CN109466652B - 一种适用于双足机器人的多自由度躯干机构 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人本体结构相关技术领域，其公开了一种适用于双足机器人的多自由度躯干机构，该躯干机构包括上半部、骨盆和髋关节组件以及两个髋关节pitch方向驱动组件，该骨盆和髋关节组件连接于该上半部；两个该髋关节pitch方向驱动组件连接于该骨盆和髋关节组件；该上半部及该髋关节pitch方向驱动组件是由油缸驱动的，该骨盆和髋关节组件是由电机驱动的；该上半部通过三个油缸实现机器人的前俯后仰、左右翻滚及在竖直方向的移动；该骨盆和髋关节组件与该髋关节pitch方向驱动组件相配合实现该机器人的骨盆及髋关节在yaw方向、roll方向、pitch方向的运动。本发明提高了空间利用率，结构简单，运动性能较好。

Description

一种适用于双足机器人的多自由度躯干机构

技术领域

本发明属于机器人本体结构相关技术领域，更具体地，涉及一种适用于双足机器人的多自由度躯干机构。

背景技术

双足机器人作为一个高度综合的复杂***，涉及到机构学、仿生学、人工智能和几何方法等众多学科。近年来，国内外的研究学者和科研机构对双足机器人进行了大量研究。但在目前双足机器人躯干结构的设计中，大多数只对髋关节处的三个自由度进行了设计，这样给机器人在稳定行走的过程中的控制增加了难度，减小了机器人的活动空间，并且目前双足机器人要么为纯液压式驱动机器人，要么为纯电机式驱动机器人，这样没有充分利用这两种驱动方式在各个关节的驱动优势。

人在行走的过程中，髋关节处三个自由度很重要，但躯干其他部位的自由度也有着不可替代的作用，骨盆和腰部关节是一个承上启下的关键部位，具有调节身体重心的波动和承载上肢躯干与手臂的作用，能够保证***负重运动的稳定性和上肢任意抓取的灵活性。比如，有研究机构采用髋关节来实现双足机器人的俯仰、翻滚运动，但是这种机构的结构复杂，质量过大，不利于提高机器人的运动性能。而且，在行走运动过程中，重心在上下、左右两个方向都会产生不同程度的波动，髋关节的单滚自由度可以对水平方向的波动进行反向调节，而竖直方向的波动需要脊柱的伸缩运动来调节。相应地，本领域存在着发展一种运动性能较好的适用于双足机器人的多自由度躯干机构的技术需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适用于双足机器人的多自由度躯干机构，其基于现有双足机器人的工作特点，研究及设计了一种运动性能较好的适用于双足机器人的多自由度躯干机构。所述多自由度躯干机构通过改进的结构来实现躯干机构的俯仰、翻滚、扭转及竖直移动四种运动、以及骨盆和髋关节的各个方向的运动，如此改善了双足机器人的运动性能，提高了工作效率，能够更好地实现人机合作和多级协同作业。此外，所述多自由度躯干机构在在机器人行走过程中，能够满足复杂的步态曲线，且能够满足机器人在非结构化环境中心行走的性能需求。

为实现上述目的，本发明提供了一种适用于双足机器人的多自由度躯干机构，所述躯干机构包括上半部、骨盆和髋关节组件以及两个髋关节pitch方向驱动组件，所述骨盆和髋关节组件连接于所述上半部；两个所述髋关节pitch方向驱动组件连接于所述骨盆和髋关节组件；

所述上半部及所述髋关节pitch方向驱动组件是由油缸驱动的，所述骨盆和髋关节组件是由电机驱动的；所述上半部通过三个油缸来实现双足机器人的前俯后仰、左右翻滚及在竖直方向的移动；所述骨盆和髋关节组件与所述髋关节pitch方向驱动组件相配合来实现所述双足机器人的骨盆及髋关节在yaw方向、roll方向、pitch方向的运动。

进一步地，所述上半部包括胸腔外壳、第一伺服油缸、三个十字轴、第一连接板及两个第二伺服油缸，所述胸腔外壳形成有通槽，所述通槽用于***述第一连接板；三个所述十字轴中的一个设置在所述第一连接板的一端上，另外两个所述十字轴设置在所述第一连接板的另一端上；位于所述第一连接板的同一端的两个所述十字轴间隔设置，且两者分别连接于两个所述第二伺服油缸，所述第一伺服油缸连接于另外一个所述十字轴。

