专利名称：一种模块化的六自由度主动关节型双足步行机器人的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及机器人技术领域，具体涉及一种模块化的六自由度主动关节型双 足步行机器人。
背景技术：
仿人机器人是当今机器人技术发展的最高级和最尖端的体现。它们具有类似人类 的外形，在结构方面和步行方式上也模仿人类。其结构复杂，往往有上身和下肢组成，具有 双腿和双手，自由度往往多达30个。仿人机器人的核心技术和最具挑战的难点是双足步行 时动态平衡的实现。自从机器人技术发展的初期，双足步行就被认为是一项最高难度的挑 战。早在著名的仿人机器人ASIM0、QRI0和HRP-2出现之前的三十年中，双足步行一直是步 行机器人发展的焦点和难点。最早的研究暨平台开发可以追溯到早稻田大学的加藤一郎在 1966年和牛津大学的D. C. Witt在1968年开始的工作。加藤一郎等人在1973年创建了世 界上第一台具有双腿和双臂并受计算机控制的仿人机器人WAB0T-1。虽然是一项标志性成 果，WAB0T-1只能做静态步行运动。在1980年前后，一个重大的研究趋势是实现双足动态步 行，很多国内外研究人员开始积极从事理论研究和机器人平台的开发。到1986年，已开发 出许多能作动态步行运动的双足机器人。即便是仿人机器人已成功开发(以1996年本田 推出仿人机器人P2为标志)了十多年的今天，双足步态规划和控制仍然是一个研究热点， 国内外还有很多研究机构开发和研究各种双足步行机器人。国内外大多数双足步行机器人在结构上都较复杂，由两条腿构成，关节都是主动 型的，自由度较多，双足的自由度有8个、10个、往往多达12个，行走方式模仿人类的步行， 控制较复杂。另有一类步行机器人通过其它方式实现动态步行，包括让机器人在势能的作 用下沿小斜面步行而下的被动步行机器人、通过非线性振摆实现跨步的高跷型双足机器人 BIPMAN2、通过学习和进化算法实现双足步行的由三个连杆构成的简单步行机器人以及麻 省理工学院开发过一个装备四个驱动器的三维半被动步行机，等等。这些双足机器人结构 较简单，自由度较少，关节多为被动或半被动的。由于全部或部分关节是非主动的，机器人 往往借助外界环境的特点(例如斜坡)实现步行。因此其活动范围和场所很小，步行能力 很有限。显然，开发少自由度、结构简单而步行能力较强的步行机器人符合人们的需求和 步行机器人的发展方向。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服主动步行机器人结构复杂、自由度多等缺点而被动步 行机器人步行能力弱等局限，提供一种模块化的六自由度主动关节型双足步行机器人。为实现本实用新型的目的，本实用新型采用的技术方案如下所述机器人采用六个主动关节，包括两个I型关节和四个T型关节，两端是两个足 部。各部分采用串联方式依次连接，顺序为足部-ι型关节-τ型关节-T型关节-T型关
4节-τ型关节-I型关节_足部，即四个T型关节在中间，两个I型关节和足部在两端。四个 T型关节的转轴互相平行，并与两端的I型关节的转轴互相垂直。机器人的具体组成包括 两个I型关节模块、四个T型关节模块、两个足部模块和一个连接套筒。机器人站立时呈倒 U形，I型关节模块与地面垂直。足部模块为圆环状或轮式，通过其端面与地面接触。上述模块化的六自由度主动关节型双足步行机器人中，所述I型关节模块是指只 有一个转动自由度且关节转轴与连杆轴线重合或平行的关节模块。关节由直流伺服电机驱 动，电机的后端与用于检测转角位移和角速度的光电编码器直接相联，前端与谐波减速器 相连，进行减速增力。谐波减速器通过一个轴输出到一个中心直齿轮，而中心直齿轮通过两 个对称分布的过渡轮驱动一个内齿直齿轮作进一步减速增力并保持传动方向，内齿轮带动 关节模块的另一部分作相对转动，最后驱动关节的输出件。