专利名称：多自由度的双足机器人下肢机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种机器人组件，具体涉及一种多自由度的双足机器人下 肢机构。(二) 背景技术近些年来，双足机器人已经引起了国内外学者的广泛兴趣，并取得了很大 的成果，特别在模拟人的各种动作、与人协作、语言交流等方面取得了重大突 破。国内外较为成功且具有较高影响力的仿人机器人有日本本田的阿西姆机器人、日本索尼公司的QRIO机器人、以及北京理工大学的"汇童"机器人，但在 这些设计中普遍采用串联结构形式设计双足机器人的各关节。在串联结构的多 自由度关节设计时，各关节的驱动力矩峰值较大，影响了双足机器人关节驱动 元件的设计，增加了设计难度和设计成本。并联结构的双足机器人具有较大的 承载能力，并联结构的关节驱动力矩比相同重量下的串联结构关节驱动力矩小， 如日本早稻田大学WL-15双足机器人，每条腿采用六个驱动元件，并联驱动实 现双足机器人的步态行走，可承载较大的重量；而从双足机器人结构拟人性的 角度来看，这种并联结构的双足机器人缺乏了外形结构的拟人性，不满足双足 机器人的设计要求。近几年， 一些学者对有足趾关节的双足机器人进行研究，仅日本东京大学 的H7机器人较成功的利用足趾关节运动，完成了机器人上楼梯步态及平地拟人 步态行走，H7机器人实验表明有足趾关节运动的步态下，比相同状况下无 足趾运动时上楼梯的高度更高，机器人的膝关节转速有所降低，在平地步行速 度上有可能得到提高。为了使双足机器人实现更为拟人的运动步态，增加了双 足机器人运动的自由度。在双足机器人步态控制中，首先最重要的一点是能够检测机器人的零力矩 点位置，通常采用六维力/力矩传感器来检测地面的反力及反力矩大小，进而得 到零力矩点的位置，为双足机器人的步态控制提供重要的依据，是实现稳定步 态的前提和重要保证。而从国内的技术水平及经济费用的考虑，如果采用六维 力/力矩传感器，则所需费用将大大增加，如果用于有足趾关节的足底机构中，
实现的难度就更大。中国优秀硕士学位论文全文数据库中公布的本发明的发明人之一的硕士论 文中，记载了一种"双足机器人仿生机构设计与运动仿真"，其中涉及的机器人 为单腿结构，与本专利所申请的双足机器人双腿结构有较大差异，特别是足部和髋部有较大的区别。
发明内容本发明的目的在于提供一种成本低、承载能力大、结构拟人、运动方式明 确、结构简单的多自由度的双足机器人下肢机构。 本发明的目的是这样实现的-它包括腰部、大腿、小腿和足，大腿包括右大腿和左大腿，小腿包括右小 腿和左小腿，足包括右足和左足；所述的腰部由右髋关节和左髋关节两部分、 通过腰部连接板连接组成；所述的右髋关节和左髋关节、右大腿和左大腿、右 小腿和左小腿、右足和左足为左右对称结构；髋关节与大腿通过虎克铰链和两 根连杆并联连接；大腿与小腿通过膝关节连杆和膝关节轴连接；小腿与足通过 虎克铰链和两根踝关节连杆并联连接。本发明还有这样一些具体结构特征1、 所述的髋关节包括髋关节从动齿轮、轴承端盖、箱体、直流电机、虎 克铰链、髋关节主动齿轮、角接触轴承、内六角螺钉、套筒、髋关节板、支撑 板、涡轮、涡轮轴、平键、蜗杆、髋关节球关节座、电机支架和套筒；所述的 涡轮和涡轮轴是通过平键相连；所述的支撑板和涡轮由螺钉固连，并通过角接 触轴承、轴承端盖、套筒固定于箱体中；所述的髋关节从动齿轮和蜗杆通过平 键相连；所述的蜗杆通过角接触轴承、轴承端盖、套筒固定于箱体中；所述的 蜗杆与涡轮能啮合；所述的箱体与髋关节板固连；所述的虎克铰链、电机支架 和髋关节球关节座一起与髋关节板固连；所述的直流电机与电机支架固连；所 述的髋关节主动齿轮与直流电机通过销钉连接，同时与髋关节从动齿轮啮合。