一种仿人行走机械腿制造技术

本发明专利技术涉及一种仿人行走机械腿，包括臀支架、大腿支架、小腿支架、足支撑板以及驱动单元，驱动单元包括驱动大腿支架相对臀支架转动的髋关节单元、驱动小腿支架相对于大腿支架转动的膝关节单元、驱动足支撑板相对于小腿支架转动的踝关节单元，可以实现髋关节单元三个自由度、膝关节单元一个自由度、踝关节单元两个自由度，通过不同传动结构使驱动电机和伸缩件位置更灵活，本发明专利技术中可将第一髋驱动电机和第一髋传动轴完全置于骨盆内部，可将第三髋驱动电机放置于大腿内侧，减少髋关节部位的机构复杂度；可将膝伸缩件置于大腿内侧，提供更大更稳定的驱动力；使得踝关节转轴附近无需安装驱动或传动机构，降低机构复杂度，减轻重量，提高灵敏度。灵敏度。灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种仿人行走机械腿


[0001]本专利技术属于机器人领域，具体涉及一种仿人行走机械腿。

技术介绍

[0002]现有技术中，机器人腿部设计大多采用驱动电机与自由度同轴的方案，驱动电机本身较大，十分占用空间，其内部空间不能得到合理的利用，影响其他部件在机器人体内的设置，因而若想使机器人体型不至于过于臃肿，则会导致对电机和减速器的体积形状等限制较大，出现限制驱动的功率等问题，影响机器人的动作准确性和力量强度。具体的在腿部的设计中情况尤为明显，因为腿部需要更强的支撑力量，需要更大体积的驱动电机。
[0003]髋关节需要有3个自由度（为大腿的前后摆动、左右摆动、垂直转动），需要三个驱动电机，占用空间较大。髋关节在上下方向上的驱动采用同轴减速机构，从电机至髋关节的上下方向均同轴，电机呈竖直状态，空间利用率不高；髋关节在前后、左右方向上的驱动，驱动电机均安装于髋关节部位附近，导致髋关节机构复杂、臃肿，将电机置于大腿内部时，电机的轴向为大腿的宽度方向，对电机和减速器的长度限制较大，限制驱动功率。膝关节需要有1个自由度（为小腿的前后摆动），现有技术将驱动电机置于膝关节的轴上，若想精简膝关节部位的体积，则空间小，驱动力有限，空间利用率不高；踝关节需要有2个自由度（为脚的前后转动、左右转动），现有技术将电机置于踝关节两个转轴上或采用同步带传动，机构较为复杂、臃肿，占用空间大，空间利用率不高。并且由于无法平衡驱动力的强度和体积的大小，现有机器人控制为刚性控制，无法实现柔性控制。
[0004]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种仿人行走机械腿，用于提供髋关节具有三个自由度的机械腿、膝关节具有一个自由度的机械腿、踝关节具有两个自由度的机械腿，使该机械腿既满足足够驱动力，又满足体积精简不臃肿，实现两者间的平衡。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种仿人行走机械腿，包括臀支架、大腿支架、小腿支架、足支撑板以及驱动单元，所述驱动单元包括髋关节单元、膝关节单元、踝关节单元中的至少一种，所述髋关节单元：用于驱动所述大腿支架相对所述臀支架转动，其包括第一髋支架、第二髋支架、第一髋驱动电机、第二髋驱动电机以及第三髋驱动电机，所述第一髋支架、臀支架之间通过第一髋转动轴转动连接，所述第一髋驱动电机与所述第一髋转动轴传动连接以带动所述第一髋支架绕所述第一髋转动轴转动；所述第二髋驱动电机的输出轴与所述第一髋支架固定连接，所述第二髋驱动电机的主体与所述第二髋支架固定连接以带动所述第二髋支架绕所述第二驱动电机的输出轴转动；所述第二髋支架、大腿支架之间通过第二髋转动轴转动连接，所述第三髋驱动电机设置在所述大腿支架上与所述第二髋转动轴传动
