[发明专利]一种具有被动柔性膝关节的液压足式机器人单腿机构

说明书

本发明公开一种具有被动柔性膝关节的液压足式机器人单腿机构，涉及机器人腿足结构技术领域，其中设置的柔性膝关节组件包括气缸与连接板，气缸中的两第一活塞杆分别铰接在大腿腿节端部、小腿腿节端部，连接板的一端与第一活塞杆铰接在小腿腿节上的同一位置，另一端铰接在大腿腿节的端部，且连接板的两铰接点的距离大于两第一活塞杆铰接点距离；本发明通过设置连接板及气缸取代了原有的机器人腿部设计中大腿腿节与小腿腿节的直接连接方式，使得机器人膝关节部位具备了一定的被动柔顺能力，可有效减小机器人腿部结构运动过程中足底与地面的接触冲击。

技术领域

本发明涉及机器人腿足结构技术领域，特别是涉及一种具有被动柔性膝关节的液压足式机器人单腿机构。

背景技术

在重型液压驱动足式机器人的设计与应用过程中，足与地面之间冲击大的问题仍然难以有效解决。主要原因是液压足式机器人作所处环境的不确定性在一定程度上加剧了机器人各关节作动器的负载变化，导致机载液压伺服驱动系统能量供应与机器人需求之间平衡的恶化，动力与驱动系统的不稳定会进一步引起控制系统力控精度的降低，进而使得机器人足与地面之间的交互冲击变大。

现有的针对以上问题的解决方案主要分为两种：一种是在机器人足底包裹厚厚的耐磨橡胶或采用碳纤维等高韧性复合材料加工机器人肢体部件，虽然此措施容易实现，且对足地交互过程的改善效果明显，但野外环境的复杂多变仍然会加剧非金属材料的磨损速度，需要频繁更换足部构件；另一种方法是将金属弹簧串接于腿部组件或作动器与被驱动杆件之间，如申请号为“202010751681.0”，名称为“轮腿机器人腿部结构及移动机器人”的发明专利，及申请号为“201510021471.5”，名称为“轮腿混合式四足机器人”的发明专利；但是弹簧刚性较低，会牺牲机器人对环境的适应性，同时对所需弹簧刚度特性的精确设计存在较大的难度，这也使得该方法难以在液压驱动腿足式机器人上得到广泛推广。

因此，如何有效缓解机器人足底与地面之间接触冲击是本领域亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有被动柔性膝关节的液压足式机器人单腿机构，以解决上述现有技术存在的问题，使得机器人膝关节部位具备了一定的被动柔顺能力，可有效减小机器人腿部结构运动过程中足底与地面的接触冲击。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种具有被动柔性膝关节的液压足式机器人单腿机构，包括大腿腿节、小腿腿节小腿俯仰液压作动器及柔性膝关节组件；所述柔性膝关节组件包括气缸与连接板，所述气缸包括缸体及设置在所述缸体内的两活塞，两所述活塞与所述缸体的端面之间均设置有用于容纳气体的空腔，所述空腔的壁面上具有进气通道，两所述活塞的第一活塞杆分别铰接在所述大腿腿节端部、所述小腿腿节端部；所述小腿俯仰液压作动器的缸筒铰接在所述大腿腿节端部，所述小腿俯仰液压作动器中的第二活塞杆铰接在所述小腿腿节上，且所述第二活塞杆在所述小腿腿节上的铰接位置低于所述第一活塞杆在所述小腿腿节的铰接位置，所述连接板的一端与所述第一活塞杆铰接在所述小腿腿节上的同一位置，另一端铰接在所述大腿腿节的端部，且所述连接板的两铰接点的距离大于两所述第一活塞杆铰接点距离。

优选的，所述气缸设置有两个，且对称设置在所述大腿腿节两侧。

优选的，两所述气缸内部的空腔均相互联通。

优选的，所述充气口处还设置有用于测量所述缸体内气压的压力传感器。

优选的，还包括髋部腿节，所述髋部腿节的端部与所述大腿腿节的顶端铰接，且所述髋部腿节与所述大腿腿节之间还铰接有大腿俯仰液压作动器。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、本发明通过设置连接板及气缸取代了原有的机器人腿部设计中大腿腿节与小腿腿节的直接连接方式，使得机器人膝关节部位具备了一定的被动柔顺能力，可有效减小机器人腿部结构运动过程中足底与地面的接触冲击，并且本发明中的气缸相比于弹簧具有明显的刚度优势，能够保证机器人的稳定性及对环境的适应能力；