2、 所述的大腿包括直流电机、髋关节连接块、长导杆、长丝杠、角接触 轴承座、滚珠螺母连接块、大腿板、滚针轴承座、电机座、短导杆、短丝杠、 大腿膝关节连接块、膝关节轴、球关节挡圈、角接触轴承、联轴器和滚针轴承； 所述的电机座、滚针轴承座、角接触轴承座、髋关节连接块和大腿膝关节连接 块与大腿板固连；所述的长丝杠和短丝杠，分别与滚珠螺母连接块固连；所述
的长导杆与短导杆，分别与角接触轴承座、滚针轴承座圆柱副连接，且分别与 滚珠螺母连接块固连；所述的短丝杠和长丝杠配合角接触轴承，分别与角接触 轴承座、滚针轴承座转动副连接；所述的直流电机与电机座固连；所述的长丝 杠和短丝杠通过联轴器与直流电机固连；3、 所述的小腿包括直流电机、长导杆、长丝杠、角接触轴承座、滚珠螺 母连接块、小腿膝关节连接块、小腿板、滚针轴承座、小腿踝关节连接块、电 机座、短导杆、短丝杠、球关节挡圈、角接触轴承、联轴器、滚针轴承和膝关 节套筒；所述的小腿膝关节连接块、小腿踝关节连接块、角接触轴承座、电机 座和滚针轴承座一起与小腿板固连；所述的膝关节套筒与小腿板转动副连接； 所述的长丝杠与滚珠螺母连接块固连；所述的长导杆与角接触轴承座、滚针轴 承座圆柱副运动连接，且与滚珠螺母连接块固连；所述的长丝杠配合角接触轴 承，分别与角接触轴承座、滚针轴承座转动副连接；所述的直流电机与电机座 固连；所述的长丝杠通过联轴器与直流电机固连；4、 所述的足包括后足和前足，后足和前足通过传动轴支架连接；所述的后 足包括直流电机、虎克铰链、压力传感器、减振器、足底板、球关节挡圈、 主动轴支撑架、普通平键、六角薄螺母、内六角沉头螺钉、足底板球关节座、 电机轴支架、主动轴、主动轴套筒、主动齿轮、轴套、支撑筒、六角螺母和支 撑螺纹杆；所述的前足包括足部从动齿轮、压力传感器、减振器、从动轴支 架、从动轴、普通平键和足趾板；所述的虎克铰链、主动轴支撑架、传动轴支 架、足底板球关节座和电机轴支架一起与足底板固连；所述的主动轴与主动齿 轮通过普通平键相连，并配合主动轴套筒装配到主动轴支撑架上；所述的直流 电机与电机轴支架固连，并使电机轴与主动轴固连；所述的从动轴支架与足趾 板固连；所述的从动轴与足部从动齿轮通过普通平键相连，并一起固连到从动 轴支架上；所述的主动齿轮与足部从动齿轮啮合；所述的足部六个相同的压力 传感器左右对称分部于足底板和足趾板上，每个压力传感器由两个内六角沉头 螺钉固定于足底板或足趾板上；所述的轴套与支撑筒间隙配合；所述的支撑筒 与减振器固连；所述的六个相同的轴套左右对称分布于足底板和足趾板上，并 与足底板或足趾板过盈配合；所述的每个支撑螺纹杆穿过每个压力传感器，上 端与六角螺母螺纹连接，下端与六角薄螺母螺纹连接，支撑螺纹杆的下端与支 撑筒上表面接触。
本发明的工作原理1、 右髋关节一个自由度的转向机构的工作原理通过直流电机的转动，带 动髋关节主动齿轮转动，由髋关节主动齿轮与髋关节从动齿轮的啮合传动，带 动蜗杆转动，通过蜗杆与涡轮的啮合传动，实现了支撑板的转动。2、 双足机器人右大腿工作原理通过三个直流电机转动，由联轴器分别带 动两根长丝杠和一根短丝杠转动，两根长丝杠和一根短丝杠转动实现滚珠螺母 连接块的移动，由于滚珠螺母连接块分别与两根长导杆和一根短导杆固连，则 可实现两根长导杆和一根短导杆沿着与角接触轴承座、滚针轴承座连接的圆柱 副上下移动。