机器人腿部结构、机器人及机器人控制方法技术

技术编号:37600338 阅读:18 留言:0更新日期:2023-05-18 11:50
本发明专利技术涉及机器人技术领域,公开了一种机器人腿部结构、机器人及机器人控制方法,其中腿部结构包括:驱动组件、大腿部、小腿部和足部,还包括:膝关节连杆组件、膝关节弹性件、踝关节连杆组件和踝关节弹性件,膝关节弹性件的第一端连接于小腿部,膝关节弹性件的第二端通过膝关节连杆组件连接于驱动组件或连接于大腿部,踝关节弹性件的第一端连接于足部,踝关节弹性件的第二端通过踝关节连杆组件连接于大腿部。本发明专利技术提供的一种机器人腿部结构、机器人及机器人控制方法,设置膝关节弹性件和踝关节弹性件及相应角度测量单元,可实现对冲击力有效的减振、储能和估计;且弹性件设置在关节部位外部,布局方式灵活,结构简单;且响应频率较快。率较快。率较快。

【技术实现步骤摘要】
机器人腿部结构、机器人及机器人控制方法


[0001]本专利技术涉及机器人
,尤其涉及一种机器人腿部结构、机器人及机器人控制方法。

技术介绍

[0002]随着科技的进步,机器人时代正在向我们走来。仿人机器人已经成为社会关注的热点,如何实现机器人的运动是机器人
的研究重点。机器人在运动例如行走或跳跃时,足部落地瞬间会产生冲击力,该冲击力会对机器人的结构件造成冲击,因此,一般需要在机器人上设置相应减振结构。
[0003]例如公开号为CN103587606B的中国专利公开了双足跑步机器人的足体减振方法,具体的,机器人的脚板和脚趾采用铰链连接方式,直流电机通过螺栓固定连接在机器人的脚板上部,机器人足体在着地阶段,直流电机驱动上弹性驱动器缩短,围绕铰链对脚板形成缓冲力矩,减小着地冲击力,降低着地振动;在起跳阶段,下弹性驱动器产生拉力,提供弹跳驱动力矩,提升机器人的速度。
[0004]另外,公开号为CN112758211B的中国专利公开了一种提高腿足式机器人触地稳定性的耦合仿生足垫,通过在结构件本体中加入填充物、防撞条等,消耗机器人碰撞产生的能量,达到减振的目的。
[0005]现有方案通过填充物、防撞条等减振方式不仅带来了运动学动力学模型误差,且很难达到好的减振效果;而减振弹簧需要配合导轨使用,其机械结构复杂,且有些方案结合了电磁离合器实现冲击能量的储存与回收,响应频率较慢。现有针对机器人落地瞬间产生冲击力的减振方案存在减振效果不好、结构复杂以及响应频率较慢的问题。

