[实用新型]具有辅助侧摆机构的无膝欠驱动仿生双足步行机

说明书

一种具有辅助侧摆机构的无膝欠驱动仿生双足步行机，其髋部总成的机架二固连在机架三的中部，对称分布的第一机架、第四机架固连在第三机架的两侧，第五机架固定在两个第一机架的下端。其腿部总成左右对称分布，腿部在矢状面内的摆动动作。其右脚总成与左脚总成在结构上镜像对称。第一踝关节轴与第四连杆十字交叉且固连在一起，第二踝关节构件与第一踝关节轴构成转动副，前后成对使用的第一踝关节构件与第四连杆构成转动副，这两个转动副构成了步行机的踝关节。通过控制器对第一舵机、第二舵机及第三舵机控制实现步行机的左右侧摆运动、迈步动作、蹬地动作，使步行机在没有膝关节的情况下依然可以实现自然、稳健的行走。

技术领域

本实用新型属于机械仿生技术领域，具体涉及一种具有辅助侧摆机构的无膝欠驱动仿生双足步行机。

背景技术

由于双足步行机具有类人的行走特征，能在人类的生活和工作中与人类协同工作，而不需要专门为其对环境进行大规模改造。双足步行机在无人工厂、核电站、辅助行走、宇宙探索、康复医疗、大众服务等领域都有着潜在的应用前景。因此，有关双足步行机的研究工作在世界范围内得到广泛开展。

欠驱动双足步行机是双足步行机器人的一种，其能够利用少量驱动器实现在地面上的稳定行走。由于无膝欠驱动双足步行机与传统的主动步行机器人相比具有结构简单、低能耗的优点，故研究人员开始着手无膝欠驱动双足步行机的研发。文献调研表明，现有的无膝欠驱动双足步行机为了尽量减少步行机的自由度，降低控制难度，多使用曲面足来引导、辅助完成侧摆运动，这种非类人的结构特征在一定程度上影响了现有无膝欠驱动双足步行机的行走自然性。同时，由于曲面足与地面的接触面积较小，容易产生摆动腿绕支撑腿转动的现象，导致现有的欠驱动双足步行机在行走速度上十分有限。同时，现有的无膝欠驱动双足步行机由于没有膝关节，多采用改变腿长的方式避免摆动腿的擦地现象，这种方式也严重影响了其行走的自然性。

综观上述研究现状，急需一种结构更加简洁、行走更加自然、具有平底足部和辅助侧摆机构的无膝欠驱动仿生双足步行机。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决现有无膝欠驱动双足步行机普遍存在的机构结构复杂、地形适应能力差、行走不自然的问题，而提供一种具有辅助侧摆机构的无膝欠驱动仿生双足步行机，该双足步行机引入辅助侧摆机构，可以在没有膝关节的情况下避免擦地现象，具有结构简单、行走性能好、自然性高等特点。

本实用新型包括髋部总成、腿部总成、右脚总成和左脚总成。

所述的髋部总成包含第一机架、第一舵机、第一拉簧、第二机架、第三机架、第一柔性连接件、第二舵机、第四机架、偏心轮、第五机架、内六角螺钉、第二舵臂。其中，第二机架固连在第三机架的中部，对称分布的第一机架、第四机架同样固连在第三机架的两侧。第五机架固定在两个第一机架的下端，使髋部总成的整体结构更加稳定。成对使用的第一舵机对称地布置在两个第一机架的上端，主要负责步行机在矢状面内的驱动。第二舵机可以带动偏心轮旋转，辅助步行机产生侧摆运动。这里，第二舵机通过内六角螺钉与第二机架、第五机架固连。

所述的腿部总成包含髋关节轴、第一连杆、第一腿部构件、第三舵机、第二舵臂、第二柔性连接件、第二腿部构件。两部分腿部总成左右对称分布。两个对称布置的髋关节轴分别与两侧的第一机架、第四机架构成转动副，以保证第一舵机可以顺利通过第一拉簧、第一柔性连接件以及第一连杆来驱动步行机腿部在矢状面内的摆动动作。这里，第一腿部构件同时固定在髋关节轴、第一连杆的中部。这里，本实用新型选择在第一舵机的传动环节加入第一拉簧的原因在于，第一拉簧可以减少驱动器第一舵机给系统带来的振动。第三舵机布置在第一腿部构件的上端，负责为步行机的侧摆运动提供驱动。第二腿部构件固连在第一腿部构件的下端。