两根长导杆与髋关节板通过两根连杆和虎克铰链连接，两根长导 杆的并联驱动，可实现虎克铰链的两个自由度运动。短导杆与小腿板通过连杆 连接，结合膝关节轴的转动副，通过短导杆移动带动连杆，实现绕膝关节轴转 动。3、 双足机器人右小腿工作原理通过两个直流电机转动，由联轴器分别带 动两根长丝杠转动，两根长丝杠转动实现滚珠螺母连接块的移动，由于滚珠螺 母连接块分别与两根长导杆固连，则可实现两根长导杆沿着与角接触轴承座、 滚针轴承座连接的圆柱副上下移动。两根长导杆与足底板通过两根连杆和虎克 铰链连接，两根长导杆的并联驱动，可实现虎克铰链的两个自由度运动。4、 双足机器人右足工作原理直流电机的转动，带动主动轴和主动齿轮转 动，通过主动齿轮与足部从动齿轮的啮合，实现了足趾关节的转动；足底通过 减振器与地面接触时，所受的足底力迫使支撑筒向上移动，通过与之接触的支 撑螺纹杆带动压力传感器一端向上移动，由此通过压力传感器的检测，得到足 底压力的大小。本发明与现有技术相比有如下优点1、 本发明的具有自由度多的特点，可实现最大程度的双足机器人拟人步态 行走。2、 本发明的结构简单、原理清晰、经济可行。3、 本发明具有承载能力大、结构紧凑、成本低、设计难度小、可行性强的 优点，适合双足机器人机构设计的要求。
图1是本发明具体实施方案的总体结构图。
图2是本发明具体实施方案的总体结构部分爆炸图。 图3是本发明具体实施方案的双足机器人腰部结构爆炸图。 图4是本发明具体实施方案的双足机器人大腿结构爆炸图。 图5是本发明具体实施方案的双足机器人小腿结构爆炸图。 图6是本发明具体实施方案的双足机器人足部爆炸图。 图7是本发明具体实施方案的双足机器人后足爆炸图。 图8是本发明具体实施方案的双足机器人前足爆炸图。 具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述结合图l，本发明包括腰部连接板0、髋关节从动齿轮l、轴承端盖2、 涡轮蜗杆传动3、箱体4、直流电机5、虎克铰链6、连杆7、髋关节连接块8、 长导杆9、长丝杠10、角接触轴承座11、滚珠螺母连接块12、大腿板13、小 腿膝关节连接块14、小腿板15、滚针轴承座16、小腿踝关节连接块17、足部 从动齿轮18、压力传感器19、减振器20、从动轴支架21、髋关节主动齿轮22、 膝关节连杆23、电机座24、短导杆25、短丝杠26、大腿膝关节连接块27、踝 关节连杆28、足底板29、电机轴支架30和髋关节板42等。结合图2，它是本发明具体实施方案的总体结构部分爆炸图，将本发明的 总体结构具体分为多个部分，包括右髋关节A1、左髋关节A2、右大腿B1、 左大腿B2、右小腿C1、左小腿C2、右足D1和左足D2;所述的右髋关节Al和 左髋关节A2通过腰部连接板0连接；所述的右髋关节A1和左髋关节A2、右大 腿B1和左大腿B2、右小腿C1和左小腿C2、右足D1和左足D2为左右对称结构， 为此在具体分析双足机器人下肢机构时，只针对右腿进行具体说明；所述的右 髋关节Al和右大腿Bl通过虎克铰链6和两根连杆7连接；所述的右大腿Bl和 右小腿Cl通过膝关节连杆23和膝关节轴31连接；所述的右小腿Cl和右足Dl 通过虎克铰链6和两根踝关节连杆28连接。结合图3，给出了双足机器人腰部结构爆炸图，具体包括髋关节从动齿 轮l、轴承端盖2、箱体4、直流电机5、虎克铰链6、髋关节主动齿轮22、角 接触轴承33、内六角螺钉40、套筒41、髋关节板42、支撑板43、涡轮44、涡 轮轴45、平键46、蜗杆47、髋关节球关节座48、电机支架49和套筒50;所 述的涡轮44和涡轮轴45通过平键46传动；所述的支撑板43和涡轮44由螺钉
