[发明专利]一种三维仿人双足步行机器人的机械结构及行走方法

摘要

本发明公开了一种三维仿人双足步行机器人的机械结构，从上至下依次包括躯干、对称设置的两个髋关节、角平分机构、手臂‑大腿耦合机构及对称设置的腿机构，其中，每一侧腿机构从上至下依次包括大腿、膝关节、小腿、踝关节及足底；躯干上安装有主控芯片。本发明基于被动力学相关原理，仿人程度高，有效解决了现有机器人能源效率低、步态僵硬的问题。可作为外骨骼帮助残疾人实现行走，并且可以在未来战争中充当代步设备，提升单兵作战能力。本发明还公开了一种三维仿人双足步行机器人的机械结构的行走方法。

主权项

一种三维仿人双足步行机器人的机械结构，其特征在于，从上至下依次包括躯干(1)、对称设置的两个髋关节(23)、角平分机构(2)、手臂‑大腿耦合机构(6)及对称设置的腿机构，其中，每一侧腿机构从上至下依次包括大腿(35)、膝关节(3)、小腿(31)、踝关节(4)及足底(5)；躯干(1)上安装有主控芯片；所述的躯干(1)包括躯体(13)、半固定环(15)、连接环(17)、轴承(16)及轴承挡圈(11)；其中，躯体(13)的底部固定连接连接环(17)，所述躯体(13)上滑动连接滑块(14)；所述两个髋关节(23)同轴水平布置在所述躯体(13)的底部，躯体(13)的底部设有用于与两个髋关节(23)转动连接的连接环装置；每个髋关节(23)和同侧的手臂固定连接；所述的角平分机构(2)包括两根连杆连接轴(21)、四个连杆(22)及两个曲柄(24)；其中，每个所述髋关节(23)上分别固定连接一个曲柄(24)的一端，两个曲柄(24)的另一端分别通过一个连杆连接轴(21)与两个连杆(22)转动连接，四个所述连杆(22)两两交叉组合成两组后再分别和躯干(1)上的滑块(14)铰接，所述滑块(14)上设有供铰接的连接轴(12)；所述手臂‑大腿耦合机构(6)包括分别布置在两个髋关节(23)上的两组，每组包括大腿连接套筒(64)和L型连接板(65)，其中，L型连接板(65)包括纵向直角边和横向直角边，纵向直角边与大腿连接套筒(64)固定连接，横向直角边与角平分机构(2)上的其中一根连杆连接轴(21)固定连接，两个直角边的交汇处与同侧所述髋关节(23)转动连接；所述的膝关节(3)包括压力传感器、电磁铁(36)、电磁铁固定套筒(34)、限位挡板(37)、下连接套筒(32)、上连接套筒(33)、膝关节轴承(38)及销轴(39)，其中，大腿(35)和小腿(31)分别固定在下连接套筒(32)和上连接套筒(33)上，下连接套筒(32)和上连接套筒(33)之间通过销轴(39)及膝关节轴承(38)转动连接，大腿(35)上固定连接有电磁铁固定套筒(34)，电磁铁固定套筒(34)上固定连接电磁铁(36)，所述下连接套筒(32)上固定连接所述限位挡板(37)；所述的踝关节(4)包括万向节(46)、弹簧连接套筒(43)、足底连接套筒(47)、足底连接板(51)和弹簧(45)；其中，弹簧连接套筒(43)的上部与小腿(31)固定连接，中部通过万向节(46)连接足底连接套筒(47)，足底连接套筒(47)的底部固定连接足底连接板(51)，所述弹簧连接套筒(43)的下底面和足底连接板(51)的上表面之间纵向布置三组弹簧(45)；所述足底连接板(51)的下方具有足底曲面板(52)；足底曲面板(52)上设有微动开关；所述弹簧连接套筒(43)上设有弹簧调节螺钉(42)、调节螺母(44)，所述足底连接板(51)的上表面固定连接有弹簧固定螺钉(41)，所述弹簧(45)的上端与弹簧调节螺钉(42)非螺纹端连接，另一端与弹簧固定螺钉(41)连接，弹簧调节螺钉(42)的螺纹端上螺纹连接调节螺母(44)；所述连接环(17)内左、右对称的设有两个轴承(16)，所述两个轴承(16)的内圈分别与一个髋关节(23)固定连接。