进一步地，两个所述第二伺服油缸的液压杆分别转动地连接于所述胸腔外壳；所第一伺服油缸连接于所述胸腔外壳；所述第一伺服油缸及所述第二伺服油缸分别位于所述胸腔外壳的前部及后部。

进一步地，所述第一伺服油缸的运动行程为40mm；所述第二伺服油缸的运动行程为60mm。

进一步地，所述骨盆和髋关节组件包括骨盆yaw方向驱动模块、骨盆roll方向驱动模块、两个髋关节yaw方向驱动模块、两个髋关节roll方向驱动模块、骨盆大板及骨盆摆动件，所述骨盆yaw方向驱动模块连接于所述第一连接板的中部，其外壳固定连接于所述骨盆摆动板件的中部；所述骨盆roll方向驱动模块的法兰盘连接于所述骨盆摆动板件的一端，其外壳连接于所述骨盆大板；两个所述髋关节yaw方向驱动模块设置在所述骨盆大板上，且分别连接于两个所述髋关节roll方向驱动模块。

进一步地，所述骨盆大板基本呈矩形，其开设有两个圆孔及一个方形孔；所述骨盆摆动板件基本呈n字型，其一端穿过所述方形孔后活动地连接于所述骨盆大板，另一端连接于所述骨盆roll方向驱动模块；所述髋关节yaw方向驱动模块穿过所述圆孔后连接于所述髋关节roll方向驱动模块。

进一步地，所述骨盆yaw方向驱动模块、所述骨盆roll方向驱动模块、所述髋关节roll方向驱动模块均与所述髋关节yaw方向驱动模块的结构相似，且驱动原理相同。

进一步地，所述髋关节roll方向驱动模块通过连接组件连接于所述髋关节yaw方向驱动模块，所述连接组件包括髋关节roll方向摆动件，所述髋关节roll方向摆动件连接所述髋关节roll方向驱动模块的法兰盘与所述髋关节pitch方向驱动组件，且所述髋关节roll方向摆动件由所述髋关节roll方向驱动模块的法兰盘驱动。

进一步地，所述髋关节yaw方向驱动模块包括电机组件、连接于所述电机组件的输入轴、连接于所述输入轴的谐波减速器及连接于所述谐波减速器的骨盆法兰盘，所述骨盆法兰盘连接于所述髋关节roll方向驱动模块，所述髋关节yaw方向驱动模块通过所述骨盆法兰盘将运动输出给所述所述髋关节roll方向驱动模块。

进一步地，所述髋关节pitch方向驱动组件的驱动器为第三伺服油缸，其通过将所述第三伺服油缸的直线运动转变为旋转运动，进而带动所述髋关节在pitch方向运动。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的适用于双足机器人的多自由度躯干机构主要具有以下有益效果：

1.所述上半部及所述髋关节pitch方向驱动组件是由油缸驱动的，所述骨盆和髋关节组件是由电机驱动的，如此提高了双足机器人的空间利用率及灵活性，满足了机器人行走过程中的性能需求，且结构紧凑。

2.所述上半部通过三个油缸来实现双足机器人的前俯后仰、左右翻滚及在竖直方向的移动；所述骨盆和髋关节组件与所述髋关节pitch方向驱动组件相配合来实现所述双足机器人的骨盆及髋关节在yaw方向、roll方向、pitch方向的运动，如此改善了双足机器人的运动性能，提高了工作效率，能够更好地实现人机合作和多级协同作业，且可满足复杂的步态曲线。

3.所述第一伺服油缸的运动行程为40mm；所述第二伺服油缸的运动行程为60mm，如此确保满足机器人的重心波动要求的情况下，提高了结构紧凑性及协调性，灵活性较高，实用性较强。

4.位于所述第一连接板的同一端的两个所述十字轴间隔设置，且两者分别连接于两个所述第二伺服油缸，所述第一伺服油缸连接于另外一个所述十字轴，所述第一伺服油缸及所述第二伺服油缸相配合实现了所述上半部的前俯后仰(pitch)及左右翻滚(roll)、以及腰部关节的(vertical)方向的移动，结构简单，质量较小，自由度调节简单。