技术实现思路

>[0006]本专利技术提供一种机器人腿部结构、机器人及机器人控制方法,用以解决现有技术中针对机器人落地瞬间产生冲击力的减振方案存在减振效果不好、结构复杂以及响应频率较慢的问题。
[0007]本专利技术提供一种机器人腿部结构,包括:驱动组件、大腿部、小腿部和足部,所述大腿部的第一端与所述驱动组件连接,所述大腿部的第二端和所述小腿部的第一端转动连接,所述小腿部的第二端和所述足部的第一端转动连接;还包括:膝关节连杆组件、膝关节弹性件、踝关节连杆组件和踝关节弹性件,所述膝关节弹性件的第一端连接于所述小腿部,所述膝关节弹性件的第二端通过所述膝关节连杆组件连接于所述驱动组件或连接于所述大腿部,所述踝关节弹性件的第一端连接于所述足部,所述踝关节弹性件的第二端通过所述踝关节连杆组件连接于所述大腿部。
[0008]根据本专利技术提供的机器人腿部结构,所述膝关节连杆组件包括膝关节驱动杆和膝关节传动杆,所述膝关节驱动杆的第一端与所述驱动组件或者所述大腿部连接,所述膝关节驱动杆的第二端与所述膝关节传动杆的第一端转动连接,所述膝关节传动杆的第二端与
所述膝关节弹性件的第二端转动连接;所述膝关节驱动杆、所述膝关节传动杆、所述膝关节弹性件和所述大腿部呈平行四边形结构。
[0009]根据本专利技术提供的机器人腿部结构,所述踝关节连杆组件包括踝关节传动杆,所述踝关节传动杆的第一端与所述大腿部转动连接,所述踝关节传动杆的第二端与所述踝关节弹性件的第二端转动连接;所述大腿部、所述踝关节传动杆、所述踝关节弹性件和所述小腿部呈平行四边形结构。
[0010]根据本专利技术提供的机器人腿部结构,所述驱动组件包括第一髋关节电机、第二髋关节电机和膝关节电机,所述第一髋关节电机用于与机身连接,所述第二髋关节电机与所述第一髋关节电机的输出轴连接,且所述第一髋关节电机的输出轴与所述第二髋关节电机的输出轴垂直设置,所述膝关节电机和所述大腿部均连接于所述第二髋关节电机的输出轴,所述膝关节电机的输出轴与所述膝关节连杆组件连接。
[0011]根据本专利技术提供的机器人腿部结构,所述大腿部的第二端和所述小腿部的第一端之间设有第一角度检测元件,所述第一角度检测元件用于获取所述大腿部和所述小腿部之间的第一实时夹角;所述小腿部的第二端和所述足部的第一端之间设有第二角度检测元件,所述第二角度检测元件用于获取所述小腿部和所述足部之间的第二实时夹角。
[0012]根据本专利技术提供的机器人腿部结构,还包括控制器,所述驱动组件、所述第一角度检测元件和所述第二角度检测元件分别与所述控制器连接,所述控制器用于根据所述驱动组件的位置获取所述大腿部和所述小腿部之间夹角的第一标称值以及所述小腿部和所述足部之间夹角的第二标称值,以及用于根据所述第一实时夹角与所述第一标称值的第一差值获取所述膝关节弹性件的变形量,根据所述第二实时夹角与所述第二标称值的第二差值获取所述踝关节弹性件的变形量;
[0013]所述控制器还用于根据所述膝关节弹性件的变形量获取膝关节受力信息,根据所述踝关节弹性件的变形量获取踝关节受力信息,以及根据所述膝关节受力信息和所述踝关节受力信息获取足部受力信息。
[0014]根据本专利技术提供的机器人腿部结构,所述膝关节弹性件和所述踝关节弹性件分别为弹性板簧。
[0015]根据本专利技术提供的机器人腿部结构,所述踝关节传动杆的第一端与所述大腿部之间通过球轴承连接;和/或,所述足部的第二端包裹设有橡胶层。
[0016]本专利技术还提供一种机器人,包括上述任一项所述的机器人腿部结构。
[0017]本专利技术还提供一种机器人控制方法,基于上述任一项所述的机器人腿部结构,包括:获取所述大腿部和所述小腿部之间的第一实时夹角以及所述小腿部和所述足部之间的第二实时夹角;根据所述大腿部和所述小腿部之间夹角的第一标称值获取所述第一实时夹角与所述第一标称值之间的第一差值;根据所述小腿部和所述足部之间夹角的第二标称值获取所述第二实时夹角与所述第二标称值之间的第二差值;根据所述第一差值获取所述膝关节弹性件的变形量,进而获取膝关节受力信息;根据所述第二差值获取所述踝关节弹性件的变形量,进而获取踝关节受力信息;根据所述膝关节受力信息和所述踝关节受力信息,获取足部受力信息;根据所述足部受力信息,获取所述足部的触地情况;根据获取所述膝关节受力信息和所述踝关节受力信息,控制调节所述驱动组件。
[0018]本专利技术提供的一种机器人腿部结构、机器人及机器人控制方法,设置膝关节弹性
件和踝关节弹性件,可从多个方向实现对足底触地瞬间冲击力的吸收,有利于提高能量吸收效率,实现对冲击力有效的减振和储能,减小对机器人结构件的冲击;且弹性件设置在关节部位外部,布局方式灵活,布局结构简单,便于安装连接;且在足底触地瞬间即可通过弹性件的变形来直接吸收冲击力,相应频率较快。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1是本专利技术提供的机器人腿部结构的整体示意图;
[0021]图2是本专利技术提供的机器人腿部结构的拓扑图;
[0022]图3是本专利技术提供的机器人腿部结构的俯视示意图;
[0023]图4是本专利技术提供的大腿部的结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机器人腿部结构,其特征在于,包括:驱动组件、大腿部、小腿部和足部,所述大腿部的第一端与所述驱动组件连接,所述大腿部的第二端和所述小腿部的第一端转动连接,所述小腿部的第二端和所述足部的第一端转动连接;还包括:膝关节连杆组件、膝关节弹性件、踝关节连杆组件和踝关节弹性件,所述膝关节弹性件的第一端连接于所述小腿部,所述膝关节弹性件的第二端通过所述膝关节连杆组件连接于所述驱动组件或连接于所述大腿部,所述踝关节弹性件的第一端连接于所述足部,所述踝关节弹性件的第二端通过所述踝关节连杆组件连接于所述大腿部。2.根据权利要求1所述的机器人腿部结构,其特征在于,所述膝关节连杆组件包括膝关节驱动杆和膝关节传动杆,所述膝关节驱动杆的第一端与所述驱动组件或者所述大腿部连接,所述膝关节驱动杆的第二端与所述膝关节传动杆的第一端转动连接,所述膝关节传动杆的第二端与所述膝关节弹性件的第二端转动连接;所述膝关节驱动杆、所述膝关节传动杆、所述膝关节弹性件和所述大腿部呈平行四边形结构。3.根据权利要求1所述的机器人腿部结构,其特征在于,所述踝关节连杆组件包括踝关节传动杆,所述踝关节传动杆的第一端与所述大腿部转动连接,所述踝关节传动杆的第二端与所述踝关节弹性件的第二端转动连接;所述大腿部、所述踝关节传动杆、所述踝关节弹性件和所述小腿部呈平行四边形结构。4.根据权利要求1或2所述的机器人腿部结构,其特征在于,所述驱动组件包括第一髋关节电机、第二髋关节电机和膝关节电机,所述第一髋关节电机用于与机身连接,所述第二髋关节电机与所述第一髋关节电机的输出轴连接,且所述第一髋关节电机的输出轴与所述第二髋关节电机的输出轴垂直设置,所述膝关节电机和所述大腿部均连接于所述第二髋关节电机的输出轴,所述膝关节电机的输出轴与所述膝关节连杆组件连接。5.根据权利要求1

3中任一项所述的机器人腿部结构,其特征在于,所述大腿部的第二端和所述小腿部的第一端之间设有第一角度检测元件,所述第一角度检测元件用于获取所述大腿部和所述小腿部之间的第一实时夹角;所述小腿部的第二端和所述足部的第一端之间设有第二角度检测元件,所述第二角度检测元件用于获取所述...

【专利技术属性】
技术研发人员:王博省李冰川张坤婷贾立好
申请(专利权)人:中国科学院自动化研究所
类型:发明
国别省市:

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1