机械仿生足及仿生步行机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种机械仿生足及仿生步行机器人，其中，机械仿生足包括支架；可绕设在支架上的第一枢转轴转动的肢体；以及设在支架上的驱动机构，驱动机构设置成当其在一个驱动设备的驱动下，其上的动力输出端能够形成两个自由度的运动轨迹，动力输出端联接至肢体上；其中，肢体上具有行走端，且肢体设置成能够将动力输出端的运动轨迹在行走端上等比例放大。由此，动力输出端的运动轨迹可以通过肢体等比例放大后在肢体的行走端上体现，实现行走端的运动轨迹稳定可控；且只需要通过一个驱动设备对驱动机构进行驱动即可实现行走，实现了该机械仿生足的轻量化，降低该机械仿生足的生产成本。

【技术实现步骤摘要】
机械仿生足及仿生步行机器人
本专利技术涉及一种步行机构，具体涉及一种机械仿生足及仿生步行机器人。
技术介绍
步行机构因其能适应复杂路面，具有广泛的适应性，是在不平的路面主要使用的行走机构。常用的步行机构有两足、四足、六足、八足等形式，为了使步行机构的每个足都具有行走功能，每个足至少具有两个自由度，一般的情形，每个自由度需要单独通过一个马达进行驱动，且各个马达需要借助电脑的运算程序控制来实现足的两个自由度协调运动，实现方法较为复杂，导致每个足的重量和成本的增加。为了解决这个问题，有的方案尝试采用单个马达驱动，但由于无法协调好两个自由度的运动，行走时，却出现“机架的重心忽上忽下，高低起伏”的不平稳现象，使得足的运行负荷增大；也有的方案尝试采用单个马达驱动，但其足的结构形态与动物真腿的原生形态差别很大，却缩短了足的行走步幅，限制了足的运动范围。
技术实现思路
本专利技术的其中一个目的在于提供一种机械仿生足，以解决上述技术问题中的至少一个。该机械仿生足包括支架；可绕设在支架上的第一枢转轴转动的肢体；以及设在支架上的驱动机构，驱动机构设置成当其在一个驱动设备的驱动下，其上的动力输出端能够形成两个自由度的运动轨迹，动力输出端联接至肢体上；其中，肢体上具有行走端，且肢体设置成能够将动力输出端的运动轨迹在行走端上等比例放大。由此，当驱动机构运动时，动力输出端的运动轨迹可以通过肢体等比例放大，经过放大的动力输出端的运动轨迹在肢体的行走端上体现，实现行走端的运动轨迹稳定可控；且该驱动机构只需要一个驱动设备对驱动机构进行驱动就能获得体现两个自由度的行走轨迹，即动力输出端能够至少2个正交方向上平动，实现该机械仿生足的行走功能，从而简化了该机械仿生足的行走控制；且由于无需设置多个驱动设备，从而实现了该机械仿生足的轻量化，降低生产成本。当需要使用多个机械仿生足时，将每个机械仿生足的支架连接起来即可形成一个整体。在一些实施例中，肢体包括可绕设在支架上的第一枢转轴转动的平行四边形机构，平行四边形机构为由第一边、第二边、第三边和第四边首尾依次通过第二枢转轴可枢转连接构成的可变形的平行四边形，第三边设在第一枢转轴上，第一枢转轴与第二枢转轴平行设置；以及设在第一边上的行走端，即肢体是由一个平行四边形机构增设或扩展得到的；动力输出端通过平行于第一枢转轴的第三枢转轴可枢转地联接至平行四边形机构上，且第三枢转轴的位置设置在第一枢转轴与行走端的连线上；第一枢转轴、第三枢转轴和行走端的位置设置成，在以第一枢转轴与行走端的连线为对角线的虚拟行走平行四边形中，其中两对边上分别分布有第一边上的至少一个第二枢转轴和第三边上的至少一个第二枢转轴，且另外两对边平行于第二边。即行走端和第一枢转轴分别设在平行四边形机构的两对边上，且分别位于平行四边形机构的相背离的两侧，一般情况下，行走端和第一枢转轴设在平行四边形机构的外侧，此时得到的肢体的放大比例较大；在极端情况下，第一枢转轴设在第三边的与其最近的第二枢转轴上，此时得到的肢体的放大比例较小。在优选实施方式中，行走端与第一边上的距离较远的第二枢转轴的连线与第一边上的两个第二枢转轴的连线共线。当驱动机构运动时，在动力输出端的带动下，平行四边形机构在绕第一枢转轴转动的同时发生变形，由于以动力输出端与第一枢转轴的连线可以构成由虚拟行走平行四边形等比例缩小的虚拟驱动平行四边形的对角线，虚拟行走平行四边形的对角线与虚拟驱动平行四边形机构的对角线共线，从而使得平行四边形机构能够将动力输出端的运动轨迹在行走端上等比例放大。