附图说明

图1是本发明提供的适用于双足机器人的多自由度躯干机构的结构示意图。

图2是图1中的适用于双足机器人的多自由度躯干机构的另一个角度的示意图。

图3是图1中的适用于双足机器人的多自由度躯干机构的各个关节的自由度简图。

图4是图1中的适用于双足机器人的多自由度躯干机构在腰部pitch方向的运动简图。

图5是图1中的适用于双足机器人的多自由度躯干机构的上半部的示意图。

图6是图5中的适用于双足机器人的多自由度躯干机构的上半部的另一个角度的示意图。

图7是图1中的适用于双足机器人的多自由度躯干机构的骨盆及髋关节的结构示意图。

图8是图7中的骨盆及髋关节沿一个角度的示意图。

图9是图7中的骨盆及髋关节沿另一个角度的示意图。

图10是图7中的骨盆及髋关节的局部示意图。

图11是图1中的适用于双足机器人的多自由度躯干机构的髋关节pitch方向驱动组件的局部示意图。

图12是图1中的适用于双足机器人的多自由度躯干机构的髋关节pitch方向驱动组件的结构示意图。

图13A是图1中的适用于双足机器人的多自由度躯干机构的髋关节yaw方向驱动模块的正面示意图。

图13B是图1中的适用于双足机器人的多自由度躯干机构的髋关节yaw方向驱动模块的侧面示意图。

图14是图13A中的髋关节yaw方向驱动模块沿A-A方向的剖面示意图。

图15是图1中的适用于双足机器人的多自由度躯干机构的骨盆yaw方向驱动模块的结构示意图。

图16是图1中的适用于双足机器人的多自由度躯干机构的骨盆roll方向驱动模块的结构示意图。

图17是图1中的适用于双足机器人的多自由度躯干机构的髋关节roll方向驱动模块的结构示意图。

图18是图1中的适用于双足机器人的多自由度躯干机构的骨盆大板的结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-胸腔外壳，2-第一伺服油缸，3-十字轴，4-第一连接板，5-第二伺服油缸，6-骨盆yaw方向驱动模块，7-骨盆roll方向驱动模块，8-髋关节yaw方向驱动模块，81-电机组件，82-第一深沟球轴承，83-电机挡圈，84-输入轴，85-第二编码器组件，86-骨盆法兰盘，87-谐波减速器，88-外壳，89-四点接触球轴承，9-髋关节roll方向驱动模块，10-骨盆大板，11-骨盆摆动板件，12-第一连接件，13-第一交叉滚子轴承，14-第一轴，15-连接板，16-第一外挡圈，17-第一内挡圈，18-髋关节roll方向摆动件，19-髋关节yaw方向旋转件，20-第二外挡圈，21-编码器支撑件，22-第二交叉滚子轴承，23-第二内挡圈，24-连接编码器轴，25-第二深沟球轴承，26-第一编码器组件，27-第二轴，28-第二连接件，29-齿条，30-第三连接件，31-第三伺服油缸，32-直线位移传感器，33-第一固定件，34-第二固定件，35-第一板件，36-第三轴，37-弹性元件，38-第二板件，39-滑块，40-齿轮，41-导轨，42-第二同步带轮，43-同步带，44-第一同步带轮，45-第三板件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1、图2、图3及图4，本发明提供的适用于双足机器人的多自由度躯干机构，所述多自由度躯干机构的上半部的在pitch方向、roll方向和vertical方向的运动分别由背后的两根液压缸和前面的一根液压缸的运动来实现；所述多自由度躯干机构的骨盆的yaw方向和roll方向自由度分别由骨盆yaw方向驱动模块及骨盆roll方向驱动模块来实现；所述多自由度躯干机构的髋关节的yaw、roll、pitch三个自由度分别由髋关节yaw方向驱动模块、髋关节roll方向驱动模块及躯干上部的驱动组件来实现。如此所述多自由度躯干机构的髋关节pitch方向采用液压缸驱动，其上半部的运动也采用液压缸驱动，所述多自由度躯干机构的其他关节运动采用电机驱动，这样可以有效地提高双足机器人的空间利用率，满足了机器人行走过程中的性能需求。

