一种基于并联弹性驱动器的单腿结构制造技术

本发明专利技术公开一种基于并联弹性驱动器的单腿结构，包括髋关节模块

【技术实现步骤摘要】
一种基于并联弹性驱动器的单腿结构


[0001]本专利技术涉及柔性机器人
，具体涉及一种基于并联弹性驱动器的单腿结构
。

技术介绍

[0002]并联弹性驱动器是指驱动元件与弹性元件并联，共同对执行机构施加力和力矩，运动过程中弹性元件随执行机构发生形变，以此实现储能，放能等功能，提高输出效率
。
四足动物奔跑及跳跃的主要驱动力来源是腿部，提高奔跑速度和跳跃高度需提高腿部的爆发力
。
因此为提高四足机器人运动性能，腿部驱动器需要提高能量利用率，辅助驱动元件提供更大的力矩
。
[0003]目前，四足机器人已经成为机器人学研究的热点，国外早些年便开展了研究，并取得的许多的成果，国内起步较晚，但也取得了不小的进展，对比现有的国内外大多数研究，可以发现其存在以下问题：结构复杂，仿生性不强，柔顺性不足，能量利用率低等
。
[0004]现有的四足机器人单腿结构，其结构主要包括髋关节机构
、
股关节机构
、
大腿
、
膝关节机构
、
小腿等
。
驱动方式依关节不同有所区别，一些四足机器人单腿结构髋关节机构采用电机
+
齿轮驱动，股关节机构采用电机
+
带轮直驱，膝关节机构采用电机
+
带轮驱动，其解决了腿部转动惯量大的问题，但存在结构复杂，仿生性与柔顺性不足，能量利用率低等问题，也有一些四足机器人单腿结构股关节机构采用电机直驱，膝关节机构采用电机
+
曲柄摇杆机构驱动，其解决了腿部转动惯量大
、
结构复杂的问题，但存在仿生性与柔顺性不足，能量利用率低等问题
。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在针对上述现有技术的不足，提出一种基于并联弹性驱动器的单腿结构，转动惯量小
、
能量利用率高且具有仿生性柔顺性
。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种基于并联弹性驱动器的单腿结构，包括：
[0008]髋关节模块，包括肩关节电机
、
固定在所述肩关节电机的输出轴上的肩
‑
髋关节电机连接件
、
固定在所述肩
‑
髋关节电机连接件的髋关节电机
、
固定在所述髋关节电机的输出轴上的髋
‑
膝关节电机连接件，固定在所述髋
‑
膝关节电机连接件上的膝关节电机；
[0009]大腿模块，包括大腿外壳，所述大腿外壳固定在所述膝关节电机上，所述大腿外壳内设有并联弹性元件，所述并联弹性元件与所述膝关节电机的输出轴固定；
[0010]小腿模块，包括小腿和设在小腿底部的足底，所述小腿的顶部与所述并联弹性元件和所述大腿外壳铰接
。
[0011]进一步地，所述肩
‑
髋关节电机连接件包括连接法兰和固定在连接法兰上的固定件，固定件和连接法兰垂直设置，所述连接法兰固定在所述肩关节电机的输出轴上，所述髋关节电机固定在所述固定件上
。
[0012]进一步地，所述肩关节电机固定在四足机器人的脊柱上
。
[0013]进一步地，所述大腿外壳为中空结构，所述并联弹性元件包括小腿连接件
、
连杆，所述小腿连接件与所述膝关节电机的输出轴固定，所述连杆的一端与所述小腿连接件铰接，另一端与所述小腿铰接，所述连杆上设有弹性蓄能器，所述小腿连接件
、
连杆
、
小腿以及大腿外壳形成平行四连杆机构
。
[0014]进一步地，所述弹性蓄能器包括弹性件
、
滑动件和导轨，所述弹性件套设在连杆上，且一端固定在连杆上，另一端固定在滑动件上，所述导轨固定在大腿外壳内侧，滑动件套设在连杆上且设在导轨上
。
[0015]进一步地，所述弹性件为压簧
。
[0016]进一步地，所述滑动件上设有直线轴承，所述弹性件的另一端固定在所述直线轴承上
。
[0017]进一步地，所述连杆与所述导轨垂直设置
。
[0018]进一步地，所述连杆顶部固定有第二连接件，底部固定有第三连接件，所述第二连接件与所述小腿连接件铰接，所述第三连接件与所述小腿铰接
。
[0019]进一步地，所述连杆为碳管制作而成
。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：
[0021]本专利技术采用仿生设计方法，将并联弹性元件与膝关节电机的输出轴固定形成并联弹性驱动器，使得四足机器人单腿具备将四足机器人的重力势能转化为动能的能力，提高了能量利用效率；也能通过主动压缩并联弹性元件后释放，提高瞬时的输出力矩，使四足机器人具备高爆发运动能力；且由于弹性元件的存在，四足机器人在受冲击时，并联弹性元件也能很好的减震，提高整机四足机器人整体的柔顺性
、
稳定性
。
附图说明
[0022]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分
。
本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定
。
在附图中：
[0023]图1为本专利技术的整体结构示意图
。
[0024]图2为本专利技术的髋关节模块示意图
。
[0025]图3为本专利技术的内部结构示意图
。
[0026]图4为本专利技术的平行四连杆机构传动机构示意图
。
[0027]图5为本专利技术的大腿模块示意图
。
[0028]图6为本专利技术的平行四连杆机构的爆炸图
。
[0029]图7为本专利技术的小腿模块示意图
。
[0030]其中，
100、
髋关节模块；
101、
肩关节电机；
102、
肩
‑
髋关节电机连接件；
1021、
连接法兰；
1022、
固定件；
103、
髋关节电机；
104、
髋
‑
膝关节电机连接件；
105、
膝关节电机；
[0031]200、
大腿模块；
210、
大腿外壳；
2101、
第一大腿外壳；
2102、
第二大腿外壳；
220、
并联弹性元件；
221、
小腿连接件；
222、
连杆；
2221、
第一连接件；
2222、
第二连接件；
2223、
第一转轴；
2224、
第二转轴；
223、
弹性蓄能器；
2231、
弹性件；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于并联弹性驱动器的单腿结构，其特征在于，包括：髋关节模块，包括肩关节电机
、
固定在所述肩关节电机的输出轴上的肩
‑
髋关节电机连接件
、
固定在所述肩
‑
髋关节电机连接件的髋关节电机
、
固定在所述髋关节电机的输出轴上的髋
‑
膝关节电机连接件，固定在所述髋
‑
膝关节电机连接件上的膝关节电机；大腿模块，包括大腿外壳，所述大腿外壳固定在所述膝关节电机上，所述大腿外壳内设有并联弹性元件，所述并联弹性元件与所述膝关节电机的输出轴固定；小腿模块，包括小腿和设在小腿底部的足底，所述小腿的顶部与所述并联弹性元件和所述大腿外壳铰接
。2.
根据权利要求1所述的基于并联弹性驱动器的单腿结构，其特征在于：所述肩
‑
髋关节电机连接件包括连接法兰和固定在连接法兰上的固定件，固定件和连接法兰垂直设置，所述连接法兰固定在所述肩关节电机的输出轴上，所述髋关节电机固定在所述固定件上
。3.
根据权利要求1所述的基于并联弹性驱动器的单腿结构，其特征在于：所述肩关节电机固定在四足机器人的脊柱上
。4.
根据权利要求1所述的基于并联弹性驱动器的单腿结构，其特征在于：所述大腿外壳为中空结构，所述并联弹性元件包括小腿连接件
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭朝，卢春雷，刘思宇，苏家豪，蒋骞，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：