一种基于模块化关节的双足机器人下肢结构制造技术

本发明专利技术涉及一种基于模块化关节的双足机器人下肢结构，其包括：髋关节机构、大腿件、膝关节机构以及小腿机构，髋关节机构下端与大腿件转动连接，髋关节机构用于驱动膝关节机构和小腿机构前后摆动、左右摆动以及内外旋转；膝关节机构固定设置在大腿件上，膝关节机构用于驱动小腿机构前后摆动；小腿机构活动设置在大腿件下端且被膝关节机构驱动前后转动。本发明专利技术能够将双足机器人腿部的重心向上调整，使得双足机器人的腿部在摆动时惯性会更小，有助于双足机器人更加稳定、快速地行走。

【技术实现步骤摘要】
一种基于模块化关节的双足机器人下肢结构
本专利技术涉及双足机器人的
，尤其是涉及一种基于模块化关节的双足机器人下肢结构。
技术介绍
双足机器人是一门多学科融合交叉的综合性学科，涉及到仿生学、机械学、控制理论与控制工程、传感器信息融合、计算机学等多门学科，涉及到力学、稳定性理论、控制理论等多方面的问题。因双足机器人在设计时是模仿了人类的双足，将整条腿分成脚掌、小腿以及大腿，脚掌与小腿的转动连接处称之为脚踝，小腿与大腿的转动连接处称之为膝关节；一般为了驱动脚掌上抬，会在脚踝处设置有脚踝驱动电机，通过脚踝驱动电机的驱动，来达到驱动脚掌上抬的目的，而为了驱动小腿向后摆动，则会在膝关节处也设置一个膝关节驱动电机，使得膝关节驱动电机驱动小腿向后摆动。上述中的现有技术方案存在以下缺陷：脚踝电机设置在脚踝处、膝关节电机设置在膝关节处，使得整条腿的重心偏低，在双足甩动时，惯性会比较大，不利于双足机器人的稳定行走，故而有待改进。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的之一是提供一种基于模块化关节的双足机器人下肢结构，其能够将双足机器人腿部的重心向上调整，使得双足机器人的腿部在甩动时惯性会更小，有助于双足机器人更加稳定的行走。本专利技术的上述专利技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种基于模块化关节的双足机器人下肢结构，包括：髋关节机构、大腿件、膝关节机构以及小腿机构，髋关节机构下端与大腿件转动连接，髋关节机构用于驱动膝关节机构和小腿机构前后摆动、左右摆动以及内外旋转；膝关节机构固定设置在大腿件上，膝关节机构用于驱动小腿机构前后摆动；小腿机构活动设置在大腿件下端且被膝关节机构驱动前后转动，小腿机构包括：小腿件、脚掌组件、踝关节第一驱动件以及拉杆，小腿件上端与所述大腿件下端转动连接；脚掌组件转动设置在小腿件下端处；踝关节第一驱动件固定设置在小腿件上端处且用于通过拉杆驱动脚掌组件上下抬动；拉杆上端与踝关节第一驱动件活动连接，拉杆下端与脚掌组件活动连接。通过采用上述技术方案，膝关节机构设置在大腿件上，使得膝关节机构从小腿件与大腿件的连接处向上移动了一段距离，并且又因为踝关节第一驱动件设置在小腿件的上端处，使得踝关节第一驱动件从脚掌组件与小腿件的连接处也向上移动了一段距离，相比于膝关节机构与踝关节第一驱动件移动前，双足上的重心位置就会上移，在双足甩动时，双足惯性会更小，有助于双足机器人更加稳定、快速地行走。本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为，所述大腿件中部向前凸出呈V形。通过采用上述技术方案，使得大腿件后侧形成V形空间，在小腿机构向后转动时，就可以转动至V形空间中，相比于大腿件竖直设置的状态，此种方式使得小腿机构可以有更大的向后转动空间，便于小腿机构抬起获得更多更大幅度的动作。本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为，所述膝关节机构包括：膝关节驱动件、第一联动件、第二联动件以及第一连杆，膝关节驱动件固定设置在所述大腿件上且用于驱动第一联动件转动；第一联动件固定设置在膝关节驱动件的输出轴上，第一联动件一端与第一连杆一端转动连接；第二联动件固定设置在所述小腿机构的上端，第二联动杆一端与第一连杆的另一端转动连接，第二联动件与第一连杆连接的位置、第一联动件与第一连杆连接的位置处于同一侧，第二联动件与第一联动件处于同一平面上转动，并且第一联动件处于第二联动件的前侧。通过采用上述技术方案，在膝关节驱动件输出转动时，首先可以驱动第一联动件转动，然后随着第一联动件的转动，第一联动件就可以驱动第一连杆向后运动，而第一连杆向后运动后，就可以向后顶动第二联动件转动，第二联动件也就可以带动与自身固定连接的小腿机构向后运动，从而使得小腿机构向后抬起，此时大腿件再向前转动一定角度，小腿机构再向下放下，就可以达到向前行走的目的；通过第一连杆来传递第一联动件与第二联动件之间的动力，相比于通过同步带轮传动的方式，连杆传动因为不具有弹性，所以不存在传动延迟的情况，机构控制响应速度更快，而且连杆传动机构稳定性也会更高，有更好的耐冲击性能，有助于提升使用寿命。本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为，所述膝关节驱动件固定设置在所述大腿件上的弯折处。