，采用可充气的弹性胶囊脚底通过向脚底内部充气，或者从脚底内部向外排气，可以调节脚底内部的气压，从而调节脚底的刚度。当脚底内部气压高时，刚度较大;而当脚底内部气压低时，刚度较小。
【主权项】
1.一种气电混合驱动的柔性双足机器人，它包括左腿(A)、右腿(B)和骨盆(C);左腿(A)和右腿(B)分别包括大腿(1)、小腿(2)、足部(3)、髋关节(4)、膝关节(5)和踝关节(6);左腿(A)和右腿(B)通过骨盆(C)连接，骨盆(3)通过髋关节(4)与大腿(I)转动连接，大腿(I)通过膝关节(5)与小腿(2)转动连接，小腿(2)通过踝关节(6)与足部(3)转动连接； 其特征在于:髋关节(4)包括单向串联弹性驱动器(D)和髋关节传动机构；单向串联弹性驱动器(D)包括电机(11)、电机座(12)、扭转弹簧(13)、第一轮毂(14)、第二轮毂(15)、第一卡环(16)、第二卡环(17)和髋关节驱动轴(18); 电机(11)的输出端与第一轮毂(14)的一端连接，第二轮毂(15)的一端与髋关节驱动轴(18)连接，髋关节驱动轴(18)通过轴承(30)转动安装在骨盆(C)的下端面上;第一轮毂(14)的另一端加工有相对设置的两个第一凸爪(14-1)，第二轮毂(15)的另一端加工有相对设置的两个第二凸爪(15-1);第一轮毂(14)通过两个第一凸爪(14-1)和两个第二凸爪(15-1)与第二轮毂(15)连接为一体，第一轮毂(14)安装在第一卡环(16)内，第二轮毂(15)安装在第二卡环(17)内，电机(11)安装在电机座(12)上，电机座(12)安装在骨盆(C)的下端面上;扭转弹簧(13)套装在第一凸爪(14-1)和第二凸爪(15-1)上，第一卡环(16)的第一凸台(16-1)顶压扭转弹簧(13)的一个扭臂，第二卡环(17)的第二凸台(17-1)顶压扭转弹簧(13)的另一个扭臂； 髋关节传动机构包括驱动带轮(119)、从动带轮(120)、传动带(121)和髋关节从动轴(122);髋关节驱动轴(18)上安装有驱动带轮(119);髋关节从动轴(122)的两端转动安装在位于串联弹性驱动器下部的骨盆架(C-1)上，大腿(I)固装在髋关节从动轴(122)上，从动轴(122)上安装有从动带轮(120)，驱动带轮(119)通过传动带(121)与从动带轮(120)传动连接； 膝关节(5)包括膝关节驱动机构和膝关节传动机构;膝关节驱动机构包括滑轮(31)、钢丝绳(22)、膝关节驱动轴(23)、一个第一弹簧支架(29)、一个第二弹簧支架(20)、一个拉伸弹簧(21)和两个气动人工肌肉(24);膝关节传动机构包括一个中心齿轮(25)、一个行星齿轮(26)、一个系杆(27)和膝关节从动轴(28); 两个气动人工肌肉(24)采用拮抗式布置方式设置，两个气动人工肌肉(24)的上端与大腿(I)的上端连接;一个中心齿轮(25)固装在大腿(I)上，膝关节驱动轴(23)通过轴承(30)转动安装在一个中心齿轮(25)上;一个行星齿轮(26)固装在小腿(2)上，膝关节从动轴(28)通过轴承(30)转动安装在一个行星齿轮(26)上，中心齿轮(25)与行星齿轮(26)啮合，膝关节驱动轴(23)通过一个系杆(27)与膝关节从动轴(28)连接;滑轮(31)固装在膝关节驱动轴(23)上，钢丝绳(22)缠绕在滑轮(31)上，钢丝绳(22)的一端与一个气动人工肌肉(24)的下端连接，钢丝绳(22)的另一端与另一个气动人工肌肉(24)的下端连接;位于一个中心齿轮(25)上方的大腿(I)上安装有一个第一弹簧支架(29)，位于一个行星齿轮(26)下方的小腿(2)上安装有第二弹簧支架(20)，一个拉伸弹簧(21)设置在滑轮(31)的一侧，一个拉伸弹簧(21)的两端分别与第一弹簧支架(29)和第二弹簧支架(20)连接； 踝关节(6)包括踝关节气动人工肌肉(38)、踝关节弹簧支架(32)、踝关节拉伸弹簧(33),传动轮(34)、踝关节轴(35)、转接座(36)和踝关节钢丝绳(37); 足部(3)包括脚底(41)、脚跟(42)、脚掌(43)和足趾关节;转接座(36)安装在足部(3)的脚跟(42)上，转接座(36)与第二弹簧支架(20)之间的小腿2上安装有踝关节弹簧支架(32)，踝关节轴(35)穿过转接座(36)并通过轴承(30)转动安装在小腿(2)上，传动轮(34)固定在踝关节轴(35)上，踝关节气动人工肌肉(38)的上端与第二弹簧支架(20)连接，踝关节拉伸弹簧(33)的上端与踝关节弹簧支架(32)连接，踝关节钢丝绳(37)缠绕在传动轮(34)上，踝关节钢丝绳(37)的一端与踝关节拉伸弹簧(33)的下端连接，踝关节钢丝绳(37)的另一端与踝关节气动人工肌肉(38)的下端连接;脚底(41)的上表面上安装有脚跟(42)和脚掌(43)，脚底(41)为可充放气的弹性气囊;足趾关节包括第一铰链座(44-1 )、第二铰链座(44-2)、第三铰链座(44-3)、铰链销(44-4)和两个扭簧(44-5);第一铰链座(44_1)安装在脚跟(42)上，第二铰链座(44-2)和第三铰链座(44-3)安装在脚掌(43)上，第一铰链座(44_1)布置在第二铰链座(44-2)和第三铰链座(44-3)之间，第一铰链座(44-1)和第二铰链座(44-2)之间布置有一个扭簧(44-5)，第一铰链座(44-1)和第三铰链座(44-3)之间布置有另一个扭簧(44-5)，铰链销(44-4)安装在第二铰链座(44-2)、第一铰链座(44-1)和第三铰链座(44-3)上，两个扭簧(44-5)套装在铰链销(44-4)上。2.根据权利要求1所述的一种气电混合驱动的柔性双足机器人，其特征在于:脚底(41)为热塑性聚氨酯弹性体橡胶气囊。3.根据权利要求1或2所述的一种气电混合驱动的柔性双足机器人，其特征在于:所述膝关节5还包括另一个中心齿轮(25)和另一个行星齿轮(26);两个中心齿轮(25)设置在滑轮(31)的两侧，另一个中心齿轮(25)固装在大腿(I)上，两个行星齿轮(26)设置在滑轮(31)的两侧，另一个行星齿轮(26)固装在小腿(2)上，膝关节驱动轴(23)通过轴承(30)转动安装在另一个中心齿轮(25)上，膝关节从动轴(28)通过轴承(30)转动安装在另一个行星齿轮(26)上，另一个中心齿轮(25)与另一个行星齿轮(26)啮合。4.根据权利要求3所述的一种气电混合驱动的柔性双足机器人，其特征在于:所述膝关节(5)还包括另一个拉伸弹簧(21);另一个拉伸弹簧(21)设置在滑轮(31)的另一侧，另一个拉伸弹簧(21)的上端与第一弹簧支架(29)连接，另一个拉伸弹簧(21)的下端与第二弹簧支架(20)连接。5.根据权利要求1、2或4所述的一种气电混合驱动的柔性双足机器人，其特征在于:所述膝关节还包括另一个系杆(27)，两个系杆(27)设置在滑轮(31)的两侧，膝关节驱动轴(23)通过另一个系杆(27)与膝关节从动轴(28)连接。6.根据权利要求5所述的一种气电混合驱动的柔性双足机器人，其特征在于:第一凸爪(14-1)和第二凸爪(15-1)的横截面为扇形。7.根据权利要求1、2、4或6所述的一种气电混合驱动的柔性双足机器人，其特征在于:脚跟(42)和脚掌(43)粘接在脚底(41)的上表面上。8.根据权利要求7所述的一种气电混合驱动的柔性双足机器人，其特征在于:脚跟(42)和脚掌(43)为聚碳酸酯和聚丙烯腈合金而成的热可塑性塑胶板。9.根据权利要求7所述的一种气电混合驱动的柔性双足机器人，其特征在于:脚跟(42)和脚掌(43)均由聚丙烯腈或聚丙交酯制成。10.根据权利要求1、2、4、6、8或9所述的一种气电混合驱动的柔性双足机器人，其特征在于:足部(3)还包括气动快换接头(45)，气动快换接头(45)安装在脚底(41)的充放气口上，单向串联弹性驱动器还包括减速器(19)，电机(11)的输出端与减速器(19)的输入端连接，减速器(19)的输出端与第一轮毂(14)的一端连接。
【专利摘要】一种气电混合驱动的柔性双足机器人，它涉及一种柔性双足机器人，以解决现有柔性双足机器人关节柔性和动态响应特性联动性差，机器人步行效率低和动态稳定性差的问题，它包括左腿、右腿和骨盆；左腿和右腿分别包括大腿、小腿、足部、髋关节、膝关节和踝关节；髋关节包括单向串联弹性驱动器和髋关节传动机构；单向串联弹性驱动器包括电机、电机座、扭转弹簧、第一轮毂、第二轮毂、第一卡环、第二卡环和髋关节驱动轴；髋关节传动机构包括驱动带轮、从动带轮、传动带和髋关节从动轴；髋关节驱动轴上安装有驱动带轮；膝关节包括膝关节驱动机构和膝关节传动机构。本发明属于仿人机器人领域。
【IPC分类】B62D57/032
【公开号】CN105644650
【申请号】
【发明人】臧希喆, 刘义祥, 刘鑫宇, 赵杰
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2015年12月30日