带有机械防失衡的机器人行走机构的制作方法

本发明涉及类人型机器人行走结构，特别涉及带有机械防失衡的机器人行走机构。

背景技术：

双足行走机器人是以模仿人类双腿行走模式，因为具有较好的人类行走姿态，因此其应用场景较为广阔，有着较大的发展空间。但是双足类人机器人为实现模拟类人姿态，需要使用大量的关节和构件来实现，特别是足部。现有类人型机器人大量采用板状的足部，然后利用位于机身处的陀螺仪等传感器感知身体姿态，进而通过反馈系统调节足部关节和上身姿态以达到机身平衡的效果。为了准确感知身体姿态信息，需要较为精准的反馈系统进行调节，而且上述反馈系统进能够针对较为平整的路面进行调节，对于路面凹凸不平，足部无法完全着地的崎岖路面，仅通过调节上身姿态无法稳定保持机器人平衡。

技术实现要素：

针对上述情况，本发明之目的就是提供一种机机械防失衡的机器人行走机构，目的在于解决崎岖路面位置，传统类人型机器人足部着地面积较小，机器人姿态调节困难，容易失衡的问题。

其技术方案是，包括杆状的下肢部件，所述下肢部件下端通过球形关节连接足部件，所述下肢部件与足部件的表面之间还设有多个调节杆，各所述调节杆固定端与下肢部件固定连接，各所述调节杆的铰接端与足部件之间铰接连接，形成一个或多个调节杆动作足部件与下肢部件之间可完成设定角度调节的结构；所述足部件由中掌部、后掌部和前掌部构成，所述中掌部通过球形关节与所述下肢部件活动连接，所述后掌部、前掌部均位于行走方向上，且位于中掌部的两侧，所述后掌部与中掌部之间通过枢轴形成转动连接，所述后掌部与中掌部之间的转动轴线与行走方向垂直设置；所述前掌部由多个卡爪绕中掌部分外轮廓面环绕而成，各所述卡爪包括与中掌部铰接的转杆，各所述转杆的一端固定连接趾头部，各所述转杆的另一端的两侧分别与中掌部之间连接有处于拉伸状态的弹簧件。

在上述或一些实施例中，所述中掌部位圆柱台状结构，所述下肢部件下端设有一球状转动部，对应的所述中掌部中心处设有与转动部配合的球缺形槽体，形成球状转动部在球缺形槽体内转动的结构。

在上述或一些实施中，所述后掌部与中掌部之间通过阻尼轴连接，所述阻尼轴的枢轴设有半齿轮结构，对应的所述中掌部设有与半齿轮两侧边形成限位的转动限位槽，形成中掌部与后掌部在设定角度范围内转动结构。

在上述或一些实施例中，所述下肢部件的上端部铰接有第一驱动杆，所述第一驱动杆的另一端与机架铰接，还包括与下肢部件中上部铰接的第二驱动杆，所述第二驱动杆设有与曲柄杆铰接的铰接端，所述曲柄杆被配置为由动力源驱动并圆周运动，所述动力源固定安装于机架上。

在上述或一些实施例中，还包括位于第二驱动杆与机架之间的稳定杆，所述稳定杆的一端与第二驱动杆的中部位置铰接，所述稳定杆的另一端与机架铰接，所述足部件、下肢部件、第一驱动杆、第二驱动杆、曲柄杆、稳定杆、机架、动力源构成单足单元，所述单足单元并列设置两个。

在上述或一些实施例中，各所述单足单元分别由独立的动力源进行驱动。

在上述或一些实施例中，所述机架包括两个倾斜向上布置且平行设置的固定板，所述固定之间设有连接板，所述动力源固定安装在连接板上，所述动力源还典型连接有动力包，所述动力包与固定板固定安装，且位于两固定板之间。

与传统双足机器人相比，本方案的足部件在于下肢部件之间形成角度调节的同时，其本身有多个零件构成，其中后掌部与中掌部之间能够在自身重力作用下，在于高低不平路面时，能够自适应调节后掌部与中掌部之间的角度，以获得更好的着力点，另外环状分布的前掌部的卡爪，依赖弹簧件保持与接触地面之间非刚性的接触，卡爪在获得较多支撑点的同时也通过弹簧件的反作用力，为下肢部件提供可靠的支撑力，以实现更好的姿态调整。

附图说明

图1为本专利所涉及方案的一实施例的主视图。

图2为本专利所涉及方案的一实施例的侧视图。

图3为图1中a部分的放大示意图。

图4为图1中b部分的放大示意图。

具体实施方式

为了更清楚和完整的说明本发明的核心构思，以下将结合具体的实施方案对本发明做进一步的描述和说明。需要注意的是，以下具体实施例旨在说明本发明的构思，并不意味着对本发明的实现方式作出限定，因此本发明的实现方式包括但不限于本申请文件所记载的内容，本领域技术人员跟据本发明构思所作出的替换和规避也应当被认为属于本发明所要求保护或不应当取得授权的范围。

作为类人型机器人包括作为行走动作执行的行走机构，和用于获得机器人姿态信息的传感器系统，还包括用于接受传感器系统输入信号并根据输入信号并运行指令集的控制单元，控制单元根据内置指令集和所获取的各传感器信号生成作用于控制驱动单元的控制指令，这里所述的驱动单元包括驱动电路和与驱动电路电性连接的电机、调节杆200等动力源900，各电机、调节杆200位于行走机构处，并未行走机构提供动力，当然上述动力源900包括但不限于上述列举的种类。

