[发明专利]一种电液混合驱动的仿人机器人下肢机构

说明书

本发明公开了一种电液混合驱动的仿人机器人下肢机构，包括盆骨机构和两个对称的腿部结构，腿部结构包括足部机构、踝关节机构、小腿件、膝关节机构、大腿件和髋关节机构，大腿件的上端通过髋关节机构与盆骨机构相连，大腿件的下端通过膝关节机构与小腿件的上端相连，小腿件的下端通过踝关节机构与足部机构相连。本发明的仿人机器人腿部结构轻便灵活，提高机器人的功率密度，同时增强机器人运行效率，延长其工作时长。

技术领域

本发明涉及仿人机器人领域，尤其是涉及一种电液混合驱动的仿人机器人下肢机构。

背景技术

常见的移动机器人可分为轮式机器人、履带式机器人、足式机器人和特殊外形机器人，仿人机器人作为足式机器人中的一种类型，是机器人家族中具有悠久发展历史的一员，其特点是具有类人的形态和功能。相比于轮式和履带式机器人，仿人机器人可以在更加复杂的地形，甚至是坑洼狭窄的丛林中行走；相比于多足机器人，仿人双足机器人更能适应以人类自身特点发展而来的社会，例如攀爬楼梯、开关门、操作各种工具和设备等。由于仿人机器人良好的环境适应性和出色的人机协同能力，使其在搜索救援、深空探索和社会服务等领域得到广泛的研究，仿人机器人是机器人学中的尖端代表。

仿人机器人若要像人一样完成各种复杂和多样化的任务，就需要具有灵活的运动能力，然而要实现高机动灵活的运动能力，首先要设计出具有类似或超过人类运动能力的结构平台，选择合适的关节驱动方式，并且具有充沛的动力，保证在各种复杂工况下能够应付自如。目前仿人机器人下肢体各关节在运动过程中受力有大有小，在负载能力、快速性和效率方面有所不足。

仿人机器人下肢体是实现仿人机器人运动能力的关键组成部分。目前能够实现高机动运动、大负载高效率运行的仿人机器人下肢体平台较少，其中最著名的为波士顿动力公司的Atlas机器人，经过不断迭代，现能够完成后空翻、体操、奔跑等动作，为世界仿人机器人领域树立了新的标杆，但其整体重量达到了80kg，液压系统复杂，且运转效率不高。其它诸多仿人机器人下肢体平台在响应速度、灵活性和负重能力方面尚有不足，不能实现高机动运动能力，还有很大的进步空间。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种电液混合驱动的仿人机器人下肢机构，在受力矩较大的关节处采用液压驱动的方式，在受力矩较小的关节处采用大力矩输出的电机驱动的方式，驱动输出力矩大，效率高，整个驱动单元功率密度高；使用轻量化的碳纤维腿部结构，髋关节处采用两个伺服电机组成的球面并联机构，两个电机同时出力，增大髋关节的负载能力，又减轻了整体重量，负载能力强，灵活性更高，避障能力更强，能够实现行走、奔跑、跳跃和上下楼梯等类似人体日常动作，重心靠近髋关节，使得机器人的腿部在摆动时旋转惯性更小，有助于仿人机器人下肢更加稳定、快速地行走。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种电液混合驱动的仿人机器人下肢机构，包括盆骨机构和两个对称的腿部结构，两个腿部结构沿矢状面镜像对称并布置在盆骨机构下方，每个腿部结构包括足部机构、踝关节机构、小腿件、膝关节机构、大腿件和髋关节机构，所述大腿件的上端通过髋关节机构与盆骨机构相连，大腿件的下端通过膝关节机构与小腿件的上端相连，所述小腿件的下端通过踝关节机构与足部机构相连，所述足部机构包括脚底板，所述脚底板上端安装踝关节机构，所述踝关节机构包括电机一，所述电机一的输出端连接有十字轴，所述十字轴与电机一同轴心的一端铰接踝关节液压缸的下端，所述十字轴与电机一中轴线相垂直的两端铰接连接小腿件的下端，所述踝关节液压缸的上端铰接于小腿件的上端，所述膝关节机构与小腿件的上端铰接，膝关节机构与大腿件的下端铰接，所述大腿件铰接连接膝关节液压缸一端，所述膝关节液压缸的另一端铰接连接小腿件，所述髋关节机构包括通过两个电机二组成的球面并联机构，所述球面并联机构驱动髋关节机构侧摆和旋转运动，所述盆骨机构包括盆骨，所述盆骨下端安装髋关节液压缸，髋关节液压缸驱动髋关节机构俯仰运动。

所述足部机构还包括力敏感电阻和减振垫，所述脚底板、力敏感电阻和减振垫依次上下叠置。