在一些实施方式中，第三枢转轴的位置设置在第一枢转轴与行走端之间的接近第一枢转轴的一侧。优选的，第三枢转轴至第一枢转轴的距离相当于第一枢转轴至行走端的距离的1/5-1/3。由此，可以使得肢体具有较大的放大比例。在一些实施方式中，行走端设在平行四边形机构的外侧。具体的，行走端通过行走部设在第一边上。行走端固设或一体成型在行走部上，行走部固设或一体成型在第一边上。由此，得到的肢体为至少具有“二折式”特征的仿生腿结构，可以降低行走端行走时受到平行四边形机构的干预。优选的，行走端至第一边上最近的第一枢转轴的距离相当于第二边或第四边的长度。由此，通过调整平行四边形机构与行走端的尺寸比例，可以得到与动物腿的比例相似的结构，从而实现肢体结构协调，行走幅度大的效果。在一些实施方式中，第一枢转轴设在第三边上的第二枢转轴上，且两者同轴设置；或者第一枢转轴设在与第三边固连的连接杆上，且第一枢转轴的位置设在平行四边形机构的外侧。连接杆固设或一体成型在第三边上。当第一枢转轴同轴设置在第三边的第二枢转轴上，如果将行走端也同轴设在第一边的第二枢转轴上时，肢体对动力输出端的放大能力较低，且行走端行走时易受平行四边形机构的干预；当第一枢转轴同轴设置在第三边的第二枢转轴上，且行走端通过行走部设在第一边上时，得到的“二折式”特征的肢体具有较大的放大能力；当第一枢转轴设在于第三边固连的连接杆上，且行走端通过行走部固连在第一边上时，得到的“三折式”特征的肢体能够进一步对动力输出端的运动轨迹进行放大。优选的，第一枢转轴至第三边上最近的第一枢转轴的距离不大于第三边的两第一枢转轴的距离的2.5倍。由此，可以避免因第一枢转轴至第三边上最近的第一枢转轴的距离过长，也即因连接杆的长度过长，导致肢体结构不稳定。在一些实施方式中，第一边和第三边为短边，第二边和第四边为长度比短边长的长边。由此，可以在不增加第一边和第三边的长度的前提下，提高肢体对动力输出端的运动轨迹放大的比例。优选的，长边与短边的长度之比为3-6：1。由此，在确保肢体具有较大的放大比例的前提下，避免肢体因长边与短边的长度之比较大而导致肢体运动的稳定性降低的问题。在一些实施方式中，动力输出端通过第三枢转轴可枢转地设在第二边或第四边上；或者，动力输出端通过曲柄连杆机构设在第二边或第四边上，其中，曲柄连杆机构包括可枢转地连接在第一枢转轴上第一曲柄和第一连杆，第一曲柄、第一连杆和第二边或第四边依次通过平行于第一枢转轴的枢转轴可枢转连接，动力输出端通过第三枢转轴可枢转地设在第一连杆上，且第一曲轴和第一连杆分别平行于平行四边形机构的两邻边，第二边或第四边与第一连杆枢转连接的枢转轴不设在第二枢转轴上；或者，动力输出端通过传动杆设在第二边和第四边上，其中，动力输出端通过第三枢转轴可枢转地设在传动杆上，传动杆通过平行于第一枢转轴的枢转轴与第二边和第四边可枢转地连接，且传动杆平行于第三边。在一些实施方式中，驱动机构设置成在驱动设备的驱动下，动力输出端能够形成半月形运动轨迹，半月形运动轨迹为由一段近似直线和至少一段弧形曲线连接而成的闭合曲线，半月形轨迹的弦高比为3-6，近似直线段的直线度误差少于±1.5％。由于行走端的运动轨迹也为半月形，从而使得机械仿生足行走时其重心不会出现忽上忽下，高低起伏的现象，保证行走端能够平稳地行走。在一些实施方式中，驱动机构为曲柄连杆滑块机构，曲柄连杆滑块机构包括：一端通过平行于第一枢转轴的第四枢转轴可枢转地设在支架上的第二曲柄；第一端通过平行于第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.机械仿生足，其特征在于，包括：/n支架；/n可绕设在所述支架上的第一枢转轴转动的肢体；/n以及设在所述支架上的驱动机构，所述驱动机构设置成当其在一个驱动设备的驱动下，其上的动力输出端能够形成两个自由度的运动轨迹，所述动力输出端联接至所述肢体上；其中，/n所述肢体上具有行走端，且所述肢体设置成能够将动力输出端的运动轨迹在行走端上等比例放大。/n

