[发明专利]一种双足机器人下肢结构及其运动方法

说明书

本发明公开了一种双足机器人下肢结构，包括大腿部、小腿部、足部、减震部、平衡部、伸膝限位部、棘轮棘爪部、曲柄摇杆部，大腿部的底端与小腿部的顶端以及小腿部的底端与足部分别铰接，伸膝限位部安装于大腿部与小腿部的连接处之间，棘轮棘爪部安装于大腿部内并与伸膝限位部连接，曲柄摇杆部安装于小腿部与足部的连接处之间，减震部、平衡部分别安装于足部的内部。并公开了其运动方法。本发明通过设置的仿人型带有弧度的足部，和减震部、平衡部配合能够起到平稳行走缓冲减震的作用设置的曲柄摇杆部带动足部的上下转动，能够避免足部的运动角度过大导致行走失去稳定；膝关节的伸膝限位部的设置能够起到小腿伸直状态的限位作用。

技术领域

本发明涉及双足机器人领域，尤其是涉及一种双足机器人下肢结构及其运动方法。

背景技术

双足机器人在行走过程中有四个阶段。阶段一，支撑腿膝关节伸直并锁死，摆动腿脱离地面，膝关节弯曲，向前摆动；阶段二，摆动腿摆动至相应位置，摆动腿的大腿与小腿在膝关节发生碰撞，膝关节锁死；阶段三，单腿支撑阶段；阶段四，脚与地面碰撞，双腿速度发生突变，摆动腿与支撑腿进行状态切换。在这四个阶段中，膝关节的碰撞锁合起着重要的作用，避免了机器人在支撑阶段由于关节弯曲引起的机器人摔倒。所有有膝盖的动态行走机器人都面临着通过进行伸膝屈膝进行支撑腿和摆动腿切换的问题。

在现有技术中有膝关节的双足机器人，大都利用电机进行屈膝与伸直，利用机器人自身重力加上弹簧和卡槽来进行伸膝限制，以完成腿的支撑和摆动过程。该方法在脚离地瞬间，膝关节的弹簧弹出时，由于弹簧反力的作用，会使机器人在单腿支撑和摆动的时候失去平衡，不利于机器人的进行支撑腿和摆动腿切换的流畅性。

发明内容

发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种双足机器人下肢结构，解决机器人在行走过程中支撑摆动不平稳的问题，提高机器人在平地上行走的稳定性。并提供了本下肢结构的运动方法。

技术方案：一种双足机器人下肢结构，包括大腿部、小腿部、足部、减震部、平衡部、伸膝限位部、棘轮棘爪部、曲柄摇杆部，大腿部的底端与小腿部的顶端以及小腿部的底端与足部分别铰接，伸膝限位部安装于大腿部与小腿部的连接处之间，棘轮棘爪部安装于大腿部内并与伸膝限位部连接，曲柄摇杆部安装于小腿部与足部的连接处之间，减震部、平衡部分别安装于足部的内部。

进一步的，伸膝限位部包括驱动电机、固定接头一、长连接杆、固定接头二、短连接杆、挡块、同步带轮、谐波减速器，驱动电机安装于大腿部的内部，同步带轮穿设于大腿部的一侧面，其一端与驱动电机连接，谐波减速器设置于同步带轮下方，其输入端穿设于大腿部的一侧面并与同步带轮带连接，输出端与小腿部的上部连接，长连接杆的一端通过固定接头一与小腿部上部的正面连接，短连接杆的一端通过固定接头二与大腿部的下部连接，长连接杆的另一端与短连接杆的另一端铰接，短连接杆靠近大腿部的一侧面上设有挡块，短连接杆与长连接杆连接的一端与棘轮棘爪部连接。

进一步的，棘轮棘爪部包括悬臂、棘爪、弹簧一、棘轮、减速电机一、圆锥齿轮一、圆锥齿轮二，减速电机一电机轴朝下安装于大腿部上，圆锥齿轮一与减速电机一连接，棘轮安装于大腿部上，圆锥齿轮二与棘轮通过连接轴连接并与圆锥齿轮一啮合，悬臂的一端通过弹簧一与棘爪连接，棘爪与棘轮配合，悬臂的另一端与伸膝限位部连接。

进一步的，曲柄摇杆部包括减速电机二、曲柄、固定接头三、连杆、圆锥齿轮三、圆锥齿轮四、驱动轴，减速电机二电机轴朝下安装于小腿部的上部，圆锥齿轮三与减速电机二连接，驱动轴水平设置，其一端与小腿部的一侧面连接，另一端与曲柄连接，锥齿轮四安装于驱动轴上并与圆锥齿轮三啮合，连杆的一端与曲柄铰接，另一端通过固定接头三与足部连接。

进一步的，足部包括脚本体、脚后跟，两者组成完整的脚部形状，足底的脚后跟的底面相对于脚本体的底面向下凸出，是脚后跟顶面与脚后跟之间具有间隔。