在本方案中，行走机构包括两并列设置的单足单元，单足单元模拟人类智力行走过程中的整个腿部结构，在本方案中各单足单元包括足部件300、下肢部件100、第一驱动杆500、第二驱动杆600、曲柄杆700、稳定杆800、机架、动力源900，这里所说的动力源900可采用带有编码器的步进电机，经由编码器接收来自驱动电路的脉冲信号，精准控制曲柄杆700的转动周期和转动角度。在具体实施过程中，各单足单元分别由一个动力源900连接对应的曲柄杆700，使得两个单足单元分别拥有自己的动力，特备注意的是，在本方案中由于单足单元的动作时交替运行，所以曲柄杆700的运行相位相差180°，以实现两所述单足单元的交替动作、运行。

在上述或一些实施例中，机架保持相对固定，用于安装和连接相对静止的零部件，在本方案中机架包括两个倾斜向上布置且平行设置的固定板1000，所述固定之间设有连接板1001，与曲柄杆700配合的步进电机固定安装在连接板1001上，本方案中各步进电机和调节杆200可采用电力进行驱动，其中调节杆200可采用电力驱动的电动伸缩杆，其中通过集成安装的锂离子电池组提供电力，所述锂离子电池组构成动力包1002，在实施例中，动力包1002固定安装于两固定板1000之间，由于动力包1002其质量较重，在方案具体实施时，所述行走机构装配上肢结构够，动力包1002即位于整个机器人的中下部，可起到平衡机器人重心，增强其稳定性的作用。

在上述或一些实施例中，下肢部件100为杆状或长条片状的刚性结构，下肢部件100下端通过球形关节连接足部件300，下肢部件100可通过球形关节相对于足部件300做较大幅度的自由摆动，其摆动范围大致呈圆锥状结构，下肢部件100与足部件300的表面之间还设有多个调节杆200，各所述调节杆200固定端与下肢部件100固定连接，各所述调节杆200的铰接端与足部件300之间铰接连接，形成一个或多个调节杆200动作足部件300与下肢部件100之间可完成设定角度调节的结构，根据驱动电路的电信号，一个或若干个调节杆200动作，完成足部件300与下肢部件100之间的角度调节。

在上述或一些实施例中，所述足部件300由中掌部301、后掌部302和前掌部303构成，所述中掌部301通过球形关节与所述下肢部件100活动连接，所述后掌部302、前掌部303均位于行走方向上，且位于中掌部301的两侧，所述中掌部301位圆柱台状结构，所述下肢部件100下端设有一球状转动部101，对应的所述中掌部301中心处设有与转动部配合的球缺形槽体102，形成球状转动部101在球缺形槽体102内转动的结构，所述后掌部302与中掌部301之间的转动轴线与行走方向垂直设置；所述前掌部303由多个卡爪400绕中掌部301分外轮廓面环绕而成，各所述卡爪400包括与中掌部301铰接的转杆401，各所述转杆401的一端固定连接趾头部403，各所述转杆401的另一端的两侧分别与中掌部301之间连接有处于拉伸状态的弹簧件402，所述后掌部302与中掌部301之间通过阻尼轴306连接，所述阻尼轴306的枢轴设有半齿轮结构304，对应的所述中掌部301设有与半齿轮两侧边形成限位的转动限位槽305，形成中掌部301与后掌部302在设定角度范围内转动结构。

在上述或一些实施例中，下肢部件100的上端部铰接直杆形状的第一驱动杆500，第一驱动杆500另一端与机架的固定板1000铰接，还包括与下肢部件100中上部铰接的第二驱动杆600，第二驱动杆600设有与曲柄杆700铰接的铰接端，所述曲柄杆700被配置为由步进电机驱动并圆周运动，曲柄杆700包括与电机输出端固定连接驱动端，驱动端可以为圆盘状结构，还包括杆状的输出端，输出端与第一驱动杆500铰接，这里第一驱动杆500采用l型结构，下肢部件100的中部位置与第一驱动杆500的一直边端点铰接，第一驱动杆500的个直角位置处与稳定杆800铰接，其中稳定杆800的另一端与机架的固定板1000铰接。

本方案具体运动过程为，当步进电机驱动曲柄杆700转动时，曲柄杆700做圆周运动，带动第一驱动杆500做平面运动，第一驱动杆500的平面运动带动下肢部件100，其中下肢部件100的运动轨迹模仿人类行走时腿部的抬升和放下运动，由于两单足单元的曲柄杆700相位相差180°，因此当某一曲柄杆700运动到设定位置时，另一曲柄杆700的位置则与之相差180°，因此可利用上述的相位差来实现单足单元的交替运动，与传统双足机器人相比，本方案的足部件300在于下肢部件100之间形成角度调节的同时，其本身有多个零件构成，其中后掌部302与中掌部301之间能够在自身重力作用下，在于高低不平路面时，能够自适应调节后掌部302与中掌部301之间的角度，以获得更好的着力点，另外环状分布的前掌部303的卡爪400，依赖弹簧件402保持与接触地面之间非刚性的接触，卡爪400在获得较多支撑点的同时也通过弹簧件402的反作用力，为下肢部件100提供可靠的支撑力，以实现更好的姿态调整。