一种小腿机构及装有该小腿机构的双足机器人制造技术

本发明专利技术涉及一种小腿机构，包括小腿骨架和集成脚，还包括脚踝支撑组件以及两组脚踝驱动组件；所述小腿骨架与集成脚通过所述脚踝支撑组件万向铰接；所述脚踝驱动组件包括安装在小腿骨架上端一侧的旋转驱动件、固接在旋转驱动件输出轴上的输出杆以及铰接在输出杆远离旋转驱动件一端的连接杆，所述连接杆万向铰接于所述集成脚上侧；两个脚踝驱动组件中的旋转驱动件分别对称布置于小腿骨架两侧。本发明专利技术的优点是：通过将旋转驱动件设置到小腿骨架上端，然后由输出杆和连接杆将旋转驱动件的动作传递到集成脚上，降低了脚踝处的重量，抬高了小腿质心，使得小腿运动更易于被控制。

【技术实现步骤摘要】
一种小腿机构及装有该小腿机构的双足机器人
本专利技术涉及双足机器人领域，尤其是涉及一种小腿机构及装有该小腿机构的双足机器人。
技术介绍
双足机器人是一种仿生类型的机器人，能够直立行走，具有良好的自由度，动作灵活、自如、稳定。作为由机械控制的动态系统，双足机器人包含了丰富的动力学特性。在未来的生产生活中，类人型双足行走机器人可以帮助人类解决很多问题比如驮物、抢险等一系列危险或繁重的工作。为了更好的模型人类的行走，双足机器人的小腿以下尤其是脚踝位置要求重量轻、体积小、刚性优良，现有的双足机器人在脚踝连接位置设置有大量的连接组件和驱动组件，导致机器人脚踝位置重量大，从而导致小腿绕膝关节摆动时，摆动惯量大，不易控制。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种小腿机构，其优点是：降低了脚踝处的重量，抬高了小腿质心，使得小腿运动更易于被控制。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：一种小腿机构，包括小腿骨架和集成脚，还包括脚踝支撑组件以及两组脚踝驱动组件；所述小腿骨架与集成脚通过所述脚踝支撑组件万向铰接；所述脚踝驱动组件包括安装在小腿骨架上端一侧的旋转驱动件、固接在旋转驱动件输出轴上的输出杆以及铰接在输出杆远离旋转驱动件一端的连接杆，所述连接杆万向铰接于所述集成脚上侧；两个脚踝驱动组件中的旋转驱动件分别对称布置于小腿骨架两侧。通过上述技术方案，脚踝支撑组件将小腿骨架与集成脚万向铰接到一起，脚踝驱动组件可以驱动集成脚绕脚踝支撑组件转动，从而使得脚部可以完成拟人化动作；通过将旋转驱动件设置到小腿骨架上端，然后由输出杆和连接杆将旋转驱动件的动作传递到集成脚上，降低了脚踝处的重量，抬高了小腿质心，使得小腿运动更易于被控制。本专利技术进一步设置为：所述脚踝支撑组件包括十字轴、两个固定连接在集成脚上侧的支撑铰支座以及两个固定连接在小腿骨架下端的小腿铰支座；所述十字轴相对的两端分别转动连接在两个支撑铰支座上，另外两端分别转动连接在两个小腿铰支座上。通过上述技术方案，将小腿骨架与集成脚万向铰接到一起，使得集成脚和脚掌在脚踝驱动组件的驱动下可以完成拟人化动作。本专利技术进一步设置为：所述小腿铰支座和所述支撑铰支座上均开设有阶梯孔，所述十字轴的四端分别伸入各个阶梯孔中，且所述阶梯孔靠近十字轴中心一端的直径小于其远离十字轴中心一端的直径；所述十字轴的四个端部上均沿逐渐远离十字轴中心的方向依次套设有第一铜套和支撑轴承，所述第一铜套和所述支撑轴承位于相应阶梯孔内；所述十字轴上对应第一铜套处设有限制第一铜套向十字轴中心滑动的第一定位轴肩，所述十字轴上对应支撑轴承处设有限制第一铜套向十字轴轴心滑动的第二定位轴肩；所述十字轴的各个端部外侧还设置有第一锁紧套，所述第一锁紧套通过第一锁紧螺钉固接于所述十字轴上并限制所述支撑轴承无法从十字轴上脱落。通过上述技术方案，第一铜套和支撑轴承组合的方式降低了十字轴与小腿铰支座或支撑铰支座之间的摩擦阻力和摩擦损耗，提高了脚踝支撑组件的可承载能力，消除了轴向间隙，使双足机器人能够实现高精度控制；另外，可通过第一锁紧套和第一锁紧螺钉施加预压载荷提高了脚踝支撑组件的刚性。本专利技术进一步设置为：所述十字轴包括一根主轴和两根副轴，所述主轴周侧壁中部开设有螺纹孔，所述副轴上沿轴线开设有穿丝孔，连接副轴与第一锁紧套的第一锁紧螺钉经穿丝孔穿过并与螺纹孔螺纹连接。