一种机械腿及仿生机器人制造技术

本发明专利技术涉及一种机械腿及仿生机器人，属于机器人技术领域，包括股骨关节、大腿、膝关节、小腿、踝关节以及与踝关节通过万向球头连杆连接的足部；足部具有仿生足底片，仿生足底片采用吸附材料，仿生足底片用于与路面形成物理吸附，仿生足底片与万向球头连杆的球座之间设有至少一个弹簧，每个弹簧用于将路面的激振与机器人本体相隔离；股骨关节、膝关节和踝关节均具有一个旋转自由度。本发明专利技术的有益效果是：具有减震的功能，通过物理吸附的仿生足底片，提高对不同粗糙度或者不同材质平面的吸附攀爬能力，可减小机械腿结构运动所需的空间，结构更加紧凑。更加紧凑。更加紧凑。

【技术实现步骤摘要】
一种机械腿及仿生机器人


[0001]本专利技术涉及机器人
，特别是涉及一种机械腿及仿生机器人。

技术介绍

[0002]机器人研究领域向航空航天、水面水下、地下管道等环境发展，以替代人类进入不可预测的环境进行救援、侦查、探测等作业任务。因此，对机器人的运动灵活性、环境适应性等要求进一步提高。仿生机器人由于模仿动物的某些特性，能够适应不同的环境，活动范围广，移动能力强，在攀爬救援,航天器舱外行走等领域有着广泛的应用前景。
[0003]常见的仿生机器人通常以足式、轮式和履带式，实现机器人的移动作业，其中轮式和履带式的仿生机器人技术相对成熟，已有产品被应用在实际的场景中。虽然轮式、履带式的仿生机器人技术相对简单且成熟，但实际应用场景也很受限制，足式机器人不同于轮式和履带式机器人的运动特点，在运动灵巧性和环境自适应能力等方面具有一定优势。尤其一种仿生机器人通过特制的新型材料提供足够的摩擦力，用于攀附在所不同材质等不平整的地面上。
[0004]足式机器人相对于轮式机器人和履带式机器人能够更加适应多种地形的攀爬，跨越较大的障碍物。足式仿生机器人通过机械腿进行攀爬或跨越，但是，现有足式仿生机器人自身在水平地面移动速度较慢，对不同粗糙度或者不同材质平面的吸附攀爬能力较弱，结构运动所需的空间较大。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题中的至少一个，本专利技术提供了一种机械腿，包括股骨关节、大腿、膝关节、小腿、踝关节以及与所述踝关节通过万向球头连杆连接的足部；所述足部具有仿生足底片，所述仿生足底片采用吸附材料，所述仿生足底片用于与路面形成物理吸附，所述仿生足底片与所述万向球头连杆的球座之间设有至少一个弹簧，每个所述弹簧用于将路面的激振与机器人本体相隔离；所述股骨关节、所述膝关节和所述踝关节均具有一个旋转自由度；所述股骨关节用于所述大腿与所述机器人本体之间的连接；所述膝关节用于所述大腿与所述小腿之间的连接；所述踝关节用于所述小腿与所述万向球头连杆之间的连接。
[0006]采用上述结构，通过多关节的机构设计实现多自由度爬行的运动效果。使整个运动过程中的稳定性，抗干扰性显著增强。特殊的踝关节设计使得爬行过程中，整个攀爬机器人本体的抗震和抗干扰能力更强，脚踝处的万向球头连接结构和弹簧结构能很好地将路面上的激振与机器人本体隔离开来，做到减震的效果。同时，通过灵活的多自由度机械腿，使得机器人能够更加适应多种地形的攀爬，跨越更大的障碍物，显著提高在水平地面的移动速度，通过物理吸附的仿生足底片，提高对不同粗糙度或者不同材质平面的吸附攀爬能力。
[0007]并且，股骨关节用于模拟在爬行过程中向上抬腿的动作；膝关节来达到机器人向前运动过程中膝盖弯曲的动作模拟，踝关节用于带动仿生足底片水平移动，万向球头连杆
机构来达到模拟爬行动物踝关节多自由的效果，以此来应对凹凸不平的作业面，避免妨碍攀爬机器人的向前爬行，可减小机械腿结构运动所需的空间，结构更加紧凑。
[0008]优选地，所述机械腿还包括三个驱动电机，所述股骨关节、所述膝关节和所述踝关节的相应位置处均设置所述驱动电机；所述股骨关节位置处的驱动电机用于提供所述机械腿向内外翻动的旋转自由度；所述膝关节位置处的驱动电机用于提供所述机械腿在相应位置弯曲的旋转自由度；所述踝关节位置处的驱动电机用于提供所述机械腿在水平面上的旋转自由度。
[0009]优选地，所述仿生足底片为椭圆形的吸盘，且所述仿生足底片为轻质的吸附材料制成。
[0010]优选地，所述万向球头连杆的球座为圆形的构件，各个所述弹簧沿所述球座的周向方向均匀分布。
[0011]优选地，所述小腿为L型的构件，所述L型构件的一端与所述膝关节连接，所述L型构件的另一端与所述踝关节连接。
[0012]优选地，所述股骨关节、所述膝关节和所述踝关节均与相应位置处的驱动电机的输出轴传动连接，或者，所述股骨关节、所述膝关节和所述踝关节均与相应位置处的驱动电机通过联轴器传动连接。
