CN103723208A - 一种仿人腿机器人行走机构 - Google Patents
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Abstract
一种仿人腿机器人行走机构，包括左腿、右腿、身体。该机构具有6个自由度，分别为左腿的扭转，左腿的抬升，左腿的弯曲，右腿的扭转，右腿的抬升，右腿的弯曲；通过平行四边形机构的运用能够实现机器人的脚掌始终与地面平行，进而满足机器人的脚掌与地面平稳接触，实现双腿机器人的平稳行走。
Description
技术领域
本发明涉及机器人行走机构领域，特别是一种仿人腿机器人行走机构。
背景技术
自19世纪以来机器人行走研究领域的重大技术突破，那时人类工程师就设计出“无源动态”机器玩具，能够依靠重力行走下坡。但自那之后，仿人机器人行走研究领域就没有再取得较大突破。我们生活中常见的步行玩具通过左右摆动使脚离开地面。人类行走时，将这种摆动降低至最低，主要依靠弯曲膝盖使脚离开地面。现有的仿人腿机器人行走机构拥有和人腿相当或更多的关节，通过控制各个关节的电机转角来实现机器人行走和平衡调节，由于每个关节都安装有电机，难免会加大行走机构的负载，而仿人腿行走机构多以细长杆件为主，如此不利于保证高精度，进而难以实现行走过程中的步态平稳的要求。
本发明解决了以上诸多问题。通过平行四边形机构的合理布置与运用使得机器人的脚掌始终与地面保持平行，进而实现脚掌与地面平稳接触与分离；此外，在此基础上可以省去踝关节上的驱动电机，从而降低行走机构的负载，更加轻便灵活；基于以上优点，提高了仿人腿机器人行走机构的精度、灵活度和稳定性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种仿人腿机器人行走机构，能够提高了仿人腿机器人行走机构的精度、灵活度和稳定性。
本发明通过以下技术方案实现以上目的：
一种仿人腿机器人行走机构，包括左腿、右腿、身体，行走过程中左脚的脚掌和右脚的脚掌始终与地面平行。
所述左腿由左转盘、第一连杆、左膝连接件、第二连杆、第三连杆、左脚、第四连杆构成；其中左转盘与身体通过第一转动副连接，并由安装在身体内的第一伺服电机驱动，第一连杆的一端与左转盘通过第二转动副连接，并由安装在左转盘上的第二伺服电机驱动，第一连杆的另一端与左膝连接件通过第三转动副连接，左膝连接件与第二连杆的一端通过第四转动副连接，第二连杆的另一端与左转盘通过第五转动副连接，第三连杆的一端与左膝连接件通过第六转动副连接，并由安装在左膝连接件上的第三伺服电机驱动，第三连杆的另一端与左脚的前销孔通过第七转动副连接，左脚的后销孔与第四连杆的一端通过第八转动副连接，第四连杆的另一端与左膝连接件通过第九转动副连接；所述右腿由右转盘、第五连杆、右膝连接件、第六连杆、第七连杆、右脚、第八连杆构成；其中右转盘与身体通过第第十转动副连接，并由安装在身体内的第四伺服电机驱动，第五连杆的一端与右转盘通过第十一转动副连接，并由安装在右转盘上的第五伺服电机驱动，第五连杆的另一端与右膝连接件通过第十二转动副连接，右膝连接件与第六连杆的一端通过第十三转动副连接，第六连杆的另一端与右转盘通过第十四转动副连接，第七连杆的一端与右膝连接件通过第十五转动副连接，并由安装在右膝连接件上的第六伺服电机驱动，第七连杆的另一端与右脚的前销孔通过第十六转动副连接，右脚的后销孔与第八连杆的一端通过第十七转动副连接，第八连杆的另一端与右膝连接件通过第十八转动副连接。
所述左转盘得销孔轴线间距、左膝连接件销孔轴线间距、左脚的前后两销孔轴线间距两两相等，右转盘得销孔轴线间距、右膝连接件销孔轴线间距、右脚的前后两销孔轴线间距两两相等。
所述的左膝连接件、右膝连接件的三个销孔中心连线分别构成等边三角形。
所述的左脚的前后销孔中心连线与左脚的脚掌成60度夹角，且后销孔的位置比前销孔位置高；右脚的前后销孔中心连线与右脚的脚掌成60度夹角，且后销孔的位置比前销孔位置高。
本发明的突出优点在于：
1、通过平行四边形机构的合理布置与运用使得机器人的脚掌始终与地面保持平行，进而实现脚掌与地面平稳接触与分离；
2、在以上基础上可以省去踝关节上的驱动电机，从而降低行走机构的负载，更加轻便灵活。
基于以上优点，提高了仿人腿机器人行走机构的精度、灵活度和稳定性。
附图说明
图1为所述一种仿人腿机器人行走机构的总体结构示意图。
图2为所述一种仿人腿机器人行走机构的第一结构状态示意图。
图3为所述一种仿人腿机器人行走机构的第二结构状态示意图。
图4为所述一种仿人腿机器人行走机构的第三结构状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
