[发明专利]机器人腿和机器人系统

说明书

本发明涉及一种机器人腿，包括至少两个关节，各个关节将两个段彼此连接，其中各个关节包括凸轮，机器人腿还包括至少一个致动器和互连各个凸轮的总腱。

技术领域

本发明涉及一种机器人腿。本发明还涉及一种包括至少两个机器人腿的机器人系统。

背景技术

机器人腿是能够执行类似人或动物腿的功能的机械腿。它通常被编程成执行这些类似的功能，并且根据设计，可以被电气地和/或机械地控制。

多年来，研究人员一直在研究，以理解动物和人的动态腿式运动的基本机制。动物的运动可能是形态学与神经控制之间巧妙耦合的结果，这导致敏捷、高效且优美的动物运动。

在工程学中，研究人员试图在机器人设计中模仿这种耦合。尤其是双足运动被认为是与例如四足运动(quadrupedalism)相比的腿式运动的相对复杂的形式。在四足运动中，沉重的水平躯干和第二对腿可以完全简化静态稳定性。现有技术四足机器人的示例可以在CN 104139 811A中找到。

迄今为止，还没有人成功地设计出一种机器人腿，该机器人腿可以相当好地、尤其是以合理的能量效率和计算成本来实际模仿人或动物腿的真实运动。

发明内容

鉴于上述内容，本发明的目的是提供一种机器人腿，与现有技术相比，该机器人腿可以以更高的能量效率和更低的计算成本来模仿人或动物腿的运动。本发明的另外目的是提供一种机器人系统，该机器人系统能够控制两个或更多个这样的机器人腿。

该目的通过具有实施例的特征的机器人腿来实现。根据本发明，机器人腿包括至少两个关节，各个关节将两个段彼此连接，各个关节包括凸轮。机器人腿还包括至少一个致动器和互连各个凸轮的总腱。

因此，总腱跨越所有现有的关节，并且被设计成与致动器一起捕获张力。此外，致动器和腱的组合可以被设计成捕获虚拟腿长度中的力，其中，虚拟腿基本上描述了机器人腿中存在的第一段与最后段之间的最短距离。更详细地，虚拟腿定义机器人腿的髋部与压力中心之间的虚拟连接。致动器-腱组合还可以将第一关节中的髋部扭矩传递到地面中，或者将来自第二或最后一个关节(如果多于两个关节存在，即趾关节)的扭矩传递到机器人腿中。

腿段和总腱的组合可以承载负荷，即，可以被安装得比第一关节(髋部)更高的任意物体、或者可以将第一关节向下拉向地板的任意物体，例如悬挂负荷。

致动器和腱以及腿段的组合可以产生整体柔性腿，该腿在体重负荷下以腿缩短做出反应。因此，在运动期间，腿可以在腿长方向上偏转，这允许躯干负荷根据腿运动的身体动态在竖直方向上被动地振荡。而且，致动器和腱以及腿段的组合还可以在体重负荷下随着腿缩短而引起腿的伸展。

致动器-腱的力可由凸轮重定向，这抵消了负荷对腿的影响。凸轮是机械连杆，其能够转化运动(例如将旋转运动转换成线性运动)或引起类似于枢转的运动。在机器人腿中，凸轮可用于将关节的运动重定向成总腱的运动，更具体地，凸轮可将旋转关节运动转化成线性腱位移。因此，凸轮例如可以用于将腱力重定向成关节扭矩，反之亦然。通过将各个关节连接到总腱，可以使附接到各个关节的段的运动同步，这导致与现有技术相比以更高能量效率和更低计算成本更真实的模仿人或动物腿的运动。这导致的优点是，致动器可以更简单地形成，即具有减小的扭矩且具有较低的速度要求。

根据本发明的实施例，凸轮中的至少一些且优选地全部是线性凸轮。线性凸轮可以是以线性行为行动的凸轮。因此，词语“线性”不一定必须涉及相应凸轮的几何形状。

在本发明的另外实施例中，线性凸轮是具有旋转中心和恒定半径的凸轮。因此，线性凸轮可以设计成围绕其旋转中心旋转的圆或圆形段。