具体结构包括伺服电机及光电 编码器组件1-1、关节套筒1-2、电机轴套1-3、电机座1-4、关节基座1-5、轴承端盖1_6、轴 承座1-7、第一角接触球轴承及外轴套1-8、轴承端盖1-9、内齿轮1-10、关节输出端连接件 1-11、过渡齿轮轴1-12、过渡齿轮1-13、谐波减速器输出轴1-14、中心齿轮1_15、小轴承端 盖1-16、轴套1-17、第二角接触球轴承1-18、谐波减速器输出过渡盘1-19、盘式谐波减速器 组件1-20。各零部件的连接方式为伺服电机及光电编码器组件1-1与电机座1-4通过轴 向螺钉紧固；电机轴通过电机轴套1-3与盘式谐波减速器组件1-20的波发生器间接相连； 盘式谐波减速器组件1-20的输入和输出刚轮通过轴向螺钉分别与电机座1-4和谐波减速 器输出过渡圆盘1-19紧固连接，而谐波减速器输出过渡圆盘1-19再用轴向螺钉与谐波减 速器输出轴1-14紧固连接；关节套筒1-2套在电机座1-4上并沿圆周方向用径向螺钉紧 固；电机座1-4通过轴向螺钉与关节基座1-5紧固连接；轴承座1-7通过角接触球轴承及外 轴套1-8支承于关节基座1-5上；角接触球轴承及外轴套1-8通过轴承端盖1-6定位和施 加预紧力；谐波减速器输出轴1-14通过两个键与中心齿轮1-15连接，而中心齿轮1-15又 与对称分布的两个过渡齿轮1-13啮合；两个过渡齿轮轴1-12通过其上的螺纹与关节基座 1-5紧固连接，并通过轴承与过渡齿轮1-13连接；两个过渡齿轮1-13与内齿轮1-10啮合； 内齿轮1-10、关节输出端连接件1-11和轴承座1-7三者通过轴向螺钉紧固连接。上述模块化的六自由度主动关节型双足步行机器人中，所述T型关节模块只有一 个转动自由度且关节转轴与连杆轴线垂直的关节模块。关节由直流伺服电机驱动，电机的 后端与用于检测转角位移和角速度的光电编码器直接相联，前端与谐波减速器相连，进行 减速增力。谐波减速器通过一个轴进行输出，再通过一对锥齿轮作进一步减速与增力并改 变传动方向。大锥齿轮通过一根关节轴带动关节模块的另一部分作相对转动，进行速度和 力的输出。具体结构包括伺服电机及光电编码器组件2-1、关节套筒2-2、电机座2-3、关节 基座2-4、角接触球轴承2-5、轴承套环2-6、内轴套2-7、小锥齿轮2_8、齿轮端盖2_9、关节 轴端盖2-10、关节轴2-11、关节盖2-12、大锥齿轮2-13、关节输出连接件2_14、关节轴角接 触球轴承2-15、关节轴端盖2-16、轴承端盖2-17、轴承端盖2_18、谐波减速器输出轴2_19、 谐波减速器输出过渡盘2-20、盘式谐波减速器组件2-21、电机轴套2-22。各零部件的连接 方式为伺服电机及光电编码器组件2-1与电机座2-3通过轴向螺钉紧固；电机轴通过电 机轴套2-22与盘式谐波减速器组件2-21的波发生器间接相连；盘式谐波减速器组件2-21 的输入和输出刚轮通过轴向螺钉分别与电机座2-3和谐波减速器输出过渡盘2-20紧固连 接，而后者(2-20)再用轴向螺钉与谐波减速器输出轴2-19紧固连接；关节套筒2-2套在电机座2-3上并沿圆周方向用径向螺钉紧固；电机座2-3通过轴向螺钉与关节基座2-4紧固 连接；谐波减速器输出轴2-19通过角接触球轴承及轴承套环2-5和2-6支承于关节轴承座 2-4内，输出端与小锥齿轮2-8连接，用齿轮端盖2-9紧固；小锥齿轮2-8与角接触球轴承 2-5之间通过内轴套2-7作轴向间隔；小锥齿轮2-8与大锥齿轮2-13啮合，而后者安装于 关节轴2-11上；关节轴2-11用关节轴角接触球轴承2-15支承于关节基座2-4上，两端通 过关节轴端盖2-10与关节连接件2-14固连。