连接以带动所述大腿支架绕所述第二髋转动轴转动；所述膝关节单元：用于驱动所述小腿支架相对于所述大腿支架转动，其包括膝伸缩件、膝转动轴，所述膝伸缩件的一端与所述大腿支架连接，所述膝伸缩件的另一端与所述小腿支架连接，所述大腿支架、小腿支架之间通过所述膝转动轴转动连接，所述膝伸缩件伸缩以带动所述小腿支架绕所述膝转动轴转动；所述踝关节单元：用于驱动所述足支撑板相对于所述小腿支架转动，所述踝关节单元包括踝驱动机构、踝连接支架，所述踝驱动机构设置有多组，所述踝驱动机构包括踝伸缩件、踝连接杆，所述踝伸缩件的一端与所述小腿支架连接，所述踝伸缩件的另一端与所述踝连接杆的一端通过球铰连接，所述踝连接杆的另一端与所述足支撑板通过球铰连接，所述踝连接支架与所述小腿支架通过第一足转动轴转动连接，所述踝连接支架与所述足支撑板通过第二足转动轴转动连接，所述踝伸缩件伸缩以带动所述足支撑板绕所述第一足转动轴转动、第二足转动轴转动；在初始状态下，所述第一髋转动轴沿所述机械腿的上下方向延伸，所述第二髋驱动电机的输出轴、第二足转动轴沿所述机械腿的前后方向延伸，所述第二髋转动轴、膝转动轴、第一足转动轴沿所述机械腿的左右方向延伸。
[0007]优选地，所述第一髋驱动电机设置在所述臀支架内且所述第一髋驱动电机的输出轴沿水平方向延伸，所述第一髋驱动电机的输出轴与所述第一髋转动轴之间通过锥齿轮传动连接。
[0008]优选地，所述髋关节单元还包括髋传动组件，所述髋传动组件包括髋传动轴、同步带，所述髋传动轴连接在所述大腿支架上，所述髋传动轴与所述第三髋驱动电机的输出轴传动连接，所述同步带同时套设在所述髋传动轴、第二髋转动轴上，在初始状态下，所述髋传动轴沿所述机械腿的左右方向延伸。
[0009]进一步优选地，所述第三髋驱动电机的输出轴与所述髋传动轴垂直，所述第三髋驱动电机的输出轴与所述髋传动轴之间通过锥齿轮传动连接。
[0010]优选地，所述膝驱动单元还包括第一膝连接杆、第二膝连接杆，所述第一膝连接杆固定连接在所述大腿支架上，所述第二膝连接杆固定连接在所述小腿支架上，所述膝伸缩件的一端与所述第一膝连接杆转动连接、另一端与所述第二膝连接杆转动连接，在初始状态下，所述第一膝连接杆、第二膝连接杆沿所述机械腿的左右方向延伸。
[0011]优选地，所述足支撑板上表面具有足支架、足连接杆，所述足支架通过所述第二足转动轴与所述踝连接支架转动连接，所述足连接杆与所述踝连接杆通过球铰连接。
[0012]优选地，所述踝驱动机构设置有两组，当两组所述踝伸缩件同步伸缩时，所述足支撑板绕所述第一足转动轴转动；当两组所述踝伸缩件不同步伸缩时，所述足支撑板绕所述第二足转动轴转动。
[0013]优选地，所述膝伸缩件、踝伸缩件采用液压推杆、气泵推杆或电动推杆中的一种或多种。
[0014]优选地，所述大腿支架、小腿支架、足支撑板、驱动单元设置有两组，并分别位于所述机械腿的左右两侧。
[0015]优选地，所述足支撑板的下表面设置有多个力学传感器，每个所述力学传感器均用于感知足支撑板下表面各自对应区域的接触压力。
