CN111688838A - 一种基于模块化关节的双足机器人下肢结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于模块化关节的双足机器人下肢结构，其包括：髋关节机构、大腿件、膝关节机构以及小腿机构，髋关节机构下端与大腿件转动连接，髋关节机构用于驱动膝关节机构和小腿机构前后摆动、左右摆动以及内外旋转；膝关节机构固定设置在大腿件上，膝关节机构用于驱动小腿机构前后摆动；小腿机构活动设置在大腿件下端且被膝关节机构驱动前后转动。本发明能够将双足机器人腿部的重心向上调整，使得双足机器人的腿部在摆动时惯性会更小，有助于双足机器人更加稳定、快速地行走。

Description

一种基于模块化关节的双足机器人下肢结构

技术领域

本发明涉及双足机器人的技术领域，尤其是涉及一种基于模块化关节的双足机器人下肢结构。

背景技术

双足机器人是一门多学科融合交叉的综合性学科，涉及到仿生学、机械学、控制理论与控制工程、传感器信息融合、计算机学等多门学科，涉及到力学、稳定性理论、控制理论等多方面的问题。

因双足机器人在设计时是模仿了人类的双足，将整条腿分成脚掌、小腿以及大腿，脚掌与小腿的转动连接处称之为脚踝，小腿与大腿的转动连接处称之为膝关节；一般为了驱动脚掌上抬，会在脚踝处设置有脚踝驱动电机，通过脚踝驱动电机的驱动，来达到驱动脚掌上抬的目的，而为了驱动小腿向后摆动，则会在膝关节处也设置一个膝关节驱动电机，使得膝关节驱动电机驱动小腿向后摆动。

上述中的现有技术方案存在以下缺陷：脚踝电机设置在脚踝处、膝关节电机设置在膝关节处，使得整条腿的重心偏低，在双足甩动时，惯性会比较大，不利于双足机器人的稳定行走，故而有待改进。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的之一是提供一种基于模块化关节的双足机器人下肢结构，其能够将双足机器人腿部的重心向上调整，使得双足机器人的腿部在甩动时惯性会更小，有助于双足机器人更加稳定的行走。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种基于模块化关节的双足机器人下肢结构，包括：髋关节机构、大腿件、膝关节机构以及小腿机构，髋关节机构下端与大腿件转动连接，髋关节机构用于驱动膝关节机构和小腿机构前后摆动、左右摆动以及内外旋转；膝关节机构固定设置在大腿件上，膝关节机构用于驱动小腿机构前后摆动；小腿机构活动设置在大腿件下端且被膝关节机构驱动前后转动，小腿机构包括：小腿件、脚掌组件、踝关节第一驱动件以及拉杆，小腿件上端与所述大腿件下端转动连接；脚掌组件转动设置在小腿件下端处；踝关节第一驱动件固定设置在小腿件上端处且用于通过拉杆驱动脚掌组件上下抬动；拉杆上端与踝关节第一驱动件活动连接，拉杆下端与脚掌组件活动连接。

通过采用上述技术方案，膝关节机构设置在大腿件上，使得膝关节机构从小腿件与大腿件的连接处向上移动了一段距离，并且又因为踝关节第一驱动件设置在小腿件的上端处，使得踝关节第一驱动件从脚掌组件与小腿件的连接处也向上移动了一段距离，相比于膝关节机构与踝关节第一驱动件移动前，双足上的重心位置就会上移，在双足甩动时，双足惯性会更小，有助于双足机器人更加稳定、快速地行走。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为，所述大腿件中部向前凸出呈V形。

通过采用上述技术方案，使得大腿件后侧形成V形空间，在小腿机构向后转动时，就可以转动至V形空间中，相比于大腿件竖直设置的状态，此种方式使得小腿机构可以有更大的向后转动空间，便于小腿机构抬起获得更多更大幅度的动作。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为，所述膝关节机构包括：膝关节驱动件、第一联动件、第二联动件以及第一连杆，膝关节驱动件固定设置在所述大腿件上且用于驱动第一联动件转动；第一联动件固定设置在膝关节驱动件的输出轴上，第一联动件一端与第一连杆一端转动连接；第二联动件固定设置在所述小腿机构的上端，第二联动杆一端与第一连杆的另一端转动连接，第二联动件与第一连杆连接的位置、第一联动件与第一连杆连接的位置处于同一侧，第二联动件与第一联动件处于同一平面上转动，并且第一联动件处于第二联动件的前侧。