通过上述技术方案，十字轴采用分体式设计，降低了加工难度和加工成本。本专利技术进一步设置为：所述连接杆与所述集成脚之间设置有脚踝连接组件；所述脚踝连接组件包括固定连接在集成脚上侧的连接座、固定连接在连接座一侧的连接轴以及套设在连接轴外的连接套，所述连接套的轴向为台阶孔，台阶孔靠近连接座一端的直径大于台阶孔远离连接座一端的直径；所述连接轴与连接套之间沿逐渐远离连接座的方向依次设置有第一弹性挡圈、组合轴承以及波形弹簧，所述连接套内壁上开设有第一卡槽，所述第一弹性挡圈嵌入所述第一卡槽；所述波形弹簧背向组合轴承的一侧与台阶孔内的台阶面抵接；所述连接轴远离连接座的一端设有第三锁紧套，所述第三锁紧套通过第三锁紧螺钉固接于所述连接轴端面并限制所述组合轴承无法从连接轴上脱落；所述连接套外周壁上固定有两个同轴的铰接凸起，所述铰接、凸起上套有第二铜套，所述铰接凸起远离连接套的一端设有第二锁紧套，所述第二锁紧套通过第二锁紧螺钉固接于所述铰接凸起端部并限制第二铜套无法从铰接凸起上脱落；所述连接杆下端固定连接有第一U形夹，所述第一U形夹的两端均开设有通孔，所述第一U形夹的两端分别套在两个第二铜套上并与第二铜套转动配合；所述组合轴承外周壁上设有油槽，所述连接套的外周壁上开设有油孔，所述油孔中连接有堵头。通过上述技术方案，脚踝连接组件结构小巧，刚性大；第二锁紧套和第二锁紧螺钉采用定压预紧的方式消除连接轴上零件之间的轴向间隙，使脚踝连接组件满足复杂工况的使用要求，运动过程中不会发生松动。本专利技术进一步设置为：所述连接杆上端固定连接有第二U形夹，所述第二U形夹的夹口背向连接杆，所述输出杆远离旋转驱动件的一端伸入第二U形夹的夹口中并通过铰接销与第二U形夹铰接；所述铰接销横向贯穿第二U形夹和输出杆，且铰接销一端成型有防脱部，另一端周侧壁上第二卡槽，所述第二卡槽中卡接有第二弹性挡圈。通过上述技术方案，将输出杆和连接杆铰接到一起，便于装配。本专利技术进一步设置为：所述旋转驱动件包括电机、驱动器、减速器、编码器、制动器以及控制模块。通过上述技术方案，旋转驱动件体积小，输出功率大。本专利技术进一步设置为：所述集成脚包括支撑座和设置在支撑座下方的脚掌，所述脚掌上侧固定连接有第一连接筒，所述支撑座下侧固定连接有与第一连接筒插接配合的第二连接筒，所述第一连接筒中设置有减震簧，所述减震簧一端与脚掌固定连接，另一端与支撑座固定连接。通过上述技术方案，使得集成脚具有良好的减震能力，能够适应复杂地形，也使得双足机器人行走更加稳定。本专利技术进一步设置为：所述脚掌下侧固定连接有减震垫。通过上述技术方案，减震垫一方面避免脚掌磨损，另一方面起到缓冲减震效果。本专利技术的另一个专利技术目的是提供一种双足机器人，包括上述小腿机构。综上所述，本专利技术包括以下至少一种有益技术效果：1、通过将旋转驱动件设置到小腿骨架上端，然后由输出杆和连接杆将旋转驱动件的动作传递到集成脚上，降低了脚踝处的重量，抬高了小腿质心，使得小腿运动更易于被控制；2、第一铜套和支撑轴承组合的方式降低了十字轴与小腿铰支座或支撑铰支座之间的摩擦阻力和摩擦损耗，提高了脚踝支撑组件的可承载能力，消除了轴向间隙，使双足机器人能够实现高精度控制；另外，可通过第一锁紧套和第一锁紧螺钉施加预压载荷提高了脚踝支撑组件的刚性；3、十字轴采用分体式设计，降低了加工难度和加工成本；4、脚踝连接组件结构小巧，刚性大，通过第二锁紧套和第二锁紧螺钉采用定压预紧的方式消除连接轴上零件之间的轴向间隙，使脚踝连接组件满足复杂工况的使用要求，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小腿机构，包括小腿骨架(1)和集成脚(2)，其特征是：还包括脚踝支撑组件(3)以及两组脚踝驱动组件(4)；所述小腿骨架(1)与集成脚(2)通过所述脚踝支撑组件(3)万向铰接；所述脚踝驱动组件(4)包括安装在小腿骨架(1)上端一侧的旋转驱动件(41)、固接在旋转驱动件(41)输出轴上的输出杆(42)以及铰接在输出杆(42)远离旋转驱动件(41)一端的连接杆(43)，所述连接杆(43)万向铰接于所述集成脚(2)上侧；两个脚踝驱动组件(4)中的旋转驱动件(41)分别对称布置于小腿骨架(1)两侧。/n

