[实用新型]一种电动四足机器人的单腿结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于电动四足机器人的单腿结构，属于机器人技术领域。

背景技术

在地形多变的自然环境中，腿足式机器人可以更好的适应地形变化，对复杂地形具有较高的通过性，相较于轮式或履带式机器人具有一定的优越性。腿足式机器人是一个具有较高吸引力的研究领域，在工业、地形勘探、军事国防等领域具有广阔的应用前景。

当前的腿足式机器人研究，为了提高机器人的负载自重比，多是采用液压驱动系统。如山东大学研制的SCalf四足机器人，美国Boston Dynamics公司研制的BigDog等，均是采用液压驱动系统。后期Boston Dynamics公司研制了电动四足机器人SpotMini，但是由于电机的力矩容量等限制，当前的电动腿足式机器人的动态性能表现一般，仍然具有较大的提高空间。

研制电动腿足式机器人，比较精简的结构就是将驱动电机放置在关节部位。腿足式机器人关节的体积、重量、输出力矩和运动精度，是其整体性能的主要决定因素。当前的机器人关节，通常采用输出力矩较小的无刷直流电机。为了获得较大的输出力矩，通常需要配置具有较大减速比的RV减速器或者谐波减速器。然而，大减速比传动系统的逆向驱动效果较差，使机器人对环境的力感知能力较差，不适用于组建腿足式机器人。

中国专利文献CN 104942822A公开了《一种空间机器人的两自由度关节》，通过两关节驱动组件、关节传动组件，实现关节两自由度的运动，通过调节两个电机的转速和转角，实现关节俯仰、旋转、两者合成的三种运动方式。但是，该装置采用多级行星齿轮减速箱和锥齿轮传动，传动机构较为复杂，关节尺寸和重量较大。

实用新型内容

本实用新型的目的是面向当前腿足式机器人的需求，针对现有腿足式机器人的不足，提供一种动态性好、输出扭矩大、结构简单紧凑、逆向驱动性能好且具有高动态特性的电动四足机器人的单腿结构。

本实用新型的电动四足机器人的单腿结构，采用如下技术方案：

该电动四足机器人的单腿结构，包括髋关节、膝关节、大腿连杆、小腿连杆和脚部，髋关节又包括第一髋关节和第二髋关节；第二髋关节与第一髋关节的动力输出端连接；膝关节通过大腿连杆与第一髋关节的动力输出端连接，膝关节与第二髋关节刚性连接，第二髋关节的动力输出端与膝关节的动力输入端通过传动机构连接，小腿连接在膝关节的动力输出端，脚部连接在小腿上。

所述第一髋关节，包括第一驱动电机、第一关节主轴、第一传动箱和第一关节输出轴；第一驱动电机的定子内置有霍尔传感器，第一驱动电机的转子与第一关节主轴连接，第一关节主轴安装在第一驱动电机壳体上，第一驱动电机壳体上安装有第一编码器，第一编码器的磁头连接轴嵌套在第一关节主轴的内孔中；第一传动箱连接在第一驱动电机壳体上，第一传动箱内安装有行星减速器和第一关节输出轴，行星减速器的输入轴与第一关节主轴连接，第一关节输出轴与行星减速器的行星架输出端连接。

所述第二髋关节，包括第二驱动电机和第二关节主轴，第二驱动电机定子内置有霍尔传感器，第二驱动电机转子与第二关节主轴连接，第二关节主轴安装在第二驱动电机壳体上，第二关节主轴通过传动机构与膝关节中的输入主轴连接，第二驱动电机壳体上安装有第二编码器，第二编码器的磁头连接轴嵌套在第二关节主轴的内孔中，第二驱动电机壳体上设置有连接杆，该连接杆与第一关节输出轴连接。

所述膝关节，包括膝关节输出传动箱、膝关节输入传动箱、膝关节输出轴连杆、膝关节支承连杆和输入主轴，膝关节输出传动箱与膝关节输入传动箱连接，膝关节输出传动箱内安装有行星减速器和膝关节输出轴连杆，膝关节输出轴连杆与行星减速器连接，膝关节输入传动箱内安装有输入主轴，输入主轴与行星减速器连接，输入主轴与第二髋关节中的第二关节主轴通过传动机构连接，膝关节输出轴连杆上连接有膝关节支承连杆。

上述电动四足机器人的单腿运行时，第一髋关节中的第一驱动电机根据其编码器的伺服控制信号旋转，并通过行星减速器带动动力输出端(第一关节输出轴)运转，进而带动第二髋关节、大腿连杆、膝关节总成和小腿相对于第一髋关转动。第二髋关节中的第二驱动电机根据其编码器的伺服控制信号旋转，并带动膝关节的动力输入端(输入转轴)转动，进而通过行星减速器带动膝关节的动力输出端(输出轴连杆)转动，从而实现了小腿相对于大腿的转动。