[0016]由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：本专利技术中的髋关节垂直转动的驱动方案，相比同轴传动，可以将第一髋驱动电机和第一髋传动轴完全置于骨盆内部，提高空间利用率；髋关节前后摆动的第三髋驱动电机的方案，可将驱动电机放置于大腿内侧，提升减速机构的放置空间，可减少髋关节部位的机构复杂度；膝关节可以将膝伸缩件置于大腿内侧，为减速机构提供更大的安装空间，从而提供更大更稳定的驱动力；踝关节通过多个踝伸缩件驱动踝连接杆，使得踝关节的转轴附近无需安装驱动或传动机构，降低了机构复杂度，减轻了踝关节的重量，便于降低操控踝关节的驱动力大小，提高踝关节的灵敏度。
附图说明
[0017]附图1为本实施例的正面立体示意图；附图2为本实施例的背面立体示意图；附图3为本实施例中第一髋驱动电机设置状态的示意图；附图4为本实施例中第二髋驱动电机和同步带设置状态的示意图；附图5为本实施例中第三髋驱动电机设置状态的示意图；附图6为本实施例中膝关节单元设置状本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿人行走机械腿，包括臀支架、大腿支架、小腿支架、足支撑板以及驱动单元，其特征在于：所述驱动单元包括髋关节单元、膝关节单元、踝关节单元中的至少一种，所述髋关节单元：用于驱动所述大腿支架相对于所述臀支架转动，其包括第一髋支架、第二髋支架、第一髋驱动电机、第二髋驱动电机以及第三髋驱动电机，所述第一髋支架、臀支架之间通过第一髋转动轴转动连接，所述第一髋驱动电机与所述第一髋转动轴传动连接以带动所述第一髋支架绕所述第一髋转动轴转动；所述第二髋驱动电机的输出轴与所述第一髋支架固定连接，所述第二髋驱动电机的主体与所述第二髋支架固定连接以带动所述第二髋支架绕所述第二驱动电机的输出轴转动；所述第二髋支架、大腿支架之间通过第二髋转动轴转动连接，所述第三髋驱动电机设置在所述大腿支架上与所述第二髋转动轴传动连接以带动所述大腿支架绕所述第二髋转动轴转动；所述膝关节单元：用于驱动所述小腿支架相对于所述大腿支架转动，其包括膝伸缩件、膝转动轴，所述膝伸缩件的一端与所述大腿支架连接，所述膝伸缩件的另一端与所述小腿支架连接，所述大腿支架、小腿支架之间通过所述膝转动轴转动连接，所述膝伸缩件伸缩以带动所述小腿支架绕所述膝转动轴转动；所述踝关节单元：用于驱动所述足支撑板相对于所述小腿支架转动，所述踝关节单元包括踝驱动机构、踝连接支架，所述踝驱动机构设置有多组，所述踝驱动机构包括踝伸缩件、踝连接杆，所述踝伸缩件的一端与所述小腿支架连接，所述踝伸缩件的另一端与所述踝连接杆的一端通过球铰连接，所述踝连接杆的另一端与所述足支撑板通过球铰连接，所述踝连接支架与所述小腿支架通过第一足转动轴转动连接，所述踝连接支架与所述足支撑板通过第二足转动轴转动连接，所述踝伸缩件伸缩以带动所述足支撑板绕所述第一足转动轴转动、第二足转动轴转动；在初始状态下，所述第一髋转动轴沿所述机械腿的上下方向延伸，所述第二髋驱动电机的输出轴、第二足转动轴沿所述机械腿的前后方向延伸，所述第二髋转动轴、膝转动轴、第一足转动轴沿所述机械腿的左右方向延伸。2.根据权利要求1所述的仿人行走机械腿，其特征在于：所述第一髋驱动电机设置在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：卜王辉，朱昌德，邓若愚，徐子晗，
申请(专利权)人：同济人工智能研究院苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：