所述多自由度躯干机构包括上半部、骨盆和髋关节组件及两个髋关节pitch方向驱动组件，所述骨盆和髋关节组件连接于所述上半部；两个所述髋关节pitch方向驱动组件分别连接于所述骨盆和髋关节组件。所述上半部及所述多自由度躯干机构的髋关节分别采用液压缸驱动，所述多自由度躯干机构的骨盆采用电机驱动。其中，所述上半部采用三个液压缸来实现在pitch方向、roll方向及vertical方向的运动。

请参阅图5及图6，所述上半部包括胸腔外壳1、第一伺服油缸2、三个十字轴3、第一连接板4及两个第二伺服油缸5，所述胸腔外壳1形成有通槽，所述通槽用于***述第一连接板4、三个所述十字轴3及所述第一伺服油缸2。本实施方式中，所述通槽贯穿所述胸腔外壳1。所述第一连接板4沿所述通槽的长度方向设置，三个所述十字轴3中的一个设置在所述第一连接板4的一端上，另外两个所述十字轴3设置在所述第一连接板4的另一端上。位于所述第一连接板4的同一端的两个所述十字轴3间隔设置，且两者分别连接于两个所述第二伺服油缸5，两个所述第二伺服油缸5的液压杆分别转动地连接于所述胸腔外壳1。所述第一伺服油缸2连接于所述十字轴3，其位于所述胸腔外壳1的前部，两个所述第二伺服油缸5位于所述胸腔外壳1的后部。

本实施方式中，所述十字轴3为IKO十字轴；所述第一伺服油缸2的运动行程为40mm；所述第二伺服油缸5的运动行程为60mm。所述上半部在pitch方向、roll方向及vertical方向的运动由所述第一伺服油缸2及所述第二伺服油缸5相配合来实现。机器人在实际行走过程中，其在pitch方向及roll方向运动的角度都较小，故采用液压并联驱动，使得所述第一伺服油缸2及所述第二伺服油缸5作为主要支撑构件。当所述第一伺服油缸2的液压杆伸出的长度保持不变时，两个所述第二伺服油缸5同时上升、下降或者一升一降，以分别实现所述上半部的前俯后仰(pitch)及左右翻滚(roll)这两种运动。当所述第一伺服油缸2及所述第二伺服油缸5同时上升或者下降时，可实现所述多自由度躯干机构的腰部关节的vertical方向的移动。此外，调查研究表明，一个身高180cm的人常速行走时，他的重心在竖直平面内的波动范围大致在30mm～40mm，依据仿生学原理，双足机器人的重心波动范围也应该如此，由此采用小行程的伺服油缸来实现上半部的驱动。

请参阅图7、图8、图9及图10，所述骨盆和髋关节组件连接所述上半部及所述髋关节pitch方向驱动组件，其包括骨盆yaw方向驱动模块6、骨盆roll方向驱动模块7、两个髋关节yaw方向驱动模块8、两个髋关节roll方向驱动模块9、骨盆大板10、骨盆摆动件11及第一连接件12。

请参阅图15、图16、图17及图18，所述骨盆大板10基本呈矩形，其开设有两个圆孔及一个方形孔，两个所述圆孔间隔设置，且所述方形孔位于两个所述圆孔之间。所述圆孔用于收容部分所述髋关节yaw方向驱动模块8；所述方形孔用于供所述骨盆摆动板件11的一端穿过。本实施方式中，所述骨盆摆动板件11基本呈n字型，其一端穿过所述方形孔后活动地连接于所述骨盆大板10，另一端连接于所述骨盆roll方向驱动模块7。所述骨盆yaw方向驱动模块6连接于所述第一连接板4的中部，其外壳固定连接于所述骨盆摆动板件11的中部，其由电机驱动，以用于实现骨盆在yaw方向的运动。所述骨盆roll方向驱动模块7的法兰盘连接于所述骨盆摆动板件11的一端，其外壳通过所述第一连接件12连接于所述骨盆大板10。所述骨盆yaw方向驱动模块6与所述骨盆roll方向驱动模块7分别位于所述骨盆大板10相背的两侧。

