[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

说明书

本发明提供一种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，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。

技术领域

本发明涉及仿生机器人领域，尤其涉及一种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。

背景技术

目前，仿生腿足式机器人(双足仿人、四足、多足机器人等)为了在多种复杂环境，及突发情况下，能够快速准确应变，极具有较好的柔顺仿生驱动能力，需要其各肢体具有控制刚度的功能。

目前国内外，机器人肢体的刚度调整，有些通过肢体关节部位施加弹性调整的方式实现，但是通过在肢体关节部位施加弹性调整的方式，有其难以克服的局限性，即关节作为机器人运动动力的具体输出部位，复合可调弹性功能之后，原本较简单的关节驱动与反馈对应关系，将因弹性因素的引入而使局部驱动结构多参数复合而复杂化，正常工况下一些原本可以轻易处理的非线性干扰因素，将因复合弹性因素放大使其处理难度大大增加，甚至难到不可能处理。

还有一些通过使肢杆弹性可调整的方式实现，因末段肢杆直接与外界工况环境接触，因而一般选择末段肢杆作为弹性可调部位，刚度可调的腿足式机器人的末段肢杆(如有踝关节，则非指足部，而指小腿段；如有腕关节，则非指掌部，而指小臂段)，大部分为无主动控制的被动弹性杆。

这些被动弹性杆中，有些是通过内置换向机构和弹性元件实现刚度调整，通过步态规划对应被动换向，在每个步态切换为对应预设的肢杆刚度。有些通过直接使末段肢杆本身设计成被动弹性元件实现刚度调整。此类非主动控制刚度的方式，只能在有限的、不太复杂的环境工况，提前预设步态和对应肢杆刚度，才能较好的实现预期的运动功能，而不能应对多种，复杂，或突发的环境工况，不能有针对性的实时精确调整肢杆刚度。

发明内容

鉴于此，本发明实施例提供了一种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，以实现仿生机器人肢体主动、更灵活地刚度调整。

本发明的技术方案如下：

一种刚度主动控制的末段肢杆，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。

在一些实施例中，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。

在一些实施例中，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。

在一些实施例中，所述转轴与所述螺柱的动联接方式为花键联接、滑键联接或导键联接。

在一些实施例中，所述直线驱动机构还包括与所述转轴连接的驱动装置。