[发明专利]轻量化可折叠式单向驱动机器人关节

说明书

轻量化可折叠式单向驱动机器人关节，它包括动力系统、钢丝绳传动装置、关节转动钢丝绳滑轮、关节上连接件、关节下连接件和关节轴外壳；所述关节上连接件为空心结构，动力系统和钢丝绳传动装置均安装在关节上连接件内，关节上连接件与关节轴外壳连接，动力系统可驱动钢丝绳传动装置上的钢丝绳作直线运动，钢丝绳传动装置上的钢丝绳绕在关节转动钢丝绳滑轮上，关节转动钢丝绳滑轮可转动地设置在关节轴外壳上，关节下连接件安装在关节转动钢丝滑轮上，钢丝绳传动装置的钢丝绳驱动关节转动钢丝滑轮旋转而带动关节下连接件相对关节上连接件展开和折叠。本发明适用于腿式机器人、弹跳式机器人等的髋、膝、踝关节。

技术领域

本发明涉及一种机器人，本发明属于机器人技术应用领域，特别涉及一种轻量化可折叠式单向驱动机器人关节。特别适用于腿式机器人、弹跳式机器人等的髋、膝、踝关节。

背景技术

在机器人应用领域中，腿式机器人、弹跳式机器人是非常独特的一种设计构型。相对于轮式驱动，履带式、蠕动式等驱动形式，具有较好的复杂地面环境适应能力，尤其是多足腿式和弹跳式机器人，具有优秀的越障性能。

然而，在多足腿式和弹跳式机器人的腿部关节设计中，沿矢状面上的髋、膝、踝关节往往需要较大的驱动力矩，尤其是要求很大的峰值扭矩和峰值功率。这对机器人关节的构型设计和驱动方式提出了较大的挑战。同时，在腿部机器人关节的设计中，还要求较低的质量，以便提高机器人的动态响应能力。

因此，传统的机器人关节驱动，采用伺服电机加减速器的形式相对体积、质量较大，同时也对机器人关节的转动范围设计提出了挑战，很难达到180°。此外，由于机器人腿部关节的平均关节扭矩和功率往往较低，但其峰值扭矩和功率又很高，而普通的机器人关节用减速器，例如行星轮减速器，或谐波减速器等，往往峰值扭矩在额定扭矩的3倍左右，其功率密度较小。

发明内容

本发明是为克服现有技术不足，提供一种轻量化可折叠式单向驱动机器人关节，该关节具有紧凑的结构和较大的驱动力矩，适用于腿式机器人、弹跳式机器人等的髋、膝、踝关节的设计。

一种轻量化可折叠单向驱动机器人关节，包括动力系统、钢丝绳传动装置、关节转动钢丝绳滑轮、关节上连接件、关节下连接件和关节轴外壳；

所述关节上连接件为空心结构，动力系统和钢丝绳传动装置均安装在关节上连接件内，关节上连接件与关节轴外壳连接，动力系统可驱动钢丝绳传动装置上的钢丝绳作直线运动，钢丝绳传动装置上的钢丝绳绕在关节转动钢丝绳滑轮上，关节转动钢丝绳滑轮可转动地设置在关节轴外壳上，关节下连接件安装在关节转动钢丝滑轮上，钢丝绳传动装置的钢丝绳驱动关节转动钢丝绳滑轮旋转而带动关节下连接件相对关节上连接件展开和折叠。

本发明相比现有技术的有益效果是：

1、整体系统构型设计：本发明具有较大的关节驱动力矩，可以实现关节上连接件和关节下连接件的水平展开和完全折叠状态，适用于腿式机器人、弹跳式机器人等的髋、膝、踝关节的设计场合。在机器人应用领域中，腿式机器人、弹跳式机器人是非常独特的一种设计构型。相对于轮式驱动，履带式、蠕动式等驱动形式，本发明具有较好的复杂地面环境适应能力，尤其是多足腿式和弹跳式机器人，具有优秀的越障性能。对于此种应用场合的机器人腿部关节设计，沿矢状面上的髋、膝、踝关节往往只需要单向的、较大的驱动力矩，和较低的质量，以便提高机器人的动态响应能力。

2、关节大力矩驱动的实现：采用钢丝绳传动，额外的附加扭矩甚小，提高传输效率。通过设计合理大小的钢丝绳滑轮，钢丝滑轮的直径越大，在同样大小的钢丝绳拉力下，机器人关节的输出力也越大。钢丝绳传动使得机器人关节质量较轻，具有较好的动态响应能力，整体驱动系统的外形设计为扁平状，具有较为紧凑的外形。

3、关节可完全折叠的结构：通过合理的设计机器人结构，关节轴外壳的轴线转动中心与关节上连接件(如筒状件)的中心线偏置设置，可以使关节下连接件(如连接杆)从完全展开，变化为完全折叠，同时避开了机器人关节转轴处的空间干涉，以及伺服电机等部件对关节下连接件的干涉。