[发明专利]一种双足机器人踝关节缓冲装置及单腿结构

说明书

本发明公开了一种双足机器人踝关节缓冲装置及机器人单腿结构，在机器人小腿和机器人足之间设有裸关节，在所述机器人小腿背面设置连接杆，所述连接杆末端通过弹簧与机器人足后跟连接；以踝关节作为杠杆的支点，弹簧的拉力和机器人重力分别位于杠杆两边，形成方向相反的力矩；通过弹簧的拉力力矩平衡机器人的重力力矩，使得机器人重心恢复到机器人平衡的位置。本发明通过设置弹簧能够缓冲因地面凹凸不平导致的机器人震动；通过弹簧的收缩，使得重心在可调节区域内时，机器人有一定的自动调节姿态至稳定站立状态的能力。

技术领域

本公开涉及机器人行走技术领域，尤其涉及一种双足机器人踝关节缓冲装置及单腿结构。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

一般情况下，双足机器人使用能够控制的踝关节来稳定机器人的姿态，属于主动踝关节。 通过调节机器人重心在脚掌平面以内的区域来保证机器人不会跌倒。

但是，由于地面不平坦或者机器人落脚不平稳，通过主动踝关节控制机器人姿态，传感 器检测获得机器人脚掌接触情况来到踝关节做出反应需要一段时间，往往会由于控制频率不 够快或者传感器感知自身姿态的精度不够高，机器人脚掌与地面形成刚性接触从而导致机器 人的震动或者跌倒。

目前大部分腿足机器人通过控制电机的正反转来实现小腿的往复运动。这使得电机在加 速到一定速度后又通过施加电机反向转动的力矩来制动，反转，也就是使用施加反向的力做 功来先平衡之前做功产生的动能。如此频繁的加速减速过程中都有一个过程用电机力矩制动 过程，随着机器人运动的次数越多浪费的能量也越多。

现有技术通过提高主动踝关节的控制频率和传感器的灵敏度，或者使用地形感知传感器 提前感知落脚点的地形的方式来减缓机器人的震动，但是，这样会极大地增加开发生产成本， 控制过程复杂。同时，机器人对地形的适应能力比较差。

现有技术通过在足底增加缓冲材料，在一定程度上能够减小震动，但是只能做到缓冲竖 直方向上的震动，无法对机器人的前后倾斜行为做出缓冲的贡献。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了

一种双足机器人踝关节缓冲装置及单腿结构，能够使用弹簧缓冲因地面不平坦或者机器 人落脚不平稳导致的震动。

在一些实施方式中，本发明采用如下技术方案：

一种双足机器人踝关节缓冲装置，在机器人小腿和机器人足之间设有裸关节，在所述机 器人小腿背面设置连接杆，所述连接杆末端通过弹簧与机器人足后跟连接；以踝关节作为杠 杆的支点，弹簧的拉力和机器人重力分别位于杠杆两边，形成方向相反的力矩；通过弹簧的 拉力力矩平衡机器人的重力力矩，使得机器人重心恢复到机器人平衡的位置。

在另一些实施方式中，本发明采用如下技术方案：

一种机器人单腿结构，包括：大腿结构、膝关节结构、小腿结构和踝关节结构，其中， 所述踝关节结构包括上述的双足机器人踝关节缓冲装置；所述膝关节结构采用曲柄摇杆四连 杆机构实现动力传动。

在另一些实施方式中，本发明采用如下技术方案：

一种双足机器人，包括上述的双足机器人踝关节缓冲装置；或者，包括上述的机器人单 腿结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.通过设置弹簧能够缓冲因地面凹凸不平导致的机器人震动；

2.通过弹簧的收缩，使得重心在可调节区域内时，机器人有一定的自动调节姿态至稳定 站立状态的能力。

3.刚性绳的设置能够起到限位的作用，可通过调节刚性绳的长度调节机器人腿处于平衡 状态的姿态。