[0013]优选地，所述股骨关节、所述膝关节和所述踝关节均与相应位置处的驱动电机之间还设有减速器。
[0014]优选地，所述大腿为刚性的壳体结构，所述大腿通过螺栓将所述股骨关节和所述膝关节刚性连接；所述小腿为刚性的壳体结构，所述小腿通过螺栓将所述膝关节和所述踝关节刚性连接。
[0015]一种仿生机器人，包括所述机械腿。
[0016]优选地，所述机械腿为4条，每个所述机械腿设置在所述机器人的侧方，当所述万向球头连杆与所述踝关节的轴线平行时，所述仿生足底片低于所述踝关节的底端。
附图说明
[0017]附图示出了本专利技术的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本专利技术的原理，其中包括了这些附图以提供对本专利技术的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
[0018]图1是一种实施例的结构示意图；
[0019]图中：1
‑
股骨关节，2
‑
大腿，3
‑
膝关节，4
‑
小腿，5
‑
踝关节，6
‑
万向球头连杆，7
‑
仿生足底片，8
‑
弹簧，9
‑
联轴器，10
‑
驱动电机，11
‑
球座。
具体实施方式
[0020]下面结合附图和实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分。
[0021]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本专利技术。
[0022]如图1所示，一种机械腿，包括股骨关节1、大腿2、膝关节3、小腿4、踝关节5以及与踝关节5通过万向球头连杆6连接的足部；足部具有仿生足底片7，仿生足底片7采用吸附材料，仿生足底片7用于与路面形成物理吸附，仿生足底片7与万向球头连杆6的球座11之间设有至少一个弹簧8，每个弹簧8用于将路面的激振与机器人本体相隔离；股骨关节1、膝关节3和踝关节5均具有一个旋转自由度；股骨关节1用于大腿2与机器人本体之间的连接；膝关节3用于大腿2与小腿4之间的连接；踝关节5用于小腿4与万向球头连杆6之间的连接。
[0023]本专利技术的机械腿，通过多关节的机构设计实现多自由度爬行的运动效果。使整个运动过程中的稳定性，抗干扰性显著增强。特殊的踝关节5设计使得爬行过程中，整个攀爬机器人本体的抗震和抗干扰能力更强，脚踝处的万向球头连接结构和弹簧8结构能很好地将路面上的激振与机器人本体隔离开来，做到减震的效果。同时，通过灵活的多自由度机械腿，使得机器人能够更加适应多种地形的攀爬，跨越更大的障碍物，显著提高在水平地面的移动速度，通过物理吸附的仿生足底片7，提高对不同粗糙度或者不同材质平面的吸附攀爬能力。
[0024]并本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机械腿，其特征在于：包括股骨关节(1)、大腿(2)、膝关节(3)、小腿(4)、踝关节(5)以及与所述踝关节(5)通过万向球头连杆(6)连接的足部；所述足部具有仿生足底片(7)，所述仿生足底片(7)采用以高分子材料为基底的吸附材料，所述仿生足底片(7)用于与路面形成物理吸附，所述仿生足底片(7)与所述万向球头连杆(6)的球座(11)之间设有至少一个弹簧(8)，每个所述弹簧(8)用于将路面的激振与机器人本体相隔离；所述股骨关节(1)、所述膝关节(3)和所述踝关节(5)均具有一个旋转自由度；所述股骨关节(1)用于所述大腿(2)与所述机器人本体之间的连接；所述膝关节(3)用于所述大腿(2)与所述小腿(4)之间的连接；所述踝关节(5)用于所述小腿(4)与所述万向球头连杆(6)之间的连接。2.如权利要求1所述机械腿，其特征在于：所述机械腿还包括三个驱动电机(10)，所述股骨关节(1)、所述膝关节(3)和所述踝关节(5)的相应位置处均设置所述驱动电机(10)；所述股骨关节(1)位置处的驱动电机(10)用于提供所述机械腿向内外翻动的旋转自由度；所述膝关节(3)位置处的驱动电机(10)用于提供所述机械腿在相应位置弯曲的旋转自由度；所述踝关节(5)位置处的驱动电机(10)用于提供所述机械腿在水平面上的旋转自由度。3.如权利要求1所述机械腿，其特征在于：所述仿生足底片(7)为椭圆形的吸盘，且所述仿生足底片(7)为轻质的吸附材料制成。4.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：王胜新，王思凯，薛程谦，李居一，蒋振东，郝鹏，王顺伟，
申请(专利权)人：航天科工智能机器人有限责任公司，
类型：发明
国别省市：