固连，并通过角接触轴承33、轴承端盖2、套筒41固定于箱体4中；所述的髋关节从动齿轮1和蜗杆47通过平键46传动；所述的蜗杆47通过角接触轴承 33、轴承端盖2、套筒50固定于箱体4中；所述的蜗杆47和涡轮44能实现啮 合传动；所述的箱体4与髋关节板42固连；所述的虎克铰链6、电机支架49 和髋关节球关节座48 —起与髋关节板42固连；所述的直流电机5与电机支架 49固连；所述的髋关节主动齿轮22与直流电机5通过销钉连接，同时与髋关 节从动齿轮l啮合传动；腰部的该关节自由度通过直流电机5的转动，带动髋 关节主动齿轮22转动，由髋关节主动齿轮22与髋关节从动齿轮1的啮合传动， 带动蜗杆47转动，通过蜗杆47与涡轮44的啮合传动，实现了支撑板43的转 动。结合图4，给出了双足机器人大腿结构爆炸图，包括直流电机5、髋关 节连接块8、长导杆9、长丝杠IO、角接触轴承座ll、滚珠螺母连接块12、大 腿板13、滚针轴承座16、电机座24、短导杆25、短丝杠26、大腿膝关节连接 块27、膝关节轴31 、球关节挡圈32、角接触轴承33、联轴器34和滚针轴承 38。所述的电机座24、滚针轴承座16、角接触轴承座ll、髋关节连接块8和 大腿膝关节连接块27与大腿板13固连；所述的长丝杠10和短丝杠26，分别 与滚珠螺母连接块12固连；所述的长导杆9与短导杆25，分别与角接触轴承 座ll、滚针轴承座16圆柱副运动连接，且分别与滚珠螺母连接块12固连；所 述的短丝杠26和长丝杠10配合角接触轴承33，分别与角接触轴承座11、滚针 轴承座16转动副连接；所述的直流电机5与电机座24固连；所述的长丝杠IO 和短丝杠26通过联轴器34与直流电机5固连；工作原理通过三个直流电机 5转动，由联轴器34分别带动两根长丝杠10和一根短丝杠26转动，两根长丝 杠10和一根短丝杠26转动实现滚珠螺母连接块12的移动，由于滚珠螺母连接 块12分别与两根长导杆9和一根短导杆25固连，则可实现两根长导杆9和一 根短导杆25沿着与角接触轴承座11、滚针轴承座16连接的圆柱副上下移动。结合图5，给出了双足机器人小腿结构爆炸图，包括直流电机5、长导 杆9、长丝杠10、角接触轴承座11、滚珠螺母连接块12、小腿膝关节连接块 14、小腿板15、滚针轴承座16、小腿踝关节连接块17、电机座24、短导杆25、 短丝杠26、球关节挡圈32、角接触轴承33、联轴器34、滚针轴承38和膝关 节套筒39。所述的小腿膝关节连接块14、小腿踝关节连接块17、角接触轴承 座11、电机座24和滚针轴承座16 —起与小腿板15固连；所述的膝关节套筒 39与小腿板15转动副连接；所述的长丝杠10与滚珠螺母连接块12固连；所 述的长导杆9与角接触轴承座11、滚针轴承座16圆柱副运动连接，且与滚珠 螺母连接块12固连；所述的长丝杠10配合角接触轴承33，分别与角接触轴承 座ll、滚针轴承座16转动副连接；所述的直流电机5与电机座24固连；所述 的长丝杠10通过联轴器34与直流电机5固连；工作原理通过两个直流电机 5转动，由联轴器34分别带动两根长丝杠10转动，两根长丝杠10转动实现滚 珠螺母连接块12的移动，由于滚珠螺母连接块12分别与两根长导杆9固连， 则可实现两根长导杆9沿着与角接触轴承座11、滚针轴承座16连接的圆柱副 上下移动。