通过采用上述技术方案，在膝关节驱动件输出转动时，首先可以驱动第一联动件转动，然后随着第一联动件的转动，第一联动件就可以驱动第一连杆向后运动，而第一连杆向后运动后，就可以向后顶动第二联动件转动，第二联动件也就可以带动与自身固定连接的小腿机构向后运动，从而使得小腿机构向后抬起，此时大腿件再向前转动一定角度，小腿机构再向下放下，就可以达到向前行走的目的；通过第一连杆来传递第一联动件与第二联动件之间的动力，相比于通过同步带轮传动的方式，连杆传动因为不具有弹性，所以不存在传动延迟的情况，机构控制响应速度更快，而且连杆传动机构稳定性也会更高，有更好的耐冲击性能，有助于提升使用寿命。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为，所述膝关节驱动件固定设置在所述大腿件上的弯折处。

通过采用上述技术方案，使得膝关节驱动件位置上移，此时膝关节驱动件也就不需要在大腿件与小腿机构的连接处驱动小腿机构转动了，此处也减少了一个驱动件，进而导致双足的重心也上移，双足甩动时，小腿机构处的惯性也就会减小，有助于双足稳定行走。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为，所述第一联动件与所述第二联动件之间还设置有第二连杆，第二连杆两端分别与第一联动件以及第二联动件转动连接。

通过采用上述技术方案，第二连杆的设置，分担了第一连杆所受的作用力，使得第一连杆不易损坏，而且也使得第一联动件与第二联动件之间力的传递效率更高，有助于提升机构的控制相应速度。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为，所述髋关节机构包括：髋关节连接件、内外旋转组件、左右旋转组件以及前后旋转组件，髋关节连接件将相邻两腿上的内外旋转组件连接在一起；内外旋转组件固定设置在髋关节连接件上且用于驱动左右旋转组件内外转动；左右旋转组件固定设置在内外旋转组件的下端且用于驱动前后旋转组件左右转动；前后旋转组件固定设置在左右旋转组件的下方且用于驱动所述大腿件前后转动。

通过采用上述技术方案，髋关节连接件的设置，将双足机器人下肢的两条腿连接在了一起，以便实现行走的目的；内外旋转组件的设置，使得左右旋转组件以及处于自身下方的部件可以一起实现内外方向的旋转，有助于双足机器人实现转向；左右旋转组件的设置，使得双足上的前后旋转组件以及处于旋转组件下方的部件可以左右调整位置，以便双足重心落在与地面接触的脚掌上，从而使得双足机器人能够站住，不易倒下；前后旋转组件的设置，使得膝关节机构驱动小腿机构向上收起后，大腿件可以向前转动一定的角度，然后再将小腿机构放下时，小腿机构就实现了向前迈步的目的，以便双足进行行走。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为，所述内外旋转组件包括髋关节第一驱动件和髋关节第一连接件，髋关节第一驱动件竖向固定设置在所述髋关节连接件上且用于驱动髋关节第一连接件内外转动；髋关节第一连接件一端与髋关节第一驱动件的输出轴固定连接，髋关节第一连接件另一端与所述左右旋转组件上端固定连接。

通过采用上述技术方案，髋关节第一驱动件的设置，为髋关节第一连接件内外旋转提供了充足的动力，使得髋关节第一连接件以及与髋关节第一连接件连接的左右旋转组件可以一起实现内外旋转的目的，以便双足进行转弯。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为，所述左右旋转组件包括髋关节第二驱动件和髋关节第二连接件，髋关节第二驱动件固定设置在所述髋关节第一连接件上且用于驱动髋关节第二连接件左右转动；髋关节第二连接件一端与髋关节第二驱动件的输出轴固定连接，髋关节第二连接件另一端与所述前后旋转组件固定连接。