所述圆环状足部模块，包括轮足3-1、轮轴3-2、六维力/力矩传感器3-3和连接过 渡件3-4组成。轮轴3-2穿过轮足3-1的中心孔，在轴端用垫片和螺母紧固；另一头的端面 一个与六维力/力矩传感器3-3的端面用螺钉连接和紧固。六维力/力矩传感器3-3的另 一端面也用螺钉与套筒状的连接过渡件3-4固连。足部的圆环部分为橡胶或泡沫塑料，具 有一定的弹性，与地面平行和接触，起缓冲和吸振作用，保护机器人免受大冲击。所述六维 力/力矩传感器为外购件，六维，用于检测沿传感器坐标系X，1，ζ三轴的力和绕X，y，ζ三 轴的力矩。本实用新型的机器人具有如下特点1)机器人具有六个主动关节，包括两个I型关节和四个T型关节。关节采用串联 方式依次连接，顺序为1型关节-T型关节-T型关节-T型关节-T型关节-I型关节，即中 间为四个T型关节，两端各为一个I型关节。四个T型关节的转轴互相平行，并与两端I型 关节的转轴互相垂直。机器人站立时呈倒U形或拱门状。2)主要由八个模块组成，包括两个I型关节模块、四个T型关节模块和两个足部模 块。模块之间的连接和紧固通过在其两端用卡环实现。机器人的构建简单、方便和快速。3)机器人的双足为圆环状或轮式模块，由具有一定弹性的圆周部分与地面接触， 起缓冲吸振作用。本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和效果(1)机器人的自由度少，只有六个，以很少的自由度实现主动步行，机器人结构和 控制相对简单；(2)本实用新型采用模块化方法构建机器人系统，主体只由两种关节模块组成，构 建容易，设计、制造和维护简单，成本较低；(3)本实用新型针对机器人的结构特点，可采用三种特殊的步行模式，包括扭转步 态、横移步态和翻转步态，具有控制简单、实现容易、对环境的适应性好、越障能力强、能耗 小特点；(4)本实用新型所创建的机器人本体实际上是个六自由度的机械臂，一端固定后 另一端在其工作空间中可实现各种位姿，因而本机器人具有一定的操作功能；(5)本实用新型所创建的机器人只要加装一个万向轮，平放在地上调整一下位形 即可作为移动机器人使用。
图1是本实用新型的机器人外观图；图2是本实用新型的机器人机构示意图；图3是本实用新型的I型关节模块外观图；[0024]图4是本实用新型的I型关节模块剖面图；图5是本实用新型的T型关节模块外观图；图6是本实用新型的T型关节模块剖面图；图7是本实用新型的圆环状足部模块及其连接外观图；图8是本实用新型的圆环状足部模块及其连接的剖面图；图9是本实用新型的机器人第一种步行模式_扭转步态的俯视示意图；图10是本实用新型的机器人第二种步行模式_横移步态的示意图；图11是本实用新型的机器人第三种步行模式-翻转步态的示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本实用新型，
以下结合附图对本实用新型作进一步地描述，但本 实用新型的实施方式不限于此。图1和图2分别示出了本实用新型构建的机器人的外观图和机构示意图。如图所 示，机器人有六个自由度，共有八个模块。本体由六个关节模块0-2和0-3组成，两端各接 一个足模块0-1。各模块依次以串联方式连接，顺序为足部-力传感器-I型关节-T型关 节-τ型关节-T型关节-T型关节-I型关节-力传感器-足部。中间为四个T型关节模块
0-3，中间用一个过渡套筒0-4调整连接距离。各关节模块之间用卡环0-4进行连接。卡环 的内环纵截面为凹的梯形槽，卡环有个开口，开口部分穿过螺栓，拧紧卡环上的螺栓和螺母 即可将相连的两个零件紧固连接。四个T型关节模块0-3的关节转轴互相平行，并与两端 的I型关节模块的关节轴垂直。它们构成一个平面四杆机构。通过同时改变此四个T形关 节的角位移可改变该平面四杆机构的形状进而调整机器人的重心。机器人直立时，两个轮 足的侧面与地面接触，两个I型关节与地面垂直，机器人的构型呈倒立的U字，两条腿是完 全相同和对称的。如图3和图4所示分别为I型关节模块的外观图和剖面图。I型关节模块的转轴 与关节连杆的轴线重合或平行。零部件包括伺服电机及光电编码器组件1-1、关节套筒