对照图1，一种仿人腿机器人行走机构，包括左腿、右腿、身体1。所述左腿由左转盘2、第一连杆3、左膝连接件4、第二连杆5、第三连杆6、左脚8、第四连杆7构成；其中左转盘2与身体1通过第一转动副16连接，并由安装在身体1内的第一伺服电机驱动，第一连杆3的一端与左转盘2通过第二转动副17连接，并由安装在左转盘2上的第二伺服电机驱动，第一连杆3的另一端与左膝连接件4通过第三转动副18连接，左膝连接件4与第二连杆5的一端通过第四转动副19连接，第二连杆5的另一端与左转盘2通过第五转动副20连接，第三连杆6的一端与左膝连接件4通过第六转动副21连接，并由安装在左膝连接件4上的第三伺服电机驱动，第三连杆6的另一端与左脚8的前销孔通过第七转动副22连接，左脚8的后销孔与第四连杆7的一端通过第八转动副23连接，第四连杆7的另一端与左膝连接件4通过第九转动副24连接；所述右腿由右转盘9、第五连杆12、右膝连接件11、第六连杆10、第七连杆14、右脚15、第八连杆13构成；其中右转盘9与身体1通过第第十转动副25连接，并由安装在身体1内的第四伺服电机驱动，第五连杆12的一端与右转盘9通过第十一转动副29连接，并由安装在右转盘9上的第五伺服电机驱动，第五连杆12的另一端与右膝连接件11通过第十二转动副28连接，右膝连接件11与第六连杆10的一端通过第十三转动副27连接，第六连杆10的另一端与右转盘9通过第十四转动副26连接，第七连杆14的一端与右膝连接件11通过第十五转动副30连接，并由安装在右膝连接件11上的第六伺服电机驱动，第七连杆14的另一端与右脚15的前销孔通过第十六转动副31连接，右脚15的后销孔与第八连杆13的一端通过第十七转动副32连接，第八连杆13的另一端与右膝连接件11通过第十八转动副33连接。
所述左转盘2得销孔轴线间距、左膝连接件4销孔轴线间距、左脚8的前后两销孔轴线间距两两相等，右转盘9得销孔轴线间距、右膝连接件11销孔轴线间距、右脚15的前后两销孔轴线间距两两相等。所述的左膝连接件4、右膝连接件11的三个销孔中心连线分别构成等边三角形。所述的左脚8的前后销孔中心连线与左脚8的脚掌成60度夹角，且后销孔的位置比前销孔位置高；右脚15的前后销孔中心连线与右脚15的脚掌成60度夹角，且后销孔的位置比前销孔位置高。
通过上述的具体实施方式，便构成了六自由度的一种仿人腿机器人行走机构，按照一定的控制策略，在各个关节伺服电机的驱动下，便可实现左脚8和右脚15的脚掌底部平面始终与地面平行，平稳的与地面接触与分离，实现平稳行走。
Claims (5)
1.一种仿人腿机器人行走机构，包括左腿、右腿、身体，其特征在于：行走过程中左脚的脚掌和右脚的脚掌始终与地面平行。
2.根据权利要求1所述的一种仿人腿机器人行走机构，其特征在于：所述左腿由左转盘、第一连杆、左膝连接件、第二连杆、第三连杆、左脚、第四连杆构成；其中左转盘与身体通过第一转动副连接，并由安装在身体内的第一伺服电机驱动，第一连杆的一端与左转盘通过第二转动副连接，并由安装在左转盘上的第二伺服电机驱动，第一连杆的另一端与左膝连接件通过第三转动副连接，左膝连接件与第二连杆的一端通过第四转动副连接，第二连杆的另一端与左转盘通过第五转动副连接，第三连杆的一端与左膝连接件通过第六转动副连接，并由安装在左膝连接件上的第三伺服电机驱动，第三连杆的另一端与左脚的前销孔通过第七转动副连接，左脚的后销孔与第四连杆的一端通过第八转动副连接，第四连杆的另一端与左膝连接件通过第九转动副连接；所述右腿由右转盘、第五连杆、右膝连接件、第六连杆、第七连杆、右脚、第八连杆构成；其中右转盘与身体通过第第十转动副连接，并由安装在身体内的第四伺服电机驱动，第五连杆的一端与右转盘通过第十一转动副连接，并由安装在右转盘上的第五伺服电机驱动，第五连杆的另一端与右膝连接件通过第十二转动副连接，右膝连接件与第六连杆的一端通过第十三转动副连接，第六连杆的另一端与右转盘通过第十四转动副连接，第七连杆的一端与右膝连接件通过第十五转动副连接，并由安装在右膝连接件上的第六伺服电机驱动，第七连杆的另一端与右脚的前销孔通过第十六转动副连接，右脚的后销孔与第八连杆的一端通过第十七转动副连接，第八连杆的另一端与右膝连接件通过第十八转动副连接。
3.根据权利要求1所述的一种仿人腿机器人行走机构，其特征在于：所述左转盘得销孔轴线间距、左膝连接件销孔轴线间距、左脚的前后两销孔轴线间距两两相等，右转盘得销孔轴线间距、右膝连接件销孔轴线间距、右脚的前后两销孔轴线间距两两相等。
4.根据权利要求1所述的一种仿人腿机器人行走机构，其特征在于：所述的左膝连接件、右膝连接件的三个销孔中心连线分别构成等边三角形。
5.根据权利要求1所述的一种仿人腿机器人行走机构，其特征在于：所述的左脚的前后销孔中心连线与左脚的脚掌成60度夹角，且后销孔的位置比前销孔位置高；右脚的前后销孔中心连线与右脚的脚掌成60度夹角，且后销孔的位置比前销孔位置高。
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