通过采用上述技术方案，髋关节第二驱动件的设置，为髋关节第二连接件左右转动提供了充足的动力，有助于重心投影在脚掌上，便于双足机器人站稳，不易倒下。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为，所述前后旋转组件包括髋关节第三驱动件，髋关节第三驱动件固定设置在所述髋关节第二连接件上且用于驱动所述大腿件前后转动。

通过采用上述技术方案，髋关节第三驱动件的设置，为大腿件前后运动提供了充足的动力，使得大腿件可以前后摆动，以实现双足向前迈步前进的目的。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为，所述脚掌组件包括脚掌左右旋转组件以及脚掌，脚掌左右旋转组件活动设置在所述小腿件的下方且用于驱动脚掌左右旋转，脚掌转动设置在脚掌左右旋转组件下方。

通过采用上述技术方案，脚掌抬升组件以及脚掌左右旋转组件的设置，使得脚掌具有两个自由度，以便脚掌更加灵活的运动以及站稳，而且在抬脚向前走动时，脚掌不易与地面产生刮擦。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

踝关节第一驱动件与膝关节机构相比于原先向上移动了一段距离，使得该种双足机器人双足的重心更高，使得双足在摆动时，惯性影响会更小，行走起来也就会更加的稳定；

镂空孔的设置，使得双足机器人双足的质量更轻，在抬起时也就不会那么的费劲，有助于双足行走；

连杆传动的方式，相比于同步带传动的方式，力的传导会更加的及时，机构控制响应速度会更快，同时机构也更加的稳定；

髋关节第一驱动件、髋关节第二驱动件、髋关节第三驱动件以及膝关节驱动件均采用相同的模块化关节，脚踝处的驱动件也采用相同的模块化关节，12个自由度采用两种模块化关节，统一机械接口和电气接口、降低***复杂程度、提高互换性并降低成本，双足机器人易于维护。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的单腿***结构示意图。

图3是本发明中小腿机构收起后的结构示意图。

图中，1、髋关节机构；11、髋关节连接件；12、内外旋转组件；121、髋关节第一驱动件；122、髋关节第一连接件；13、左右旋转组件；131、髋关节第二驱动件；132、髋关节第二连接件；14、前后旋转组件；2、大腿件；21、镂空孔；22、弧形板；23、平衡板；24、端盖；3、膝关节机构；31、膝关节驱动件；32、第一联动件；33、第二联动件；34、第一连杆；4、小腿机构；41、小腿件；411、支撑件；4111、左支撑件；4112、右支撑件；4113、连接环；42、脚掌抬升组件；421、踝关节第一驱动件；422、拉杆；423、U形连接件；424、转动轴；43、脚掌组件；431、脚掌左右旋转组件；4311、踝关节第二驱动件；4312、脚踝支架；4313、六维力传感器；432、脚掌；5、第二连杆；6、吊臂。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图1与图2，为本发明公开的一种基于模块化关节的双足机器人下肢结构，其升高了双足的重心，使得双足在摆动时惯性会更小，有助于双足稳定的行走，其包括左右双足，左右双足竖向平行设置，并且左右双足上的部件相互之间呈镜像状态，以便于实现左右双足上部件的互换；单足包括：髋关节机构1、大腿件2、膝关节机构3以及小腿机构4，髋关节机构1下端与大腿件2上端转动连接，髋关节机构1用于驱动膝关节机构3和小腿机构4前后摆动；膝关节机构3固定设置在大腿件2上，膝关节机构3用于驱动小腿机构4前后摆动；小腿机构4上端与大腿件2下端转动连接且被膝关节机构3驱动前后转动；在双足行走时，一足上的膝关节机构3首先驱动小腿机构4向后转动，使得小腿机构4向后抬起，然后髋关节机构1再驱动大腿件2向前转动，使得大腿件2、膝关节机构3以及小腿机构4一起向前转动一定的角度，此时膝关节机构3再将小腿机构4向下放下并回到原来状态，就实现了单足向前迈出一步的目的，因膝关节机构3从小腿机构4与大腿件2的连接处向上移动了一段距离，使得单足的重心上移，在该足摆动时，该足产生的惯性也就会更小，行走会更加的稳定。

