[发明专利]刚度主动控制的末段肢杆及包含该末段肢杆的仿生机器人

权利要求书

1.一种刚度主动控制的末段肢杆，其特征在于，所述末段肢杆包括：

导管，所述导管的一端具有向内延伸的限位档口；

伸缩杆，所述伸缩杆的一端从所述导管的限位档口处伸出并用于连接仿生机器人末端的足部或掌部，所述伸缩杆的第一位置处设有阻挡部，所述阻挡部位于导管内且被所述限位档口阻挡；

弹性机构以及直线驱动机构，所述弹性机构置于所述导管的内周面和所述伸缩杆的外周面之间以及所述阻挡部和所述直线驱动机构之间；

其中，所述直线驱动机构置于所述导管内，用于产生驱动力推动所述弹性机构，以主动改变所述弹性机构的伸缩量来控制所述末段肢杆的刚度；

所述弹性机构为n级弹簧机构，n为正整数；在n大于等于2的情况下，各级弹簧串联设置，各级弹簧的刚度相同或不同；

所述n级弹簧机构包括n个串联的伸缩单元；

所述伸缩单元包括一个导向隔环和一个弹簧，所述导向隔环套在所述伸缩杆的外周面，所述导向隔环将不同伸缩单元的弹簧隔开；第一级伸缩单元的导向隔环压靠在螺柱的端面处，最后一级伸缩单元的弹簧压靠在所述伸缩杆的阻挡部；所述导向隔环为非封闭的、在其方截面具有斜切断口的圆环；

所述直线驱动机构包括用于压靠所述n级弹簧机构的螺柱以及驱动所述螺柱旋转的转轴；

其中，所述螺柱的外侧壁具有外螺纹，所述导管的与所述螺柱接触的内侧壁具有与所述螺柱的外螺纹配合的内螺纹，所述螺柱与所述导管的内螺纹形成丝杠螺母副；

所述螺柱和转轴中空，以供所述伸缩杆穿过；

所述转轴与所述螺柱的内侧面动联接，使得所述螺柱被所述转轴带动旋转的同时实现轴向运动；

所述伸缩杆的尾端连接有仿生机器人的足部或掌部，所述伸缩杆的尾端与所述足部或掌部之间还设有力传感器；

所述直线驱动机构还包括与所述转轴连接的驱动装置，所述驱动装置为外定子内转子的无框电机；所述无框电机的内转子套在所述转轴的外侧并与所述转轴固定连接，所述无框电机的外定子与所述导管的内壁固定连接。

2.根据权利要求1所述的刚度主动控制的末段肢杆，其特征在于，所述导管包括套接的第一导管和第二导管。

3.根据权利要求1所述的刚度主动控制的末段肢杆，其特征在于，所述直线驱动机构还包括用于监测所述转轴的角位移以获得所述螺柱轴向位置的编码器，所述编码器带有编码器磁环，编码器磁环通过顶丝固定在所述转轴的从所述无框电机伸出的端部的外周面上。

4.一种仿生机器人，其特征在于，所述仿生机器人包括权利要求1至3之一的刚度主动控制的末段肢杆。

5.根据权利要求4所述的仿生机器人，其特征在于，所述仿生机器人还包括控制器，所述控制器与力传感器、直线驱动机构连接，所述控制器基于所述力传感器测得的力信号控制所述直线驱动机构推动所述弹性机构，以主动改变所述弹性机构的伸缩量来控制所述末段肢杆的刚度。