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专利号: 2015103135607
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 无轨陆用车辆
更新日期:2025-07-25
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种三维仿人双足步行机器人的机械结构,其特征在于,从上至下依次包括躯干(1)、对称设置的两个髋关节(23)、角平分机构(2)、手臂-大腿耦合机构(6)及对称设置的腿机构,其中,每一侧腿机构从上至下依次包括大腿(35)、膝关节(3)、小腿(31)、踝关节(4)及足底(5);躯干(1)上安装有主控芯片;

所述的躯干(1)包括躯体(13)、半固定环(15)、连接环(17)、轴承(16)及轴承挡圈(11);其中,躯体(13)的底部固定连接连接环(17),所述躯体(13)上滑动连接滑块(14);

所述两个髋关节(23)同轴水平布置在所述躯体(13)的底部,躯体(13)的底部设有用于与两个髋关节(23)转动连接的连接环装置;每个髋关节(23)和同侧的手臂固定连接;

所述的角平分机构(2)包括两根连杆连接轴(21)、四个连杆(22)及两个曲柄(24);其中,每个所述髋关节(23)上分别固定连接一个曲柄(24)的一端,两个曲柄(24)的另一端分别通过一个连杆连接轴(21)与两个连杆(22)转动连接,四个所述连杆(22)两两交叉组合成两组后再分别和躯干(1)上的滑块(14)铰接,所述滑块(14)上设有供铰接的连接轴(12);

所述手臂-大腿耦合机构(6)包括分别布置在两个髋关节(23)上的两组,每组包括大腿连接套筒(64)和L型连接板(65),其中,L型连接板(65)包括纵向直角边和横向直角边,纵向直角边与大腿连接套筒(64)固定连接,横向直角边与角平分机构(2)上的其中一根连杆连接轴(21)固定连接,两个直角边的交汇处与同侧所述髋关节(23)转动连接;

所述的膝关节(3)包括压力传感器、电磁铁(36)、电磁铁固定套筒(34)、限位挡板(37)、下连接套筒(32)、上连接套筒(33)、轴承(38)及销轴(39),其中,大腿(35)和小腿(31)分别固定在下连接套筒(32)和上连接套筒(33)上,下连接套筒(32)和上连接套筒(33)之间通过销轴(39)及膝关节轴承(38)转动连接,大腿(35)上固定连接有电磁铁固定套筒(34),电磁铁固定套筒(34)上固定连接电磁铁(36),所述下连接套筒(32)上固定连接所述限位挡板(37);

所述的踝关节(4)包括万向节(46)、弹簧连接套筒(43)、足底连接套筒(47)、足底连接板(51)和弹簧(45);其中,弹簧连接套筒(43)的上部与小腿(31)固定连接,中部通过万向节(46)连接足底连接套筒(47),足底连接套筒(47)的底部固定连接足底连接板(51),所述弹簧连接套筒(43)的下底面和足底连接板(51)的上表面之间纵向布置三组弹簧(45);

所述足底连接板(51)的下方具有足底曲面板(52);足底曲面板(52)上设有微动开关。

2.根据权利要求1所述的三维仿人双足步行机器人的机械结构,其特征在于,所述弹簧连接套筒(43)上设有弹簧调节螺钉(42)、调节螺母(44),所述足底连接板(51)的上表面固定连接有弹簧固定螺钉(41),所述弹簧(45)的上端与弹簧调节螺钉(42)非螺纹端连接,另一端与弹簧固定螺钉(41)连接,弹簧调节螺钉(42)的螺纹端上螺纹连接调节螺母(44)。

3.根据权利要求1所述的三维仿人双足步行机器人的机械结构,其特征在于,所述连接环(17)内左、右对称的设有两个轴承(16),所述两个轴承(16)的内圈分别与一个髋关节(23)固定连接。

4.根据权利要求1所述的三维仿人双足步行机器人的机械结构,其特征在于,所述髋关节(23)和连杆连接轴(21)上分别通过螺纹连接件安装有用来定位的套筒。

5.一种如权利要求1—4中任一所述的三维仿人双足步行机器人的机械结构的行走方法,其特征是,根据行走过程的不同状态,将整个步行周期分为四个相态;相态一支撑腿的膝关节(3)锁合,支撑腿上的大腿(35)和小腿(31)不会发生相对旋转;此时,摆动腿的膝关节(3)放开,进行自由摆动,系统为三个自由度;

当摆动腿上的小腿和大腿摆动到同一条直线上时,摆动腿上限位挡板(37)的压力传感器会受到膝关节的限位挡板(37)和电磁铁(36)的挤压,压力传感器将接收到的碰撞信号传递给主控芯片,主控芯片接收到该信号之后发出指令控制电磁铁(36)通电,摆动腿膝关节(3)锁合,此时为相态二,系统变为两个自由度;

在相态三中,机器人变为双直腿结构,大腿(35)和小腿(31)以同样的角速度摆动,系统具有两个自由度;

当足底曲面板(52)和地面发生碰撞之后,微动开关将被触碰,此时,摆动腿和支撑腿角色互换,该状态为相态四。

微动开关检测到足底曲面板(52)和地面发生碰撞,将碰撞信号传递给主控芯片,主控芯片发出指令让原支撑腿的电磁铁断电,原支撑腿的膝关节打开,原支撑腿变为摆动腿,此时又变回三自由度,行走状态将回到相态一。