通过采用上述技术方案，使得膝关节驱动件位置上移，此时膝关节驱动件也就不需要在大腿件与小腿机构的连接处驱动小腿机构转动了，此处也减少了一个驱动件，进而导致双足的重心也上移，双足甩动时，小腿机构处的惯性也就会减小，有助于双足稳定行走。本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为，所述第一联动件与所述第二联动件之间还设置有第二连杆，第二连杆两端分别与第一联动件以及第二联动件转动连接。通过采用上述技术方案，第二连杆的设置，分担了第一连杆所受的作用力，使得第一连杆不易损坏，而且也使得第一联动件与第二联动件之间力的传递效率更高，有助于提升机构的控制相应速度。本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为，所述髋关节机构包括：髋关节连接件、内外旋转组件、左右旋转组件以及前后旋转组件，髋关节连接件将相邻两腿上的内外旋转组件连接在一起；内外旋转组件固定设置在髋关节连接件上且用于驱动左右旋转组件内外转动；左右旋转组件固定设置在内外旋转组件的下端且用于驱动前后旋转组件左右转动；前后旋转组件固定设置在左右旋转组件的下方且用于驱动所述大腿件前后转动。通过采用上述技术方案，髋关节连接件的设置，将双足机器人下肢的两条腿连接在了一起，以便实现行走的目的；内外旋转组件的设置，使得左右旋转组件以及处于自身下方的部件可以一起实现内外方向的旋转，有助于双足机器人实现转向；左右旋转组件的设置，使得双足上的前后旋转组件以及处于旋转组件下方的部件可以左右调整位置，以便双足重心落在与地面接触的脚掌上，从而使得双足机器人能够站住，不易倒下；前后旋转组件的设置，使得膝关节机构驱动小腿机构向上收起后，大腿件可以向前转动一定的角度，然后再将小腿机构放下时，小腿机构就实现了向前迈步的目的，以便双足进行行走。本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为，所述内外旋转组件包括髋关节第一驱动件和髋关节第一连接件，髋关节第一驱动件竖向固定设置在所述髋关节连接件上且用于驱动髋关节第一连接件内外转动；髋关节第一连接件一端与髋关节第一驱动件的输出轴固定连接，髋关节第一连接件另一端与所述左右旋转组件上端固定连接。通过采用上述技术方案，髋关节第一驱动件的设置，为髋关节第一连接件内外旋转提供了充足的动力，使得髋关节第一连接件以及与髋关节第一连接件连接的左右旋转组件可以一起实现内外旋转的目的，以便双足进行转弯。本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为，所述左右旋转组件包括髋关节第二驱动件和髋关节第二连接件，髋关节第二驱动件固定设置在所述髋关节第一连接件上且用于驱动髋关节第二连接件左右转动；髋关节第二连接件一端与髋关节第二驱动件的输出轴固定连接，髋关节第二连接件另一端与所述前后旋转组件固定连接。通过采用上述技术方案，髋关节第二驱动件的设置，为髋关节第二连接件左右转动提供了充足的动力，有助于重心投影在脚掌上，便于双本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于模块化关节的双足机器人下肢结构，其特征在于，包括：髋关节机构(1)、大腿件(2)、膝关节机构(3)以及小腿机构(4)，髋关节机构(1)下端与大腿件(2)转动连接，髋关节机构(1)用于驱动膝关节机构(3)和小腿机构(4)前后摆动、左右摆动以及内外旋转；膝关节机构(3)固定设置在大腿件(2)上，膝关节机构(3)用于驱动小腿机构(4)前后摆动；小腿机构(4)活动设置在大腿件(2)下端且被膝关节机构(3)驱动前后转动，小腿机构(4)包括：小腿件(41)、脚掌组件(43)、踝关节第一驱动件(421)以及拉杆(422)，小腿件(41)上端与所述大腿件(2)下端转动连接；脚掌组件(43)转动设置在小腿件(41)下端处；踝关节第一驱动件(421)固定设置在小腿件(41)上端处且用于通过拉杆(422)驱动脚掌组件(43)上下抬动；拉杆(422)上端与踝关节第一驱动件(421)活动连接，拉杆(422)下端与脚掌组件(43)活动连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于模块化关节的双足机器人下肢结构，其特征在于，包括：髋关节机构(1)、大腿件(2)、膝关节机构(3)以及小腿机构(4)，髋关节机构(1)下端与大腿件(2)转动连接，髋关节机构(1)用于驱动膝关节机构(3)和小腿机构(4)前后摆动、左右摆动以及内外旋转；膝关节机构(3)固定设置在大腿件(2)上，膝关节机构(3)用于驱动小腿机构(4)前后摆动；小腿机构(4)活动设置在大腿件(2)下端且被膝关节机构(3)驱动前后转动，小腿机构(4)包括：小腿件(41)、脚掌组件(43)、踝关节第一驱动件(421)以及拉杆(422)，小腿件(41)上端与所述大腿件(2)下端转动连接；脚掌组件(43)转动设置在小腿件(41)下端处；踝关节第一驱动件(421)固定设置在小腿件(41)上端处且用于通过拉杆(422)驱动脚掌组件(43)上下抬动；拉杆(422)上端与踝关节第一驱动件(421)活动连接，拉杆(422)下端与脚掌组件(43)活动连接。


