[发明专利]一种无缆三自由度关节模组及仿生腿足结构

说明书

本发明涉及一种无缆三自由度关节模组及仿生腿足结构，所述无缆三自由度关节模组包含:侧展关节、前摆关节及膝关节，所述仿生腿足结构包含三自由度关节模组、大腿、小腿、足端及足地感知单元。无缆三自由度关节实现膝关节线缆内置的结构形式，膝关节模组动力与信号线缆通过与其串联的前摆关节中空轴实现保护和布线，减少了避免仿生机器人在运动时由于膝关节线缆外置导致的干涉以及可靠性问题，整机集成后，无外置线缆，可大大提高系统可靠性与安全性。实现一种模块化、高可靠、安装与拆卸方便的仿生机器人模块化单腿模块。该仿生机器人腿足及无缆仿生关节模块化程度高，可靠性与稳定性较好，可广泛应用于双足、四足、六足、轮足等仿生机器人上。

技术领域

本发明属于仿生机器人领域，具体涉及一种无缆三自由度关节模组及仿生腿足结构，用于双足、四足机器人等仿生机器人。

背景技术

腿足式机器人研究越来越追求在更高载重能力下的更高速度的高动态机动能力，然而，对机器人行动与驱动系统设计提出了更为严格的挑战，在现实尺寸和重量约束下，设计出满足高动态性能需求的关节执行部件成为众多机器人设计人员的追求，甚至成为限制和约束机器人能力边界的硬性条件。机器人运动姿态的灵活性和可靠性尤为突出和重要。而机器人的关节的自由度配置以及布线走线方式直接影响到机器人的灵活性和可靠性，因此亟需解决仿生机器人多自由度关节的自由度布置、线缆线束走线和高动态仿生腿足结构设计问题。

发明内容

本发明提供一种无缆三自由度关节模组及仿生腿足结构，要解决的技术问题是：(1)仿生机器人三自由度关节膝关节电机线缆外置、长时间的往复运动疲劳导致的线缆断裂、接触不良等可靠性降低问题，保证系统模块化的同时，提高机器人多自由度关节运动范围和系统可靠性。(2)实现足底感知能力。

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种无缆三自由度关节模组，其特征在于，包括前摆关节、膝关节、侧展关节；膝关节尾部与前摆关节输出端固定连接，前摆关节的前摆关节电机通过前摆电机支撑座一侧与侧展电机输出端固定连接，另一侧通过转动销轴与机器人机身连接，膝关节与前摆关节同向布置，侧展关节旋转轴线与前摆关节、膝关节轴线垂直，前摆关节为中空结构，膝关节模组动力线和控制线通过前摆电机中空轴从前摆电机尾部引出。

膝关节尾部通过膝关节安装法兰与前摆电机输出端连接，膝关节安装法兰坐落于交叉滚子轴承上，交叉滚子轴承外圈与膝关节安装法兰配合安装，交叉滚子轴承内圈与前摆电机支撑支座配合安装。

膝关节安装法兰104上设计了前摆关节输出型面1043与前摆关节输出轴形成型面配合，交叉滚子轴承内圈与前摆关节支撑座凸台面10213配合。

膝关节线缆经膝关节安装法兰104上的走线槽1044后穿过前摆关节中空轴1022从前摆关节尾部引出，在前摆关节中空轴处设计有线缆支撑轴承1023。

单个关节由轴向磁通电机配置一体化减速器组成，轴向磁通电机的双定子绕组固定在电机的结构件上。

如权利要求5所述的一种无缆三自由度关节模组，其特征在于，减速器部分结构内嵌于轴向磁通电机的内径空间内，关节电机输出端轴承采用交叉滚子轴承。

采用模块化安装结构，整个安装接口在侧展电机安装端面和前摆电机支撑端面上。

一种仿生机器人腿足结构，其特征在于，包括足大腿、足小腿和无缆三自由度关节模组，足大腿与膝关节电机外壳固定安装，足小腿3与足大腿2由膝关节销轴202连接形成转动副，曲柄11一端与膝关节输出轴固定连接，另一端通过连杆12与足小腿3连接，形成平行四连杆机构。

足小腿下端与法兰连接盘固定连接，法兰连接盘的孔腔内安装有力传感器，螺栓穿过力传感器将法兰连接盘和足底连接座连接；法兰连接盘4下端六边形凸台403与足底连接座6上六边形凹腔601滑动配合，使机器人行走时沿腿部方向可浮动。