本实施方式中，连接板15固定连接在所述骨盆大板10远离所述骨盆yaw方向驱动模块6的表面上，第一轴14的一端连接于所述连接板15，另一端连接于第一交叉滚子轴承13，所述第一交叉滚子轴承13安装在所述骨盆摆动板件11远离所述骨盆roll方向驱动模块7的一端上。所述第一交叉滚子轴承13的第一内挡圈17与所述第一轴14相配合，所述第一交叉滚子轴承13的第一外挡圈16连接于所述骨盆摆动板件11，所述第一内挡圈17连接于所述第一轴14，如此防止所述第一交叉滚子轴承13的轴向移动。本实施方式中，所述骨盆roll方向驱动模块7的圆弧表面的中心轴与所述第一轴14的中心轴重合。所述骨盆roll方向驱动模块7的法兰盘由电机驱动，所述骨盆摆动板件11随所述骨盆roll方向驱动模块7的法兰盘一起运动，同时通过所述第一交叉滚子轴承13绕所述第一轴14转动，从而产生骨盆在roll方向的运动。

两个所述髋关节yaw方向驱动模块8分别穿过两个所述圆孔后连接于两个所述髋关节roll方向驱动模块9，其由电机驱动以实现髋关节在yaw方向的旋转。本实施方式中，所述骨盆yaw方向驱动模块6、所述骨盆roll方向驱动模块7、所述髋关节roll方向驱动模块9均与所述髋关节yaw方向驱动模块8的结构相似，驱动原理相同，仅是所述髋关节roll方向驱动模块9没有设置编码器组件。

请参阅图13A、图13B及图14，所述髋关节yaw方向驱动模块8包括电机组件81、第一深沟球轴承82、电机挡圈83、输入轴84、第二编码器组件85、骨盆法兰盘86、谐波减速器87、外壳88及四点接触球轴承89，所述电机组件81设置在所述外壳88的一端内，所述谐波减速器87设置在所述外壳88的中部，所述四点接触球轴承89设置在所述外壳88的另一端内。所述第一深沟球轴承82设置在所述外壳88内，其位于所述谐波减速器87及所述电机组件81之间。所述输入轴84的一端连接于所述电机组件81，另一端穿过所述第一深沟球轴承82后连接于所述谐波减速器87。所述电机挡圈83连接于所述输入轴84远离所述谐波减速器87的一端上，其用于避免电机转子的轴向运动。所述第二编码器组件85连接于所述电机组件81。所述骨盆法兰盘86的一端穿过所述四点接触球轴承89后连接于所述谐波减速器87。其中，所述第一深沟球轴承82及所述四点球接触球轴承89分别作为所述输入轴84及所述骨盆法兰盘86的支撑件。

所述电机组件81作为原动件，其通过所述输入轴84将运动传输给所述谐波减速器87上，进而所述骨盆法兰盘86将运动输出到所述髋关节roll方向驱动模块9。所述第二编码器组件85用于实时测量所述电机组件81的电机的转速，进而计算获得所述骨盆法兰盘86的转速。

所述髋关节roll方向驱动模块9通过连接组件连接于所述髋关节yaw方向驱动模块8，所述连接组件包括髋关节roll方向摆动件18、连接于所述骨盆法兰盘86的髋关节yaw方向旋转件19、第二外挡圈20、编码器支撑件21、第二交叉滚子轴承22、第二内挡圈23、连接编码器轴24、第二深沟球轴承25及第一编码器组件26。

所述髋关节yaw方向旋转件19基本呈L型，其一端连接于所述髋关节roll方向驱动模块9，另一端连接于所述编码器支撑件21。所述骨盆法兰盘86连接于所述髋关节yaw方向旋转件19的中部。所述髋关节roll方向摆动件18连接于所述髋关节roll方向驱动模块9的法兰盘，所述髋关节roll方向驱动模块9带动所述髋关节roll方向摆动件18，所述髋关节roll方向摆动件18连接于所述髋关节pitch方向驱动组件。所述深沟球轴承25嵌装在编码器支撑件21内，其套设在连接编码器轴24上。所述第二交叉滚子轴承22设置在所述髋关节yaw方向旋转件19上，所述第二交叉滚子轴承22的第二挡圈20连接于所述髋关节yaw方向旋转件19，其第二内挡圈23连接于所述连接编码器轴24的一端，所述连接编码器轴24的另一端设置于所述第二深沟球轴承25上。所述第一编码器组件26的磁头与所述连接编码器轴24相连接，其读数头与所述编码器支撑件21相连接。所述髋关节roll方向驱动模块9的电机的转动通过其法兰盘输出，从而产生髋关节在roll方向的旋转。