2.根据权利要求1所述的基于模块化关节的双足机器人下肢结构，其特征在于，所述大腿件(2)中部向前凸出呈V形。


3.根据权利要求2所述的基于模块化关节的双足机器人下肢结构，其特征在于，所述膝关节机构(3)包括：膝关节驱动件(31)、第一联动件(32)、第二联动件(33)以及第一连杆(34)，膝关节驱动件(31)固定设置在所述大腿件(2)上且用于驱动第一联动件(32)转动；第一联动件(32)固定设置在膝关节驱动件(31)的输出轴上，第一联动件(32)一端与第一连杆(34)一端转动连接；第二联动件(33)固定设置在所述小腿机构(4)的上端，第二联动杆一端与第一连杆(34)的另一端转动连接，第二联动件(33)与第一连杆(34)连接的位置、第一联动件(32)与第一连杆(34)连接的位置处于同一侧，第二联动件(33)与第一联动件(32)处于同一平面上转动，并且第一联动件(32)处于第二联动件(33)的前侧。


4.根据权利要求3所述的基于模块化关节的双足机器人下肢结构，其特征在于，所述膝关节驱动件(31)固定设置在所述大腿件(2)上的弯折处。


5.根据权利要求3所述的基于模块化关节的双足机器人下肢结构，其特征在于，所述第一联动件(32)与所述第二联动件(33)之间还设置有第二连杆(5)，第二连杆(5)两端分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭廷山，孙敬颋，王恒恒，陈杰，
申请(专利权)人：敬科深圳机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44