1-2、电机轴套1-3、电机座1-4、关节基座1-5、轴承端盖1-6、轴承座1_7、角接触球轴承及 外轴套1-8、轴承端盖1-9、内齿轮1-10、关节输出端连接件1-11、过渡齿轮轴1-12、过渡齿 轮1-13、谐波减速器输出轴1-14、中心齿轮1-15、小轴承端盖1-16、轴套1_17、角接触球 轴承1-18、谐波减速器输出过渡盘1-19和盘式谐波减速器组件1-20。驱动电机为直流伺 服电机，电机与用于角位移和角速度检测的光电编码器集成，即电机轴后端直接连接光电 编码器，成为伺服电机及光电编码器组件1-1。电机的前端面与电机座1-4用螺钉(沿轴 向)相连接。电机外面的关节套筒1-2的一端套在电机座1-4上，并沿圆周方向与电机座 1-4用螺钉(沿径向)相连接。电机座1-4与关节基座1-5也用螺钉沿轴向紧固。电机的 输出轴与电机轴套1-3相连接，用两个径向顶丝紧固。电机轴套1-3与谐波减速器1-20的 波发生器相连接，通过一个直键传递运动和动力。为了得到较小的关节模块长度，一级减速 采用扁平盘状的谐波减速器三大件1-2，其中的输入刚轮与电机座1-4用螺钉沿轴向紧固， 输出刚轮用螺钉沿轴向与谐波减速器过渡圆盘1-19紧固连接，过渡圆盘1-19再用通过螺 钉与谐波减速器输出轴1-14连接。波减速器输出轴1-14通过一对角接触球轴承1-18支 承于关节基座1-5中，两个轴承之间有内圈套筒1-17，一端用轴承套1-16定位和预紧。波
7减速器输出轴1-14的输出端上安装一个直齿轮作为中心齿轮1-15，通过对称的两个直键 传递运动和动力。中心齿轮1-15与两个对称分布的过渡直齿轮1-13啮合。每个过渡直齿 轮1-13通过内孔中的轴承支承在其齿轮轴1-12上，而后者(1-12)通过其上的螺纹固定安 装在关节基座1-5上。过渡直齿轮1-13与内齿轮1-10啮合。内齿轮1-10、轴承座1-7和 关节输出端连接件1-11三者通过轴向螺钉连接紧固，成为关节模块的最后输出部件。这个 输出输出部件通过一对角接触球轴承及外轴套1-8支承在关节基座1-5上。轴承端盖1-6 对这对角接触球轴承进行轴向定位和预紧。该关节模块的工作过程和运动原理如下电机 的输出轴驱使电机轴套1-3转动，而电机轴套1-3又带动谐波减速器1-20的波发生器。谐 波减速器1-20减速增力，通过输出轴1-14将运动和动力传递到中心齿轮1-15上。中心齿 轮1-15驱动两个过渡齿轮1-13，进而驱动内齿轮1-10。内齿轮1-10与轴承座1_7和关节 输出端连接件1-11紧固，完成整个关节模块的运动和动力的输出。 如图5和图6所示分别为T型关节模块的外观图和剖面图。T型关节模块的转轴 与关节连杆的轴线互相垂直。零部件包括伺服电机及光电编码器组件2-1、关节套筒2-2、 电机座2-3、关节基座2-4、角接触球轴承2-5、轴承套环2-6、内轴套2_7、小锥齿轮2_8、齿 轮端盖2-9、关节轴端盖2-10、关节轴2-11、关节盖2-12、大锥齿轮2_13、关节连接件2_14、 关节轴角接触球轴承2-15、关节轴端盖2-16、轴承端盖2-17、轴承端盖2-18、谐波减速器输 出轴2-19、谐波减速器输出过渡盘2-20、盘式谐波减速器组件2-21和电机轴套2_22。驱 动电机为直流伺服电机，电机与用于角位移和角速度检测的光电编码器集成，即电机轴后 端直接连接光电编码器，成为伺服电机及光电编码器组件2-1。电机的前端面与电机座2-3 用螺钉(沿轴向)相连接。