一种动力储能的单腿机器人原地跳跃机构

摘要

本发明公开了一种动力储能的单腿机器人原地跳跃机构，属于机器人技术领域。机器人由身体、髋关节、膝关节、足底和大小腿五部分组成，身体与大腿、大腿与小腿之间分别通过髋关节和膝关节连接；髋关节由电机、谐波减速器、编码器和髋弹簧等元件组成，具有主动输出关节力矩的功能，通过同步带为膝关节提供主动的力矩输出；膝关节的膝转轴安装膝弹簧，膝关节通过将机器人的重力势能转化为膝弹簧的弹性势能，为机器人的跳跃积蓄和补偿能量；足部安装有力传感器，用于检测机器人的触地信息。本发明的单腿机器人原地跳跃机构，通过合理的关节配置和布局，结合主被动关节控制技术，为机器人的跳跃积蓄和补偿能量，由助于提高机器人运动的快速性和高效性。

主权项

一种动力储能的单腿机器人原地跳跃机构，其特征在于，它由身体、髋关节、膝关节、足底和大小腿五部分组成，身体与大腿、大腿与小腿之间分别通过髋关节和膝关节连接；身体由身体右侧板（1）、右侧板法兰（2）、身体左侧板（3）、左侧板法兰（4）、身体背板（5）、身体前板（6）、身体横板（8）、第一导向机构（10）和第二导向机构（11）组成，身体右侧板（1）、身体左侧板（3）、身体背板（5）和身体前板（6）由八个直脚铝（7）连接而成，横板（8）连接在身体右侧板（1）和身体左侧板（3）之间，身体右侧板（1）连接身体右侧法兰（2）、横梁（9）和调节管（16），身体左侧板（3）连接身体左侧法兰（4）、横梁（9）和调节管（16），身体两侧的横梁（9）分别连接第一导向机构（10）和第二导向机构（11），导向机构均由导向法兰（12）、直线轴承（13）和卡簧（14）组成，直线轴承（13）安装在导向法兰（12）圆孔内，两端由卡簧（14）固定，与横梁（9）连接；身体右侧法兰（2）和身体左侧法兰（4）分别连接髋关节第一轴承（31）和髋关节第二轴承（47），调节管（16）固定在身体两侧板上；髋关节包括了速度源和力矩源，速度源由电机和谐波减速器组成，电机（19）固定在电机法兰（22）上；电机法兰（22）与谐波减速器刚轮（27）和刚轮法兰（28）连接，电机（19）的转轴与输入转轴（24）同轴连接，输入转轴（24）两端分别由转轴第一轴承（21）和转轴第二轴承（29）支撑，通过谐波减速器波发生器（25）实现谐波减速器柔轮（26）的输出，速度源通过编码器（20）实现速度信号的反馈控制，髋关节的力矩源由第一编码器定子（33）、第一编码器转子（34）、第二编码器定子（44）、第二编码器转子（45）、髋弹簧（41）、输出法兰（37）和关节输出轴（43）组成，第一编码器定子（33）通过塑料口子（35）固定在髋第一轴承座（32）上，第一编码器转子（34）则固定在输出法兰（37）上，输出法兰（37）与关节外轴（38）固定，并与髋弹簧（41）一端连接，关节内轴（42）的两端由关节第一轴承（39）和关节第二轴承（40）支撑，并与关节输出轴（43）固定，关节输出轴（43）经轴承（48）连接输出小带轮（49），第二编码器转子（45）与关节输出轴（43）连接，第二编码器定子（44）与髋第二轴承座（46）固定；膝关节由膝顶板（50）、膝右侧板（51）、膝左侧板（52）、膝转轴（55）、膝关节弹簧（56）、输入大带轮（57）组成，膝关节一部分由膝顶板（50）、膝右侧板（51）和膝左侧板（52）组成，另一部分由膝转轴（55）和输入大带轮（57）组成，两部分之间通过膝第一轴承（53）、膝第二轴承（54）产生相对运动，膝转轴（55）上套由膝弹簧（56），膝弹簧（56）一端与膝右侧板连接，一端与膝转轴（55）上的法兰连接；足底安装有力传感器（63），固定在小腿（61）上；力传感器（63）包裹了足底橡胶（64），固定在力传感器（63）上；髋关节上安装有大腿右侧板（66）、大腿左侧板（67）、大腿板（68），通过大腿（69），与膝关节连接；膝转轴（55）上还安装有小腿右侧板（58）、小腿左侧板（59）、小腿板（60），通过小腿（61）与足底连接；膝关节蹬腿的动力由髋关节的输出小带轮（49）经过同步带（70）进行传递。