【技术特征摘要】
1.一种小腿机构，包括小腿骨架(1)和集成脚(2)，其特征是：还包括脚踝支撑组件(3)以及两组脚踝驱动组件(4)；所述小腿骨架(1)与集成脚(2)通过所述脚踝支撑组件(3)万向铰接；所述脚踝驱动组件(4)包括安装在小腿骨架(1)上端一侧的旋转驱动件(41)、固接在旋转驱动件(41)输出轴上的输出杆(42)以及铰接在输出杆(42)远离旋转驱动件(41)一端的连接杆(43)，所述连接杆(43)万向铰接于所述集成脚(2)上侧；两个脚踝驱动组件(4)中的旋转驱动件(41)分别对称布置于小腿骨架(1)两侧。


2.根据权利要求1所述的一种小腿机构，其特征是：所述脚踝支撑组件(3)包括十字轴(31)、两个固定连接在集成脚(2)上侧的支撑铰支座(32)以及两个固定连接在小腿骨架(1)下端的小腿铰支座(33)；所述十字轴(31)相对的两端分别转动连接在两个支撑铰支座(32)上，另外两端分别转动连接在两个小腿铰支座(33)上。


3.根据权利要求2所述的一种小腿机构，其特征是：所述小腿铰支座(33)和所述支撑铰支座(32)上均开设有阶梯孔，所述十字轴(31)的四端分别伸入各个阶梯孔中，且所述阶梯孔靠近十字轴(31)中心一端的直径小于其远离十字轴(31)中心一端的直径；所述十字轴(31)的四个端部上均沿逐渐远离十字轴(31)中心的方向依次套设有第一铜套(34)和支撑轴承(35)，所述第一铜套(34)和所述支撑轴承(35)位于相应阶梯孔内；所述十字轴(31)上对应第一铜套(34)处设有限制第一铜套(34)向十字轴(31)中心滑动的第一定位轴肩，所述十字轴(31)上对应支撑轴承(35)处设有限制第一铜套(34)向十字轴(31)轴心滑动的第二定位轴肩；所述十字轴(31)的各个端部外侧还设置有第一锁紧套(36)，所述第一锁紧套(36)通过第一锁紧螺钉(37)固接于所述十字轴(31)上并限制所述支撑轴承(35)无法从十字轴(31)上脱落。


4.根据权利要求3所述的一种小腿机构，其特征是：所述十字轴(31)包括一根主轴(311)和两根副轴(312)，所述主轴(311)周侧壁中部开设有螺纹孔(313)，所述副轴(312)上沿轴线开设有穿丝孔(315)，连接副轴(312)与第一锁紧套(36)的第一锁紧螺钉(37)经穿丝孔(315)穿过并与螺纹孔(313)螺纹连接。


5.根据权利要求1所述的一种小腿机构，其特征是：所述连接杆(43)与所述集成脚(2)之间设置有脚踝连接组件(5)；
所述脚踝连接组件(5)包括固定连接在集成脚(2)上侧的连接座(51)、固定连接在连接座(51)一侧的连接轴(52)以及套设在连接轴(52)外的连接套(53)，所述连接套(53)的轴向为台阶孔，台阶孔靠近连接座(51...

【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