结合图6，给出了双足机器人足部爆炸图，包括后足a和前足b;所述的 后足a和前足b通过传动轴支架51连接；结合图7，所述的后足a，包括直 流电机5、虎克铰链6、压力传感器19、减振器20、足底板29、球关节挡圈32、 主动轴支撑架35、普通平键53、六角薄螺母54、内六角沉头螺钉55、足底板 球关节座56、电机轴支架57、主动轴58、主动轴套筒59、主动齿轮60、轴套 62、支撑筒63、六角螺母64和支撑螺纹杆65;结合图8，所述的前足b，包括 足部从动齿轮18、压力传感器19、减振器20、从动轴支架21、从动轴52、普 通平键53和足趾板61;所述的虎克铰链6、主动轴支撑架35、传动轴支架51、 足底板球关节座56和电机轴支架57 —起与足底板29固连；所述的主动轴58 与主动齿轮60通过普通平键53传动，并配合主动轴套筒59装配到主动轴支撑 架35上，可绕主动轴旋转；所述的直流电机与电机轴支架57固连，并使电机 轴与主动轴58固连；所述的从动轴支架21与足趾板61固连；所述的从动轴 52与足部从动齿轮18通过普通平键53传动，并一起固连到从动轴支架21上； 所述的主动齿轮60与足部从动齿轮18啮合传动；所述的足部六个相同的压力 传感器19左右对称分部于足底板29和足趾板61上，每个压力传感器19由两 个内六角沉头螺钉55固定与足底板29或足趾板61上；所述的轴套62与支撑 筒63间隙配合；所述的支撑筒63与减振器20粘贴固连；所述的六个相同的轴 套62左右对称分布于足底板29和足趾板61上，并与足底板29或足趾板61过 盈配合；所述的每个支撑螺纹杆65穿过每个压力传感器19，上端与六角螺母 64螺纹连接，下端与六角薄螺母54螺纹连接，通过六角螺母64和六角薄螺母 54调整，使支撑螺纹杆65的下端与支撑筒63上表面接触。工作原理直流电 机5的转动，带动主动轴58和主动齿轮60转动，通过主动齿轮60与足部从动 齿轮18的啮合，实现了足趾关节的转动；足底通过减振器20与地面接触时， 所受的足底力使迫使支撑筒63向上移动，通过与之接触的支撑螺纹杆65带动 压力传感器19一端向上有小的位移量，由此通过压力传感器19的检测，得到 足底压力的大小。
权利要求
1、 一种多自由度的双足机器人下肢机构，它包括腰部、大腿、小腿和足， 大腿包括右大腿和左大腿，小腿包括右小腿和左小腿，足包括右足和左足；其 特征是所述的腰部由右髋关节和左髋关节两部分、通过腰部连接板连接组成; 所述的右髋关节和左髋关节、右大腿和左大腿、右小腿和左小腿、右足和左足 为左右对称结构；髋关节与大腿通过虎克铰链和两根连杆并联连接；大腿与小 腿通过膝关节连杆和膝关节轴连接；小腿与足通过虎克铰链和两根踝关节连杆 并联连接。
2、 根据权利要求l所述的多自由度的双足机器人下肢机构，其特征是所 述的髋关节包括髋关节从动齿轮、轴承端盖、箱体、直流电机、虎克铰链、 髋关节主动齿轮、角接触轴承、内六角螺钉、套筒、髋关节板、支撑板、涡轮、 涡轮轴、平键、蜗杆、髋关节球关节座、电机支架和套筒；所述的涡轮和涡轮 轴是通过平键相连;所述的支撑板和涡轮由螺钉固连，并通过角接触轴承、轴 承端盖、套筒固定于箱体中；所述的髋关节从动齿轮和蜗杆通过平键相连；所 述的蜗杆通过角接触轴承、轴承端盖、套筒固定于箱体中；所述的蜗杆与涡轮 能啮合；所述的箱体与髋关节板固连；所述的虎克铰链、电机支架和髋关节球 关节座一起与髋关节板固连；所述的直流电机与电机支架固连；所述的髋关节 主动齿轮与直流电机通过销钉连接，同时与髋关节从动齿轮啮合。
