[发明专利]一种用于半被动双足机器人的柔性驱动髋关节

说明书

本发明公开了一种用于半被动双足机器人的柔性驱动髋关节，包括角平分线机构、髋关节柔性驱动机构，髋部支架通过定位销固定在轴的中部，构成髋关节的机架主体部分。角平分线机构包含第一连接件、第一连杆、第二连杆和套筒，角平分线机构为连杆机构，结构简单，工作可靠。髋关节柔性驱动机构左右对称分布，由右侧舵机和左侧舵机提供动力，工作时，右侧舵机与左侧舵机的转动总保持大小相等、方向相反的状态，结合角平分线机构的使用，可以很好地模拟双足行走的步态，由于右侧舵机与左侧舵机的驱动是由拉簧进行传递的，故不存在刚性驱动所带来的惯性冲击等问题，带给系统稳定性的同时，还可以更好地体现髋关节的自然力学特性。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种用于半被动双足机器人的柔性驱动髋关节。

背景技术

由于双足步行机器人行走方式更加接近人类，能够快速适应人类生存环境(如生活中的楼梯等)，从而更好地服务人类。因此，有关双足步行机器人的研究工作在世界范围内得到广泛开展。

近年来，随着被动行走原理的提出，越来越多的学者开始着手开发基于该原理的半被动双足机器人，此类机器人具有节能、行走自然、结构简单等特性。世界范围内，美国康奈尔大学(Cornell University)、麻省理工学院(Massachusetts Institute ofTechnology)、荷兰戴尔福特理工大学(Delft University of Technology)等研究机构纷纷开发出系列半被动双足机器人，它们都可以实现较为理想的行走。

但分析发现，现有的半被动双足机器人所使用的角平分线机构(减少整机的自由度，以降低控制的难度，同时保证躯干时刻保持在下肢的角平分线上)普遍存在结构过于复杂，工作可靠性较差的问题，而且现有的欠驱动双足机器人较多采用刚性驱动(如在关节处利用电机直接驱动)，这使得机器人在运动中难以保证传动及运动的柔顺性，无法有效应对较大刚性冲击，进而严重影响行走的稳定性，同时，刚性驱动还会抑制关节的自然力学特性，从而影响到机器人的行走自然性。由于刚性驱动的种种缺陷，近年来，该领域的研究人员不断尝试利用人工肌肉(如气动人工肌肉)的柔性驱动方式对欠驱动双足机器人进行驱动，但这种柔性驱动的方式不但体积大、重量高，且驱动效率低，而利用高效率的电机结合弹簧的柔性驱动方可能是一种较好的柔性驱动方式。

综观上述半被动双足机器人的研究现状，急需一种集成结构简单、可靠性佳的角平分线机构与高效、轻巧柔性驱动于一体的用于半被动双足机器人的柔性驱动髋关节。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有半被动双足步行机普遍存在的角平分线机构复杂、髋关节驱动不完善的问题，而提供一种用于半被动双足机器人的柔性驱动髋关节，该柔性驱动髋关节具有角平分线机构简洁、柔性驱动机构紧凑，可使行走更加自然的特点。

本发明包括角平分线机构和髋关节柔性驱动机构；

所述的角平分线机构包含第一连接件、第一连杆、第二连杆、套筒、第三连杆、第二连接件等。其中，髋部支架通过定位销固定在轴的中部，第四销轴以螺纹连接的方式固定在髋部支架上部，第二连杆中部与第四销轴铰接，构成转动副。一对连杆连接件铰接在第一连杆的两端构成转动副。第一销轴与第一连接件固连，对称布置的第一连杆与第一连接件铰接。套筒的上端与第一连杆以螺纹连接的方式固连，套筒的下端与第三连杆的上端构成转动副，第三连杆通过第二销轴与第二连接件铰接，对称分布的第三销轴以螺纹连接的方式固定在腿部连接件上，第三销轴与第二连接件构成转动副；角平分线机构可以实现两侧腿部连接件运动的耦合，在不增加多余自由度的情况下，使髋部支架时刻保持在两侧腿部连接件运动的角平分线上。