请参阅图11及图12，两个所述髋关节pitch方向驱动组件的结构相同，所述髋关节pitch方向驱动组件包括第二轴27、第二连接件28、齿条29、第三连接件30、第三伺服油缸31、直线位移传感器32、第一固定件33、第二固定件34、第一板件35、第三轴36、弹性元件37、第二板件38、滑块39、齿轮40、导轨41、第二同步带轮42、同步带43、第一同步带轮44及第三板件45。

所述第二板件38与所述第三板件45间隔设置，所述第一板件35的两侧连接于所述第二板件38及所述第三板件45。所述第一固定件33及所述弹性元件37固定在所述第一板件35的一端，且位于所述第二板件38及所述第三板件45之间。所述第三伺服油缸31固定在所述弹性元件37上，所述第一固定件33用于对所述第三伺服油缸31进行支撑及定位。本实施方式中，所述第三伺服油缸31的运动行程为130mm。两个所述第二固定件34间隔设置在所述第一板件35上，且所述第二固定件34套设在所述第三伺服油缸31上。所述直线位移传感器32固定连接于所述第二固定件34，且其一端通过所述第三连接件30连接于所述第三伺服油缸31的液压杆。所述齿条29的一端通过所述第二连接件28连接于所述第三伺服油缸31的液压杆。本实施方式中，所述齿条29、所述第三伺服油缸31及所述直线位移传感器32相互平行；所述第三伺服油缸31位于所述齿条29及所述直线位移传感器32之间。所述滑块39固定连接于所述齿条29的一侧，所述导轨41固定在所述第二板件38上，所述滑块39滑动地设置在所述导轨41上，其可沿所述导轨41滑动。所述齿轮40与所述齿条29相啮合，其通过键连接于所述第三轴36上。所述第三轴36的两端分别设置在所述第二板件38及所述第三板件45上，所述齿轮40位于所述第二板件38与所述第三板件45之间。本实施方式中，所述第三轴36与所述第二轴27间隔设置，所述第二轴27连接于所述髋关节roll方向摆动件18。所述第一同步带轮44连接于所述第三轴36，且两者之间为过盈配合。所述第一同步带轮44通过所述同步带43连接于所述第二同步带轮42，所述同步带43套设在所述第一同步带轮44及所述第二同步带轮42上。所述第二同步带轮42与所述齿轮40分别位于所述第二板件38相背的两侧。所述第二同步带轮42设置在所述第二轴27的一端上，其与所述第二轴27之间形成过盈配合。所述第二轴27及所述第三轴36均能够相对于所述第二板件38转动。

所述第二轴27通过键连接于所述髋关节roll方向摆动件18，所述第三伺服油缸31带动所述齿条29运动，所述齿条29带动所述齿轮40转动，所述齿轮40带动所述第一同步带轮44转动，所述第一同步带轮44通过所述同步带43带动所述第二同步带轮42转动，所述第二同步带轮42带动所述第二轴27转动，从而实现髋关节在pitch方向的运动。其中，所述直线位移传感器32用于检测所述第三伺服油缸31的运动行程，进而由几何关系算出髋关节在pitch方向的运动角度。

本发明提供的适用于双足机器人的多自由度躯干机构，所述多自由度躯干机构通过分析双足机器人的结构及运动特点，其上半部及髋关节pitch方向驱动组件采用油缸驱动，其余关节采用电机驱动，如此充分利用了两种驱动器的优点，提高了空间利用率，且满足了双足机器人在行走过程中的性能需求。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种适用于双足机器人的多自由度躯干机构，其特征在于：

所述多自由度躯干机构包括上半部、骨盆和髋关节组件以及两个髋关节pitch方向驱动组件，所述骨盆和髋关节组件连接于所述上半部；两个所述髋关节pitch方向驱动组件连接于所述骨盆和髋关节组件；