【技术特征摘要】
20210202 CN 20211014559641.机械仿生足，其特征在于，包括：
支架；
可绕设在所述支架上的第一枢转轴转动的肢体；
以及设在所述支架上的驱动机构，所述驱动机构设置成当其在一个驱动设备的驱动下，其上的动力输出端能够形成两个自由度的运动轨迹，所述动力输出端联接至所述肢体上；其中，
所述肢体上具有行走端，且所述肢体设置成能够将动力输出端的运动轨迹在行走端上等比例放大。


2.根据权利要求1所述的机械仿生足，其特征在于，所述肢体包括：
可绕设在所述支架上的第一枢转轴转动的平行四边形机构，所述平行四边形机构为由第一边、第二边、第三边和第四边首尾依次通过第二枢转轴可枢转连接构成的可变形的平行四边形，所述第三边设在第一枢转轴上，所述第一枢转轴与第二枢转轴平行设置；
以及设在所述第一边上的行走端；其中，
所述动力输出端通过平行于所述第一枢转轴的第三枢转轴可枢转地联接至所述平行四边形机构上，且所述第三枢转轴的位置设置在第一枢转轴与行走端的连线上；
第一枢转轴、第三枢转轴和行走端的位置设置成，在以第一枢转轴与行走端的连线为对角线的虚拟行走平行四边形中，且另外两对边平行于第二边。


3.根据权利要求2所述的机械仿生足，其特征在于，所述第三枢转轴的位置设在所述第一枢转轴与行走端之间的接近所述第一枢转轴的一侧；和/或
所述行走端通过行走部设在第一边上，且所述行走端设在所述平行四边形机构的外侧。


4.根据权利要求2或3所述的机械仿生足，其特征在于，所述第三边通过与第一枢转轴同轴连接的第二枢转轴设在第一枢转轴上；或者，
所述第三边通过连接杆设在第一枢转轴上，且所述第一枢转轴设在所述平行四边形机构的外侧。


5.根据权利要求4所述的机械仿生足，其特征在于，所述第一边和第三边为短边，所述第二边和第四边为长度比所述短边长的长边。


6.根据权利要求4所述的机械仿生足，其特征在于，所述动力输出端通过第三枢转轴可枢转地设在第二边或第四边上；或者，
所述动力输出端通过曲柄连杆机构设在第二边或第四边上，其中，所述曲柄连杆机构包括可枢转地连接在第一枢转轴上第一曲柄和第一连杆，所述第一曲柄、第一连杆和第二边或第四边依次通过平行于第一枢转...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴松林，王林欢，王臻，
申请(专利权)人：浙江海伦园艺股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33