳板的孔中心连线转动，以此实现所述腿连杆（3）外摆/内收运动。

3.如权利要求1所述的一种低惯量高承载的腿部结构，其特征在于，所述髋关节输入齿轮（202）、髋关节输出齿轮（203）、大腿连杆（30）共同构成大腿连杆运动传动链，所述髋关节电机（42）通过大腿连杆运动传动链控制大腿连杆（30）绕髋关节轴承（205）的几何轴线转动，以此实现大腿连杆（30）伸展/收缩，即大腿屈伸运动。

4.如权利要求1所述的一种低惯量高承载的腿部结构，其特征在于，所述万向节（201）、小腿传动机构（31）、推杆（34）、小腿连杆（33）共同组成小腿连杆运动传动链，所述膝关节电机（43）通过小腿连杆屈伸传动链驱动小腿连杆（33）绕膝关节轴（32）的几何轴线转动，以此实现机器人小腿连杆（33）伸展/收缩，即小腿屈伸运动。

5.如权利要求1所述的一种低惯量高承载的腿部结构，其特征在于，髋关节输入齿轮（202）和髋关节输出齿轮（203）均为伞状齿轮，二者的安装轴线相交且相互垂直。

6.如权利要求1所述的一种低惯量高承载的腿部结构，其特征在于，所述腿连杆（3）包括大腿连杆（30）、小腿连杆（33）和推杆（34），其中，所述大腿连杆（30）与髋关节输出齿轮（203）固连；所述小腿连杆（33）与大腿连杆通过膝关节轴（32）连接，所述推杆（34）一端与所述膝关节轴（32）连接，另一端设置有小腿传动机构（31），该小腿传动机构（31）与所述万向节（201）的输出轴固连。