所述上半部及所述髋关节pitch方向驱动组件是由油缸驱动的，所述骨盆和髋关节组件是由电机驱动的；所述上半部通过三个油缸来实现双足机器人的前俯后仰、左右翻滚及在竖直方向的移动；所述骨盆和髋关节组件与所述髋关节pitch方向驱动组件相配合来实现所述双足机器人的骨盆及髋关节在yaw方向、roll方向、pitch方向的运动；

其中，所述上半部包括胸腔外壳、第一伺服油缸、三个十字轴、第一连接板及两个第二伺服油缸，所述胸腔外壳形成有通槽，所述通槽用于***述第一连接板；三个所述十字轴中的一个设置在所述第一连接板的一端上，另外两个所述十字轴设置在所述第一连接板的另一端上；位于所述第一连接板的同一端的两个所述十字轴间隔设置，且两者分别连接于两个所述第二伺服油缸，所述第一伺服油缸连接于另外一个所述十字轴；两个所述第二伺服油缸的液压杆分别转动地连接于所述胸腔外壳；所第一伺服油缸连接于所述胸腔外壳；所述第一伺服油缸及所述第二伺服油缸分别位于所述胸腔外壳的前部及后部。

2.如权利要求1所述的适用于双足机器人的多自由度躯干机构，其特征在于：所述第一伺服油缸的运动行程为40mm；所述第二伺服油缸的运动行程为60mm。

3.如权利要求1-2任一项所述的适用于双足机器人的多自由度躯干机构，其特征在于：所述骨盆和髋关节组件包括骨盆yaw方向驱动模块、骨盆roll方向驱动模块、两个髋关节yaw方向驱动模块、两个髋关节roll方向驱动模块、骨盆大板及骨盆摆动件，所述骨盆yaw方向驱动模块连接于所述第一连接板的中部，其外壳固定连接于所述骨盆摆动板件的中部；所述骨盆roll方向驱动模块的法兰盘连接于所述骨盆摆动板件的一端，其外壳连接于所述骨盆大板；两个所述髋关节yaw方向驱动模块设置在所述骨盆大板上，且分别连接于两个所述髋关节roll方向驱动模块。

4.如权利要求3所述的适用于双足机器人的多自由度躯干机构，其特征在于：所述骨盆大板基本呈矩形，其开设有两个圆孔及一个方形孔；所述骨盆摆动板件基本呈n字型，其一端穿过所述方形孔后活动地连接于所述骨盆大板，另一端连接于所述骨盆roll方向驱动模块；所述髋关节yaw方向驱动模块穿过所述圆孔后连接于所述髋关节roll方向驱动模块。

5.如权利要求3所述的适用于双足机器人的多自由度躯干机构，其特征在于：所述骨盆yaw方向驱动模块、所述骨盆roll方向驱动模块、所述髋关节roll方向驱动模块均与所述髋关节yaw方向驱动模块的结构相似，且驱动原理相同。

6.如权利要求3所述的适用于双足机器人的多自由度躯干机构，其特征在于：所述髋关节roll方向驱动模块通过连接组件连接于所述髋关节yaw方向驱动模块，所述连接组件包括髋关节roll方向摆动件，所述髋关节roll方向摆动件连接所述髋关节roll方向驱动模块的法兰盘与所述髋关节pitch方向驱动组件，且所述髋关节roll方向摆动件由所述髋关节roll方向驱动模块的法兰盘驱动。

7.如权利要求1-2任一项所述的适用于双足机器人的多自由度躯干机构，其特征在于：所述髋关节yaw方向驱动模块包括电机组件、连接于所述电机组件的输入轴、连接于所述输入轴的谐波减速器及连接于所述谐波减速器的骨盆法兰盘，所述骨盆法兰盘连接于所述髋关节roll方向驱动模块，所述髋关节yaw方向驱动模块通过所述骨盆法兰盘将运动输出给所述所述髋关节roll方向驱动模块。

8.如权利要求1-2任一项所述的适用于双足机器人的多自由度躯干机构，其特征在于：所述髋关节pitch方向驱动组件的驱动器为第三伺服油缸，其通过将所述第三伺服油缸的直线运动转变为旋转运动，进而带动所述髋关节在pitch方向运动。

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