电机外面的关节套筒2-2的一端套在电机座2-3上，并沿圆周 方向与电机座2-3用螺钉(沿径向)相连接。电机座2-3与关节基座2-4也用螺钉沿轴向 紧固。电机的输出轴与电机轴套2-22相连接，用两个径向顶丝紧固。电机轴套2-22与谐 波减速器2-21的波发生器相连接，通过一个直键传递运动和动力。为了得到较小的关节模 块长度，一级减速采用扁平盘状的谐波减速器三大2-21，其中的输入刚轮与电机座2-3用 螺钉沿轴向紧固，输出刚轮用螺钉沿轴向与谐波减速器过渡圆盘2-20紧固连接，过渡圆盘 2-20再用通过螺钉与谐波减速器输出轴2-19连接。波减速器输出轴2-19通过一对角接触 球轴承2-5支承于关节基座2-4中，两个轴承之间有轴承套2-6，一端用轴承套2-18进行 轴向定位和预紧。波减速器输出轴2-19的输出端上安装一个小锥齿轮2-8，通过对称的两 个直键传递运动和动力，用齿轮端盖2-9作轴向锁紧。小锥齿轮2-8与角接触球轴承2-5 之间用内轴套2-7作轴向间隔。小锥齿轮2-8与大锥齿轮2-13啮合，而后者安装于关节轴 2-11上，通过一对直键传递运动和动力。关节轴2-11用一对关节轴角接触球轴承2-15支 承于关节基座2-4上，两个轴承端盖2-17对关节轴角接触球轴承2-15进行轴向定位和预 紧。关节轴2-11两端通过两个端盖2-10与关节连接件2-14固连，并用端盖2-16进行轴 向定位和锁紧。该关节模块的工作过程和运动原理如下电机的输出轴驱使电机轴套2-22 转动，而电机轴套2-22又带动谐波减速器2-21的波发生器。谐波减速器2-21减速增力， 通过输出轴2-19将运动和动力传递到小锥齿轮2-8上。小锥齿轮2-8驱动大锥齿轮2-13， 实现了运动方向的90度改变。大锥齿轮2-13将运动和动力传递到关节轴2-11，而后者与 关节轴端盖2-10固接，将运动和动力传递到关节连接件2-14。整个关节模块的运动和动力 通过关节连接件2-14输出。[0036]如图7和图8所示为足部模块及其连接部分的外观图和剖面图。以小车轮作为圆 环状的足，轮足模块包括轮足3-1、轮轴3-2、六维力/力矩传感器3-3和连接过渡件3-4组 成。轮轴3-2穿过轮足3-1轮毂的中心孔，在轴端用垫片和螺母紧固；另一头的端面与一个 六维力/力矩传感器3-3的端面用螺钉连接和紧固。六维力/力矩传感器3-3的另一端面 也用螺钉与套筒状的连接过渡件3-4固连。足部的圆环部分为橡胶或泡沫塑料，具有一定 的弹性，与地面平行和接触，起缓冲和吸振作用，保护机器人免受大冲击。所述六维力/力 矩传感器为外购件，六维，用于检测沿传感器坐标系X，1，ζ三轴的力和绕X，y, ζ三轴的力 矩。本实用新型的双足机器人有多种步态即多种步行模式，如图9、10和11所示。如 图9所示为扭转步态(俯视图，圆形代表足部位置)，图中的数字是动作顺序号。其具体步 骤为1)上端的四个T型关节Tl T4驱动由它们构成的平面四杆机构运动，将机器人的 质心或ZMP (零力距点)调整到支撑脚形成的支撑面内(例如图中序号为2的左脚)；2)上 端的四个T型关节继续运动，将另一只脚(游动脚，例如图中序号为1的右脚)抬离地面； 3)支撑脚的踝关节(例如I型关节II)转动使机器人绕垂直地面的踝关节轴转动，使游动 脚的位置发生改变(例如从图中序号为1的右脚位置到序号为3的右脚位置)；4)上端的 四个T型关节运动，将游动脚放到地面；5)支撑脚和游动脚的角色互换，重复上面的步骤， 两足的前后顺序改变，机器人即可实现前进、后退、转向、拐弯和上下楼梯等各种步行动作。如图10所示为横移步态(侧视图)，图中数字是动作顺序号。