3、 根据权利要求1或2所述的多自由度的双足机器人下肢机构，其特征是: 所述的大腿包括直流电机、髋关节连接块、长导杆、长丝杠、角接触轴承座、 滚珠螺母连接块、大腿板、滚针轴承座、电机座、短导杆、短丝杠、大腿膝关 节连接块、膝关节轴、球关节挡圈、角接触轴承、联轴器和滚针轴承；所述的 电机座、滚针轴承座、角接触轴承座、髋关节连接块和大腿膝关节连接块与大 腿板固连；所述的长丝杠和短丝杠，分别与滚珠螺母连接块固连；所述的长导 杆与短导杆，分别与角接触轴承座、滚针轴承座圆柱副连接，且分别与滚珠螺 母连接块固连；所述的短丝杠和长丝杠配合角接触轴承，分别与角接触轴承座、 滚针轴承座转动副连接；所述的直流电机与电机座固连；所述的长丝杠和短丝 杠通过联轴器与直流电机固连。
4、 根据权利要求1或2所述的多自由度的双足机器人下肢机构，其特征是-所述的小腿包括直流电机、长导杆、长丝杠、角接触轴承座、滚珠螺母连接 块、小腿膝关节连接块、小腿板、滚针轴承座、小腿踝关节连接块、电机座、 短导杆、短丝杠、球关节挡圈、角接触轴承、联轴器、滚针轴承和膝关节套筒; 所述的小腿膝关节连接块、小腿踝关节连接块、角接触轴承座、电机座和滚针 轴承座一起与小腿板固连；所述的膝关节套筒与小腿板转动副连接；所述的长 丝杠与滚珠螺母连接块固连；所述的长导杆与角接触轴承座、滚针轴承座圆柱 副运动连接，且与滚珠螺母连接块固连；所述的长丝杠配合角接触轴承，分别 与角接触轴承座、滚针轴承座转动副连接；所述的直流电机与电机座固连；所 述的长丝杠通过联轴器与直流电机固连。
5、 根据权利要求3所述的多自由度的双足机器人下肢机构，其特征是所 述的小腿包括直流电机、长导杆、长丝杠、角接触轴承座、滚珠螺母连接块、 小腿膝关节连接块、小腿板、滚针轴承座、小腿踝关节连接块、电机座、短导 杆、短丝杠、球关节挡圈、角接触轴承、联轴器、滚针轴承和膝关节套筒；所 述的小腿膝关节连接块、小腿踝关节连接块、角接触轴承座、电机座和滚针轴 承座一起与小腿板固连；所述的膝关节套筒与小腿板转动副连接；所述的长丝 杠与滚珠螺母连接块固连；所述的长导杆与角接触轴承座、滚针轴承座圆柱副 运动连接，且与滚珠螺母连接块固连；所述的长丝杠配合角接触轴承，分别与 角接触轴承座、滚针轴承座转动副连接；所述的直流电机与电机座固连；所述 的长丝杠通过联轴器与直流电机固连。
6、 根据权利要求1或2所述的多自由度的双足机器人下肢机构，其特征是: 所述的足包括后足和前足，后足和前足通过传动轴支架连接；所述的后足包括: 直流电机、虎克铰链、压力传感器、减振器、足底板、球关节挡圈、主动轴支 撑架、普通平键、六角薄螺母、内六角沉头螺钉、足底板球关节座、电机轴支 架、主动轴、主动轴套筒、主动齿轮、轴套、支撑筒、六角螺母和支撑螺纹杆; 所述的前足包括足部从动齿轮、压力传感器、减振器、从动轴支架、从动轴、 普通平键和足趾板；所述的虎克铰链、主动轴支撑架、传动轴支架、足底板球 关节座和电机轴支架一起与足底板固连；所述的主动轴与主动齿轮通过普通平 键相连，并配合主动轴套筒装配到主动轴支撑架上；所述的直流电机与电机轴 支架固连，并使电机轴与主动轴固连；所述的从动轴支架与足趾板固连；所述 的从动轴与足部从动齿轮通过普通平键相连，并一起固连到从动轴支架上；所 述的主动齿轮与足部从动齿轮啮合；所述的足部六个相同的压力传感器左右对 称分部于足底板和足趾板上，每个压力传感器由两个内六角沉头螺钉固定于足 底板或足趾板上；所述的轴套与支撑筒间隙配合；所述的支撑筒与减振器固连; 所述的六个相同的轴套左右对称分布于足底板和足趾板上，并与足底板或足趾 板过盈配合；所述的每个支撑螺纹杆穿过每个压力传感器，上端与六角螺母螺 纹连接，下端与六角薄螺母螺纹连接，支撑螺纹杆的下端与支撑筒上表面接触。
