[发明专利]可屈膝运动的半被动行走机器人及控制方法

说明书

本发明公开了一种可屈膝运动的半被动行走机器人及控制方法，包括：外腿连杆、内腿连杆、限位杆、两根外腿、两根内腿、驱动装置和传动装置，内腿包括内腿上部和内腿下部，内腿上部的一端与内腿连杆连接，内腿上部的另一端和内腿下部的一端铰接，内腿上部的另一端设置有电磁装置，内腿下部的一端设置有与电磁装置配合的磁铁，电磁装置和磁铁被配置为控制内腿下部相对于内腿上部的一端转动。本发明能够以屈膝运动姿态实现行走。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种可屈膝运动的半被动行走机器人及控制方法。

背景技术

被动动态行走的方法最早由McGeer提出，引发了各种关于人类行走的见解，并已产生了一些自然和有效的步行机。Mochon和Mcmahon对人类步行过程中的摆动阶段进行建模分析，在模型中假设下肢没有力矩作用，依据该模型计算得出的力与关节角度值和人类正常步行时吻合较好，只有竖直方向上地面反力不能很好地吻合。Basmajian等对人类步行时肌电信号的研究结果也证明了摆动阶段肌肉力矩较小，以足触地开始到下一次该足触地结束，在0～40％时间段内为单腿支撑期，40～60％时间段为双腿支撑期，60～100％时间段为摆动阶段，摆动阶段的肌电信号很弱，这为被动步行理论提供了仿生学依据。被动行走可以被视为一种结构简单，状态复杂的非线性系统，其中包括摆动腿的连续运动和支撑腿切换两种行为，分析该混杂系统的动力学行为可以得到稳定的行走步态。

与传统的主动行走方式相比，被动行走通过结构创新设计及有效的主控装置，且无需对髋关节进行实时驱动控制，实现了超低能耗。随着技术的日益更新，机器人替代人类在复杂环境中作业成为了趋势。通过研发被动行走机器人能够有效实现让机器人代替人类在某些环境下作业的目的。然而由于现有的被动行走机器人无法屈膝，因而无法复杂环境中无法进行工作，如何在最简及Compass等被动行走模型上添加膝关节则成为被动行走领域中的一个重点。

发明内容

本发明目的是针对现有技术的不足，提供一种可屈膝运动的半被动行走机器人及控制方法，能够实现屈膝状态，可以适应复杂环境的要求，具有较为广泛的应用前景。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种可屈膝运动的半被动行走机器人，包括：外腿连杆、内腿连杆、限位杆、两根外腿、两根内腿、驱动装置和传动装置，所述外腿连杆与所述内腿连杆平行间隔布置，两根所述外腿的一端分别固定连接在所述外腿连杆的两端，两根所述内腿的一端分别固定连接在所述内腿连杆的两端，

所述限位杆的一端可转动地套装在所述外腿连杆上，所述限位杆的另一端可转动地套装在所述内腿连杆上，

所述内腿包括内腿上部和内腿下部，所述内腿上部的一端与所述内腿连杆连接，所述内腿上部的另一端和所述内腿下部的一端铰接，所述内腿上部的另一端设置有电磁装置，所述内腿下部的一端设置有与电磁装置配合的磁铁，所述电磁装置和所述磁铁被配置为控制所述内腿下部相对于所述内腿上部的一端转动；

所述传动装置包括主动齿轮、从动齿轮和齿套，所述主动齿轮和所述齿套均可转动地同轴套装在所述外腿连杆上，所述齿套和所述主动齿轮连接在一起，且所述齿套的外圈半径小于所述外腿连杆和所述内腿连杆之间的距离，所述从动齿轮同轴套装在所述内腿连杆上，所述从动齿轮和所述主动齿轮啮合；

所述驱动装置固定在所述外腿连杆上，所述驱动装置被配置为控制所述齿套转动。

在本发明的一种实现方式中，所述驱动装置包括电机和驱动齿轮，所述电机固定安装在所述外腿连杆上，所述驱动齿轮同轴固定在所述电机的输出轴上，所述驱动齿轮与所述齿套啮合。

在本发明的一种实现方式中，所述外腿连杆上套装有两个限位卡簧，所述主动齿轮和所述齿套均位于两个所述限位卡簧之间。