其具体步骤为1) 上端的四个τ型关节Tl T4驱动由它们构成的平面四杆机构运动，将机器人的质心或 ZMP(零力距点)调整到支撑脚形成的支撑面内；2)上端的四个T型关节继续运动，将另一 只脚(游动脚)抬离地面，并使之向前或向后移动，必要时支撑脚(例如I型关节II)扭 转以改变行走方向；3)上端的四个T型关节继续运动，将游动脚放到地面；4)支撑脚和游 动脚的角色互换，两足的前后顺序不变，重复上面的步骤，机器人即实现各种步行动作。如图11所示为翻转步态(侧视图)，图中数字是动作顺序号，其具体步骤为1)上 端的四个T型关节Tl T4驱动其四杆机构运动，将机器人的质心或ZMP (零力距点)调整 到支撑脚形成的支撑面内；2)上端的四个T型关节继续转动，将另一只脚(游动脚)抬离 地面、升高，绕支撑脚上端的T型关节翻转，必要时支撑脚(例如I型关节II)扭转以改变 行走方向；3)上端的四个T型关节作继续运动，将游动脚下降、放到地面；4)支撑脚和游动 脚的角色互换，重复上面的步骤，两足的前后顺序改变，机器人实现各种步行动作。
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权利要求一种模块化的六自由度主动关节型双足步行机器人，该机器人具有六个主动关节，包括两个I型关节和四个T型关节，所述I型关节是指只有一个转动自由度且关节转轴与连杆轴线重合或平行的关节，所述T型关节是指只有一个转动自由度且关节转轴与连杆轴线垂直的关节，其特征在于该机器人由两个I型关节模块、四个T型关节模块和两个足部模块组成，关节模块采用串联方式通过卡环依次连接，顺序从一端到另一端为I型关节模块 T型关节模块 T型关节模块 T型关节模块 T型关节模块 I型关节模块，两端的I型关节模块再分别与两个足部模块通过卡环连接，四个T型关节的转轴互相平行，并与两端的I型关节的转轴互相垂直，机器人站立时呈倒U形，I型关节模块与地面垂直；所述足部模块为圆环状或轮式，其端面与地面接触。
2.根据权利要求1所述的模块化的六自由度主动关节型双足步行机器人，其特征 在于所述I型关节模块包括伺服电机及光电编码器组件(1-1)、关节套筒(1-2)、电机轴 套(1-3)、电机座(1-4)、关节基座(1-5)、轴承端盖(1-6)、轴承座(1-7)、第一角接触球 轴承及外轴套(1-8)、轴承端盖(1-9)、内齿轮(1-10)、关节输出端连接件(1-11)、过渡齿 轮轴(1-12)、过渡齿轮(1-13)、谐波减速器输出轴(1-14)、中心齿轮(1-15)、小轴承端盖 (1-16)、轴套(1-17)、第二角接触球轴承(1-18)、谐波减速器输出过渡盘(1-19)和盘式谐 波减速器组件(1-20)，各零部件的连接方式为伺服电机及光电编码器组件(1-1)与电机 座(1-4)通过轴向螺钉紧固；电机轴通过电机轴套(1-3)与盘式谐波减速器组件(1-20)的 波发生器间接相连；盘式谐波减速器组件(1-20)的输入和输出刚轮通过轴向螺钉分别与 电机座(1-4)和谐波减速器输出过渡盘(1-19)紧固连接，而谐波减速器输出过渡盘(1-19) 再用轴向螺钉与谐波减速器输出轴(1-14)紧固连接；关节套筒(1-2)套在电机座(1-4) 上并沿圆周方向用径向螺钉紧固；电机座(1-4)通过轴向螺钉与关节基座(1-5)紧固连 接；轴承座(1-7)通过第一角接触球轴承及外轴套(1-8)支承于关节基座(1-5)上；第一 角接触球轴承及外轴套(1-8)通过轴承端盖(1-6)定位和施加预紧力；谐波减速器输出轴 (1-14)通过两个键与中心齿轮(1-15)连接，而中心齿轮(1-15)又与对称分布的两个过渡 齿轮(1-13)啮合；两个过渡齿轮轴(1-12)通过其上的螺纹与关节基座(1-5)紧固连接， 并通过轴承与过渡齿轮(1-13)连接；两个过渡齿轮(1-13)与内齿轮(1-10)啮合；内齿轮 (1-10)、关节输出端连接件(1-11)和轴承座(1-7)三者通过轴向螺钉紧固连接。