7、 根据权利要求3所述的多自由度的双足机器人下肢机构，其特征是所 述的足包括后足和前足，后足和前足通过传动轴支架连接；所述的后足包括-直流电机、虎克铰链、压力传感器、减振器、足底板、球关节挡圈、主动轴支 撑架、普通平键、六角薄螺母、内六角沉头螺钉、足底板球关节座、电机轴支 架、主动轴、主动轴套筒、主动齿轮、轴套、支撑筒、六角螺母和支撑螺纹杆； 所述的前足包括足部从动齿轮、压力传感器、减振器、从动轴支架、从动轴、 普通平键和足趾板；所述的虎克铰链、主动轴支撑架、传动轴支架、足底板球 关节座和电机轴支架一起与足底板固连；所述的主动轴与主动齿轮通过普通平 键相连，并配合主动轴套筒装配到主动轴支撑架上；所述的直流电机与电机轴 支架固连，并使电机轴与主动轴固连；所述的从动轴支架与足趾板固连；所述 的从动轴与足部从动齿轮通过普通平键相连，并一起固连到从动轴支架上；所 述的主动齿轮与足部从动齿轮啮合；所述的足部六个相同的压力传感器左右对 称分部于足底板和足趾板上，每个压力传感器由两个内六角沉头螺钉固定于足 底板或足趾板上；所述的轴套与支撑筒间隙配合；所述的支撑筒与减振器固连； 所述的六个相同的轴套左右对称分布于足底板和足趾板上，并与足底板或足趾 板过盈配合；所述的每个支撑螺纹杆穿过每个压力传感器，上端与六角螺母螺 纹连接，下端与六角薄螺母螺纹连接，支撑螺纹杆的下端与支撑筒上表面接触。
8、 根据权利要求3所述的多自由度的双足机器人下肢机构，其特征是所 述的足包括后足和前足，后足和前足通过传动轴支架连接；所述的后足包括 直流电机、虎克铰链、压力传感器、减振器、足底板、球关节挡圈、主动轴支 撑架、普通平键、六角薄螺母、内六角沉头螺钉、足底板球关节座、电机轴支 架、主动轴、主动轴套筒、主动齿轮、轴套、支撑筒、六角螺母和支撑螺纹杆； 所述的前足包括足部从动齿轮、压力传感器、减振器、从动轴支架、从动轴、 普通平键和足趾板；所述的虎克铰链、主动轴支撑架、传动轴支架、足底板球 关节座和电机轴支架一起与足底板固连；所述的主动轴与主动齿轮通过普通平 键相连，并配合主动轴套筒装配到主动轴支撑架上；所述的直流电机与电机轴 支架固连，并使电机轴与主动轴固连；所述的从动轴支架与足趾板固连；所述 的从动轴与足部从动齿轮通过普通平键相连，并一起固连到从动轴支架上；所 述的主动齿轮与足部从动齿轮啮合；所述的足部六个相同的压力传感器左右对 称分部于足底板和足趾板上，每个压力传感器由两个内六角沉头螺钉固定于足 底板或足趾板上；所述的轴套与支撑筒间隙配合；所述的支撑筒与减振器固连； 所述的六个相同的轴套左右对称分布于足底板和足趾板上，并与足底板或足趾 板过盈配合；所述的每个支撑螺纹杆穿过每个压力传感器，上端与六角螺母螺 纹连接，下端与六角薄螺母螺纹连接，支撑螺纹杆的下端与支撑筒上表面接触。
