[发明专利]仿生踝关节

说明书

技术领域

本发明涉及一种仿生踝关节，属于机器人技术领域。

背景技术

机器人踝关节一般采用多个自由度串联的形式，缺点是结构不紧凑。并联形式的踝关节虽然结构相对紧凑，但控制不够简单直观。因此迫切需要一种结构紧凑，控制简单的机器人踝关节。此外，机器人踝关节一般采用主动或被动控制，主动控制能耗大，被动控制不够灵活。若能够采用主被动联合控制的方式，将取得更好的效果。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种结构紧凑，控制简单的仿生踝关节。该踝关节采用主被动联合控制，能实现三个方向的灵活转动。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。本发明中的仿生踝关节包括有小腿1、关节轴承2、第一气动肌肉3、足4、弹簧5、第二气动肌肉6。其中，小腿1通过关节轴承2与足4连接。第一气动肌肉3的一端与小腿1连接，另一端与足4连接，第一气动肌肉3相对于小腿轴线对称，并成对安装在足的纵分面上。第二气动肌肉6的一端与小腿1连接，另一端与足4连接，第二气动肌肉6相对于小腿1的轴线对称，并成对安装在足底平面的平行面上。弹簧5的一端与小腿1连接，另一端与足4连接，弹簧5相对于小腿1轴线对称，成对安装在过小腿轴线的前向面上。

本发明的仿生踝关节可实现三轴同心的灵活运动，且结构紧凑。采用气动肌肉主动控制与弹簧被动控制相结合的方式，有利于降低能量损耗，且能达到缓冲的效果。此种关节结构和控制方式与人足有相似之处。

附图说明

图1为本发明的原理图的主视图

图2为本发明的原理图的左视图

图3为本发明的原理图的俯视图

图4为本发明的实施例的三维实体图

图5为本发明的实施例的主剖视图

图6为本发明的实施例的俯视图

图7为本发明的实施例的右视半剖图

图中：1、小腿，2、关节轴承，3、第一气动肌肉，4、足，5、弹簧，6、第二气动肌肉，7、光轴，8、轴套，9、第一钣金件，10、第二钣金件，11、螺栓，12、吊环螺钉。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明。

踝关节采用关节轴承2，踝关节的抬起伸直运动、绕小腿轴线的旋转运动，分别通过一对气动肌肉控制。踝关节的侧向摆动通过一对弹簧控制。

如图1、图4所示，仿生踝关节包括小腿1、向心关节轴承2、第一气动肌肉3、弹簧5、第二气动肌肉6和足4。向心关节轴承2内圈与小腿1连接，轴承外圈与足4连接，外圈相对于内圈旋转，带动足4相对于小腿1转动。具体的连接方式如图4、图5、图6、图7所示，小腿1采用工型板，向心关节轴承2外圈与足4上凸圆柱连接台内孔过渡配合，关节轴承2内圈以过渡配合形式插入光轴7，光轴两侧加轴套8，轴与轴套通过销钉固接。轴套的法兰盘通过4个周向均布的螺钉与小腿1连接在一起。关节轴承2轴心位于小腿1轴线上。

如图1、图4、图5所示，踝关节的抬起伸直运动通过一对第一气动肌肉3控制，气动肌肉内部为橡胶管，外部为纤维编织网。第一气动肌肉3相对于小腿轴线对称，成对安装在足的纵分面上。第一气动肌肉3的一端连接了一块第一钣金件9，第一钣金件9先从第一气动肌肉3一端的通孔中穿过，再安装在小腿1的侧壁上，第一气动肌肉3的另一端连接了一块第二钣金件10，第二钣金件10先从第一气动肌肉3一端的通孔中穿过，再安装在足4的上表面。

如图3、图4、图6所示，踝关节绕小腿1轴线的转动也通过一对第二气动肌肉6控制，气动肌肉内部为橡胶管，外部为纤维编织网。第二气动肌肉6的一端与小腿1连接，另一端与足4连接。第二气动肌肉6相对于小腿1的轴线对称，并成对安装在足底平面的平行面上，与足背之间留有一定间隙，防止第二气动肌肉6伸缩产生干涉。第二气动肌肉6与足4相连的一端采用了第二钣金件10，与小腿1相连的一端采用螺栓11固定在小腿1的侧壁上。为了保持第二气动肌肉6水平，第二钣金件10安装在足前端的凸台上。

踝关节的侧向摆动通过一对弹簧5控制，如图2、图4、图7所示，弹簧5成对安装在过小腿轴线的前向面上，即小腿的两个侧面，且相对于小腿轴线对称。弹簧5两端挂在吊环螺钉12上，吊环螺钉12分别固定在小腿侧壁和足底板上。弹簧5采用拉伸弹簧，并在安装时施加了一定的预拉力。