3.根据权利要求1所述的模块化的六自由度主动关节型双足步行机器人，其特征在于 所述T型关节模块包括伺服电机及光电编码器组件(2-1)、关节套筒(2-2)、电机座(2-3)、 关节基座(2-4)、角接触球轴承(2-5)、轴承套环(2-6)、内轴套(2-7)、小锥齿轮(2-8)、齿 轮端盖(2-9)、关节轴端盖(2-10)、关节轴(2-11)、关节盖(2-12)、大锥齿轮(2_13)、关节 连接件(2-14)、关节轴角接触球轴承(2-15)、关节轴端盖(2-16)、轴承端盖(2_17)、轴承端 盖(2-18)、谐波减速器输出轴(2-19)、谐波减速器输出过渡盘(2-20)、盘式谐波减速器组 件(1-21)和电机轴套(2-22)，各零部件的连接方式为伺服电机及光电编码器组件(2-1) 与电机座(2-3)通过轴向螺钉紧固；电机轴通过电机轴套(2-22)与盘式谐波减速器组件 (2-21)的波发生器间接相连；盘式谐波减速器组件(2-21)的输入和输出刚轮通过轴向螺 钉分别与电机座(2-3)和谐波减速器输出过渡盘(2-20)紧固连接，而谐波减速器输出过渡 盘(2-20)再用轴向螺钉与谐波减速器输出轴(2-19)紧固连接；关节套筒(2-2)套在电机 座(2-3)上并沿圆周方向用径向螺钉紧固；电机座(2-3)通过轴向螺钉与关节基座(2-4)紧固连接；谐波减速器输出轴(2-19)通过角接触球轴承(2-5)及轴承套环(2-6)支承于关 节轴承座(2-4)内，谐波减速器输出轴(2-19)的输出端与小锥齿轮(2-8)连接，用齿轮端 盖(2-9)紧固；小锥齿轮(2-8)与角接触球轴承(2-5)之间通过内轴套(2-7)作轴向间隔； 小锥齿轮(2-8)与大锥齿轮(2-13)啮合，大锥齿轮(2-13)安装于关节轴(2_11)上；关节 轴(2-11)用关节轴角接触球轴承(2-15)支承于关节基座(2-4)上，两端通过关节轴端盖 (2-10)与关节连接件(2-14)固连。
4.根据权利要求3所述的模块化的六自由度主动关节型双足步行机器人，其特征在于 所述足部模块由轮足(3-1)、轮轴(3-2)、六维力/力矩传感器(3-3)和连接过渡件(3-4) 组成，轮轴(3-2) —头穿过轮足(3-1)的中心孔，在轴端用垫片和螺母紧固；轮轴(3-2)另 一头的端面与六维力/力矩传感器(3-3)的端面用螺钉连接和紧固；六维力/力矩传感器 (3-3)的另一端面则与连接过渡件(3-4)用螺钉连接和紧固。
5.根据权利要求4所述的模块化的六自由度主动关节型双足步行机器人，其特征在于 所述机器人的重心或零力矩点通过上端四个T型关节运动改变关节连杆构成的四杆机构 的形状进行调整，双足步行通过三种步态实现，这三种步态包括扭转步态、横移步态和翻转 步态。
专利摘要本实用新型公开一种模块化的六自由度主动关节型双足步行机器人。该机器人主要由六个关节模块和两个圆环状足组成。每个关节模块具有一个转动自由度，由直流伺服电机驱动。关节模块有两种型式，其关节转轴分别与关节连杆轴线平行和垂直，各称为I型和T型。各模块依次按串联方式连接，顺序为足部-I型关节-T型关节-T型关节-T型关节-T型关节-I型关节-足部。中间四个T型关节的转轴互相平行，并与两端I型关节的转轴垂直。该机器人的步行模式有多种，包括扭转步态、横移步态和翻转步态。本实用新型的机器人具有自由度少、主动步行、结构和控制简单、对环境的适应性好、越障能力强、能耗小等特点，可广泛用于搬运、探测和救灾等作业。
文档编号B62D57/032GK201712689SQ200920057108
公开日2011年1月19日 申请日期2009年5月22日 优先权日2009年5月22日
发明者周雪峰, 张宪民, 江励, 管贻生 申请人:华南理工大学