9、根据权利要求4所述的多自由度的双足机器人下肢机构，其特征是所 述的足包括后足和前足，后足和前足通过传动轴支架连接；所述的后足包括 直流电机、虎克铰链、压力传感器、减振器、足底板、球关节挡圈、主动轴支 撑架、普通平键、六角薄螺母、内六角沉头螺钉、足底板球关节座、电机轴支 架、主动轴、主动轴套筒、主动齿轮、轴套、支撑筒、六角螺母和支撑螺纹杆； 所述的前足包括足部从动齿轮、压力传感器、减振器、从动轴支架、从动轴、 普通平键和足趾板；所述的虎克铰链、主动轴支撑架、传动轴支架、足底板球 关节座和电机轴支架一起与足底板固连；所述的主动轴与主动齿轮通过普通平 键相连，并配合主动轴套筒装配到主动轴支撑架上；所述的直流电机与电机轴 支架固连，并使电机轴与主动轴固连*.所述的从动轴支架与足趾板固连；所述 的从动轴与足部从动齿轮通过普通平键相连，并一起固连到从动轴支架上；所 述的主动齿轮与足部从动齿轮啮合；所述的足部六个相同的压力传感器左右对 称分部于足底板和足趾板上，每个压力传感器由两个内六角沉头螺钉固定于足 底板或足趾板上；所述的轴套与支撑筒间隙配合；所述的支撑筒与减振器固连; 所述的六个相同的轴套左右对称分布于足底板和足趾板上，并与足底板或足趾 板过盈配合；所述的每个支撑螺纹杆穿过每个压力传感器，上端与六角螺母螺 纹连接，下端与六角薄螺母螺纹连接，支撑螺纹杆的下端与支撑筒上表面接触。
10、根据权利要求5所述的多自由度的双足机器人下肢机构，其特征是 所述的足包括后足和前足，后足和前足通过传动轴支架连接；所述的后足包括: 直流电机、虎克铰链、压力传感器、减振器、足底板、球关节挡圈、主动轴支 撑架、普通平键、六角薄螺母、内六角沉头螺钉、足底板球关节座、电机轴支 架、主动轴、主动轴套筒、主动齿轮、轴套、支撑筒、六角螺母和支撑螺纹杆; 所述的前足包括足部从动齿轮、压力传感器、减振器、从动轴支架、从动轴、 普通平键和足趾板；所述的虎克铰链、主动轴支撑架、传动轴支架、足底板球 关节座和电机轴支架一起与足底板固连；所述的主动轴与主动齿轮通过普通平 键相连，并配合主动轴套筒装配到主动轴支撑架上；所述的直流电机与电机轴 支架固连，并使电机轴与主动轴固连；所述的从动轴支架与足趾板固连；所述 的从动轴与足部从动齿轮通过普通平键相连，并一起固连到从动轴支架上；所 述的主动齿轮与足部从动齿轮啮合；所述的足部六个相同的压力传感器左右对 称分部于足底板和足趾板上，每个压力传感器由两个内六角沉头螺钉固定于足 底板或足趾板上；所述的轴套与支撑筒间隙配合；所述的支撑筒与减振器固连; 所述的六个相同的轴套左右对称分布于足底板和足趾板上，并与足底板或足趾 板过盈配合；所述的每个支撑螺纹杆穿过每个压力传感器，上端与六角螺母螺 纹连接，下端与六角薄螺母螺纹连接，支撑螺纹杆的下端与支撑筒上表面接触。
全文摘要
本发明提供的是一种多自由度的双足机器人下肢机构。它包括腰部、大腿、小腿和足，大腿包括右大腿和左大腿，小腿包括右小腿和左小腿，足包括右足和左足；所述的腰部由右髋关节和左髋关节两部分、通过腰部连接板连接组成；所述的右髋关节和左髋关节、右大腿和左大腿、右小腿和左小腿、右足和左足为左右对称结构；髋关节与大腿通过虎克铰链和两根连杆并联连接；大腿与小腿通过膝关节连杆和膝关节轴连接；小腿与足通过虎克铰链和两根踝关节连杆并联连接。本发明的具有自由度多的特点，可实现最大程度的双足机器人拟人步态行走。结构简单、原理清晰、经济可行。承载能力大、结构紧凑、成本低、设计难度小、可行性强，适合双足机器人机构设计的要求。
文档编号A63H11/00GK101121424SQ200710072779
公开日2008年2月13日 申请日期2007年9月7日 优先权日2007年9月7日
发明者锋 何, 俞志伟, 孟庆鑫, 李恒楠, 钰 焦, 王文明, 王立权 申请人:哈尔滨工程大学