[发明专利]一种仿生四足机器人腿机构

说明书

本发明涉及一种仿生四足机器人腿机构。包括髋关节传动模块，膝关节传动模块，小腿模块和足端模块。本发明机器人腿结构中，髋关节传动模块通过电机连接减速器直接驱动髋关节运动，该方案传动效率高。膝关节传动模块通过电机带动滚珠丝杠机构运动，并进而带动四连杆机构运动以驱动膝关节运动，该方案传动摩擦小，传动效率高。小腿模块的采用质量轻巧的塑性材料构成外壳，采用碳纤维管作为内部骨架，既保证了小腿模块的强度和刚度，又提供了碰撞缓冲保护。足端模块中配置有力传感器和弹性原件，能够有效地感知触地状态，并缓冲足端与地面的碰撞。

技术领域

本发明涉及一种足式机器人腿机构，特别是一种仿生四足机器人腿机构。

背景技术

足式运动具有优越的地形适应能力，是目前移动平台方向的研究热点。借鉴仿生学原理中肌骨模型搭建四足机器人的机械系统，是四足机器人机械系统设计的有效方法，例如美国波士顿动力公司的大狗系列机器人和麻省理工学院的猎豹系列机器人。

专利CN 103407514B公开了一种四足仿生机器人腿，该机器人腿机构由机体支架、大腿支架、小腿连接杆、小腿连接板、关节盘限位块、小腿支撑座和小腿套筒等刚性结构，以及关节盘和关节盘液压缸轴刚柔调制机构，以及脚掌等柔性结构组成。动力驱动装置采用液压驱动。由于在刚性结构的基础上设置了柔性环节弹簧用来缓冲吸震，关节盘与关节盘限位块的配合仿人体膝关节组织，实现了小腿的灵活运动以及上台阶和跳跃等运动。但是液压驱动的机器人噪音大，控制精度差，关节的活动角度小，控制难度高。

专利CN 103448828B公开了一种四足仿生机器人腿机构，该机器人腿机构包括肩胛骨、肩关节、股骨(或大腿)、膝关节、胫骨(或小腿)、被动踝关节、脚掌及驱动模块。所述四足仿生机器人膝关节连接股骨和胫骨；所述被动踝关节连接胫骨和脚掌。该发明采用滚珠丝杠驱动关节具有传动效率高和传动精度高的特点，并在踝关节处配置弹性原件起到缓冲减震作用，但整体机构没有很好地封装性，足端没有感知触地状态的元件。

由此可见目前的技术还存在不足之处。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术的不足，提供一种仿生四足机器人腿机构，髋关节采用具有高力矩密度的电机和减速器驱动，保证机器人正常运行所需的电机驱动力矩，膝关节采用高速静音的滚珠丝杆传动以及四连杆机构传动，传动精度高，传动效率高。在小腿和脚踝处采用弹性原件，以减少碰撞带来的损失，足端配置力传感器以感知触地情况。在整体结构设计方面，保证传动系统良好的封装性，以有效地避免杂物落入传动系统中影响系统运行。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种仿生四足机器人腿机构，包括髋关节传动模块(I)，膝关节传动模块(II)，小腿模块(III)和足端模块(IV)，其特征在于：髋关节传动模块(I)连接膝关节传动模块(II)，小腿模块(III)连接膝关节传动模块(II)和足端模块(IV)。髋关节传动模块(I)控制机器人腿部的髋关节外展内收和髋关节的屈曲延长，膝关节传动模块(II)控制膝关节的屈曲延长。