[实用新型]一种具有仿生跖趾关节的半被动双足步行机

说明书

技术领域

本实用新型属于机器人技术领域，具体涉及一种具有仿生足趾关节的完全被动双足步行机。

背景技术

由于双足步行机器人具有类人的行走特征，能够快速适应人类生存环境，从而更好地服务人类。因此，近年来，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。

完全被动双足机器人是双足步行机器人的一种，其能够利用自身重力实现在斜坡上的稳定行走，与传统的主动步行机器人相比具有步态自然、结构简单、低能耗的优点。完全被动双足机器人虽然具有显著的节能效果(仅靠重力行走)，但其只能在斜面上行走，实用性欠佳，故研究人员开始着手半被动双足机器人的研发。美国康奈尔大学(Cornell University)、麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)、荷兰戴尔福特理工大学(Delft University of Technology)等开发出系列半被动双足机器人，都达到了比较理想的能耗指标，十分节能，但所开发样机所采用的躯干等分机构结构较复杂，这增加了整机的能耗，加大了制作物理样机的难度。

同时，现有的半被动双足机器人多使用弧型的整体足，弧型整体足虽然能够实现在水平路面上的行走，但其适应复杂路面的能力较差，不利于行走性能的进一步提升。而人类行走高效节能，一直是半被动双足机器人的学习蓝本，但人类脚掌与现有半被动双足机器人的整体刚性结构脚掌不同，其具有跖趾关节，且该关节与冠状面呈一定角度(20°-40°)，研究表明，脚趾在人类行走过程中可以实现弹性启动，在运动触地过程中，能够协同跖部适应路面地形的变化，具有重要的生物运动功能特征，因此，基于人体跖趾关节特征启发，在半被动双足机器人脚掌上设计具有类人的跖趾关节将有利于提升其行走性能及地形适应能力。

综观上述半被动行走的研究现状及人体跖趾关节的优异生物结构特征，急需一种躯干等分机构结构更加简洁、行走性能好、地形适应能力强的完全被动双足步行机。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决现有半被动双足步行机普遍存在的躯干等分机构结构复杂、地形适应能力差的问题，而提供一种具有仿生跖趾关节的半被动双足步行机，该半被动双足步行机具有结构更加简洁、行走性能好、地形适应能力强的特点。

本实用新型包括髋部总成、腿部总成和足部总成。

所述的髋部总成包含第一机架、第二机架、上肢、第一轴、第一齿轮、髋腿连接件、舵机等。其中，第二机架、第三机架、一对第四机架、一对第五机架由内向外对称地布置在第一机架的两侧，同时，第二机架、第三机架通过第一内六角螺钉与与第六机架固连。第一轴布置在第三机架、与第三机架同侧的第四机架之间，并与第三机架、第四机架构成转动副，第一齿轮、第八齿轮固连在第一轴的两端。第二轴布置在第二机架和与第二机架同侧的第四机架之间，并与第二机架、第四机架构成转动副，第二齿轮、第三齿轮固连在第二轴的两端。两个第三轴分别布置在同侧的第四机架、第五机架之间，并与第四机架、第五机架构成转动副，第四齿轮、第九齿轮分别布置在两侧的第四机架、第五机架之间，并分别与对称分布的两个第三轴固连，同样对称分布的上肢分别固连在两侧的第三轴的一端。第四轴一端与第五齿轮固连，另一端与第二机架构成转动副。第五轴布置在第二机架、第三机架之间并与第二机架、第三机架构成转动副，第六齿轮、第七齿轮分布在第二机架、第三机架之间并与第五轴固连。这里，第一齿轮与第七齿轮啮合，第五齿轮分别与两侧的第二齿轮、第六齿轮啮合，第三齿轮与第四齿轮啮合，第八齿轮与第九齿轮啮合。第三齿轮、第四齿轮、第八齿轮、第九齿轮模数、齿数等齿轮参数一致，第一齿轮、第七齿轮模数、齿数等齿轮参数一致，第五齿轮、第二齿轮、第六齿轮模数、齿数等齿轮参数一致。对称分布的髋腿连接件分别与第一轴、第二轴固连。最后，步行机的动力由舵机通过第十齿轮与第七齿轮的啮合来传递，这里，舵机通过对称分布的两对螺母、内六角螺栓固定在第六机架上。

所述的腿部总成包含第一连杆、第一圆柱销、第二连杆、第二圆柱销和第三连杆。其中，两个第一连杆的一端与髋腿连接件固连，另一端通过第一圆柱销与第二连杆固连，第三连杆则通过第二圆柱销与第二连杆固连。第一连杆、第二连杆、第三连杆均分布有等距的销孔，方便第一圆柱销、第二圆柱销以插接的形式对步行机腿部长度进行调节。