[发明专利]一种基于柔性驱动器的欠驱动双足步行机器人

摘要

本发明公开了一种基于柔性驱动器的欠驱动双足步行机器人。该步行机器人由四个基于柔性驱动器的主动关节模块、大（小）腿连杆和两个欠驱动足部组成。其中，左右腿各有两个关节，分别为髋关节和膝关节，只具有俯仰自由度。足部为两个半圆柱构件，与地面之间发生滚动摩擦并绕接触线旋转。在所搭建的运动环境中，机器人整体可在矢状面内做平面运动。所发明的双足步行机器人四个关节均采用柔性驱动器，具有行走步态自然、能量效率高、有效减少驱动电机所承受碰撞产生的瞬时转矩、缓冲吸震等特点；欠驱动的方式使机器人具有节能、拟人的特点。该机器人可实现主动步行的功能，同时对环境适应性好，成本低、能耗低，可以广泛应用于医学、助残等仿人机器人的下肢结构。

主权项

一种基于柔性驱动器的欠驱动双足步行机器人，其特征在于，包括至少四个关节模块，至少两个足部组件，连接髋关节与膝关节、膝关节与足部组件的左右腿连杆组件，以及连接左右腿的腰部组件；髋关节模块与膝关节模块均采用柔性驱动方式，只具有一个俯仰自由度，髋关节模块与膝关节模块通过连接模块与腿部连杆紧固连接在一起；小腿连杆末端与欠驱动的足部组件连接；左右腿的髋关节内套筒与腰部紧固连接，构成双足步行机器人的整体结构；所述双足步行机器人腰部与滑块紧固连接，可沿滑轨在运行环境中的矢状面内进行两自由度的平面运动；所述基于柔性驱动器的髋关节模块包括：第一三叉固定块(1)、第一线性弹簧(2)、第一三叉输出单元(3)、第一直流伺服电机及减速器(4)、第一动力输入轴(5)、第一电机连接块(6)、髋关节内套筒(7)、第一轴承端盖(8)、第一深沟球轴承(9)、髋关节外套筒(10)、髋关节连接板(11)、定位套筒(12)；其中三个第一三叉固定块(1)沿圆周均布在髋关节外套筒(10)内，通过螺钉紧固连接；第一三叉输出单元(3)与第一三叉固定块(1)上设有圆柱形凸起，可固定线性弹簧(2)，二者通过三组对称的线性弹簧(2)柔性连接；第一直流伺服电机及减速器(4)的第一动力输出轴(5)通过形配合与第一电机连接块(6)紧固连接；第一电机连接块(6)再与第一三叉输出单元(3)通过螺钉紧固连接；第一直流伺服电机及减速器(4)通过螺钉固定在髋关节内套筒(7)上；髋关节内套筒(7)与髋关节外套筒(10)之间装有两个第一深沟球轴承(9)保证两者相对转动；两轴承间通过定位套筒(12)定位轴承内圈；第一轴承端盖(8)通过螺钉与髋关节外套筒(10)紧固连接，定位轴承外圈；髋关节连接板(11)通过螺钉固定在髋关节外套筒(10)上，再通过螺钉与大腿连杆紧固连接；所述基于柔性驱动器的膝关节模块，包括：第二三叉固定块(13)、第二线性弹簧(14)、第二三叉输出单元(15)、第二直流伺服电机及减速器(16)、第二动力输入轴(17)、第二电机连接块(18)、第二轴承端盖(19)、第二深沟球轴承(20)、膝关节内套筒(21)、膝关节下连接板(22)、膝关节上连接板(23)、膝关节外套筒(24)；其中三个第二三叉固定块(13)通过螺钉沿圆周固定在膝关节外套筒(24)内；第二三叉输出单元(15)通过三组对称的第二线性弹簧(14)与第二三叉固定块(13)柔性连接；通过螺钉与形配合将第二三叉输出单元(15)、第二直流伺服电机及减速器(16)、第二动力输出轴(17)、第二电机连接块(18)、膝关节内套筒(21)紧固连接；膝关节外套筒(24)与膝关节内套筒(21)之间装有两个第二深沟球轴承(20)保证两者相对转动；第二轴承端盖(19)通过螺钉固定在膝关节外套筒(24)上；膝关节上连接板(23)通过螺钉固定在膝关节外套筒(24)上，再通过螺钉与大腿连杆紧固连接；膝关节下连接板(22)套在膝关节内套筒(21)上，通过销钉周向定位，再通过螺钉与小腿连杆紧固连接。