[发明专利]一种仿人机器人腿部机构及连接有该机构的机器人

说明书

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种仿人机器人腿部机构及连接有该机构的机器人。

背景技术

模仿人的形态和行为而设计制造的机器人就是仿人机器人，一般分别或同时具有仿人的四肢和头部。机器人一般根据不同应用需求被设计成不同形状，如运用于工业的机械臂、轮椅机器人、步行机器人等。而仿人机器人研究集机械，电子，计算机，材料，传感器，控制技术等多门科学于一体，代表着一个国家的高科技发展水平。从机器人技术和人工智能的研究现状来看，要完全实现高智能，高灵活性的仿人机器人还有很长的路要走，而且，人类对自身也没有彻底地了解，这些都限制了仿人机器人的发展。

目前仿人机器人作为机器人技术领域的研究热点，一直被国内外各高校和研究所作为机器人技术研究的突破口。但是，由于大多数仿人机器人的双腿结构采用多块铝合金板搭接的结构形式，其存在着结构强度差、组装零件数量多、有安装机械误差等诸多缺陷，这些缺陷会造成进行步态仿真实验时，在使用同一仿真实验数据的情况下，每次实验所得到的仿人机器人实际步态数据均不相同，这会导致最终调出的步态数据不具有可复现性，无法有效的完成步态仿真实验。

由此可见，能否针对现有技术中的不足，针对仿人机器人的双腿结构做进一步改进，以解决上述技术问题，实现仿人机器人实际步态数据均匀，步态数据重复性好，有效实现步态仿真，成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供一种仿人机器人腿部机构及连接有该机构的机器人，本发明的腿部机构强度好、组装零件数量少、能够有效减小安装产生的机械误差的双腿结构。

为了达到上述技术效果，本发明包括以下技术方案：

一种仿人机器人腿部机构，包括依次连接的髋关节组件、大腿组件、小腿组件、踝关节组件和脚掌组件，所述髋关节组件、大腿组件、小腿组件和踝关节组件包括架体和连接在架体上的驱动组件，所述驱动组件包括依次连接的电机、主动带轮、从动带轮和谐波减速器，所述电机和谐波减速器固定连接在所述架体上，所述大腿组件通过谐波减速器和/或转轴分别与所述髋关节组件和小腿组件连接。本发明各结构设计合理，各关节组件能够实现灵活运动，结构强度高，在进行仿人行走时，有效完成步态仿真。

进一步的，所述髋关节组件上连接有腰部组件，所述腰部组件包括架体I及依次连接的电机I、主动带轮I、从动带轮I和谐波减速器I，所述电机I、从动带轮和谐波减速器I固定连接在所述架体I上。

进一步的，所述电机I与主动带轮I之间、从动带轮I与谐波减速器I之间均呈竖直连接，所述主动带轮I与所述从动带轮I位于同一水平面，且通过传动带I连接。

进一步的，所述髋关节组件上固定连接有谐波减速器连接件，所述髋关节组件通过谐波减速器连接件与所述腰部组件的谐波减速器连接。

髋关节组件与腰部组件连接方式和结构设计合理，有效通过电机的启动控制所述腰部组件相对大腿组件的转动，使得连接本发明腿部机构的机器人能够实现根据接收的指令使上半身在0～360°角度范围中任意的角度值做旋转，实现更灵活运动。

进一步的，所述髋关节组件的架体为十字形架体I，所述十字形架体I上固定连接有髋关节U型件，所述电机固定连接在所述髋关节U型件上，所述十字形架体I的一个端部与所述大腿组件上谐波减速器的柔轮固定连接，相对的另一个端部与所述大腿组件的架体转动连接。

通过在髋关节组件的结构中，以十字形架体I和髋关节U型件进行结构连接和设计，采用一体化设计方案，有效减少了零件数量，降低了安装机械误差；增加了筋板和加强筋，提高了零件的强度和刚度，使整体结构更加稳定。易于大腿组件和腰部组件的各结构设计。

进一步的，所述大腿组件上的驱动组件数量为两个，大腿组件上的两个所述谐波减速器分别固定连接在大腿组件的架体的两个端部。

为了实现大腿组件的灵活运动，分别在大腿上设置两个驱动组件，来分别控制大腿组件与髋关节组件的相对运动以及小腿组件与踝关节组件的相对运动，协调性更小，仿人效果更好。

进一步的，所述小腿组件上的驱动组件数量为一个，所述小腿组件通过谐波减速器和转轴与所述踝关节组件连接。小腿组件与踝关节组件能够实现相对运动，本发明小腿组件和大腿组件的结构设计灵活，也可根据研究的需要来调换替代使用，提高每个组件的使用效率。

进一步的，所述小腿组件上与大腿组件连接的一端设置有U形件，所述U形件的一个支段与所述大腿组件的谐波减速器连接，另一个支段通过转轴与所述大腿组件连接。