参照图1与图2，髋关节机构1包括：髋关节连接件11、内外旋转组件12、左右旋转组件13以及前后旋转组件14，双足共用一个髋关节连接件11，髋关节连接件11呈平板状且为铝合金材质，髋关节连接件11水平设置，髋关节连接件11将相邻两腿上的内外旋转组件12连接在一起；内外旋转组件12固定设置在髋关节连接件11上且用于驱动左右旋转组件13内外转动；左右旋转组件13固定设置在内外旋转组件12的下端且用于驱动前后旋转组件14左右转动；前后旋转组件14固定设置在左右旋转组件13的下方且用于驱动大腿件2前后转动。

参照图1与图2，具体的，内外旋转组件12包括髋关节第一驱动件121和髋关节第一连接件122，髋关节第一驱动件121为伺服电机，髋关节第一驱动件121外侧表面上焊接有一个铝合金材质的法兰盘，该法兰盘定义为第一固定法兰盘，髋关节第一驱动件121的输出轴一端竖向穿过髋关节连接件11，髋关节连接件11上开设有穿孔供髋关节第一驱动件121穿过，其外侧表面上的第一固定法兰盘与髋关节连接件11上表面抵接，然后再通过螺钉将第一固定法兰盘与髋关节连接件11固定连接起来，使得髋关节第一驱动件121被固定在髋关节连接件11上；髋关节第一驱动件121的输出轴上同轴焊接有一个铝合金材质的法兰盘，此法兰盘定义为第一输出法兰盘，第一输出法兰盘通过螺钉与髋关节第一连接件122上端固定连接，髋关节第一连接件122下端与左右旋转组件13上端固定连接；此时髋关节第一驱动件121通电后，髋关节第一驱动件121的输出轴输出转动，通过第一输出法兰盘就可以带动髋关节第一连接件122绕输出轴的轴线转动，进而使得与髋关节第一连接件122固定连接的左右旋转组件13在水平面上转动，以便双足机器人转向。

参照图1与图2，左右旋转组件13包括髋关节第二驱动件131和髋关节第二连接件132，髋关节第二驱动件131也为伺服电机，髋关节第二驱动件131的外侧表面上也焊接有一个铝合金材质的法兰盘，该法兰盘定义为第二固定法兰盘，髋关节第二驱动件131的输出轴一端从髋关节第一连接件122下端的后侧表面上水平向前穿过髋关节第一连接件122，并且第二固定法兰盘与髋关节第一连接件122下端的后侧表面抵接，此时再通过螺钉使得第二固定法兰盘与髋关节第一连接件122固定连接，使得髋关节第二驱动件131被固定在髋关节第一连接件122上，髋关节第一连接件122上开设有穿孔供髋关节第二驱动件131穿过；髋关节第二驱动件131的输出轴上也同轴焊接有一个铝合金材质的法兰盘，此法兰盘定义为第二输出法兰盘，髋关节第二驱动件131的输出轴穿过髋关节第二连接件132上端的上端，并且第二输出法兰盘与髋关节第二连接件132上端抵接且通过螺钉固定连接，髋关节第二连接件132上端开设有供髋关节第二驱动件131的输出轴穿过的穿孔，髋关节第二连接件132下端与前后旋转组件14固定连接；此时在髋关节第二驱动件131通电后，髋关节第二驱动件131的输出轴就会通过第二输出法兰盘带动髋关节第二连接件132在竖直平面上进行左右转动，进而使得前后旋转组件14也被带着左右转动，以便双足张开避开障碍物。

参照图1与图2，前后旋转组件14包括髋关节第三驱动件，髋关节第三驱动件也为伺服电机，髋关节第三驱动件的外侧表面上也焊接有一个铝合金材质的法兰盘，该法兰盘定义为第三固定法兰盘，髋关节第三驱动件的输出轴一端水平穿过髋关节第二连接件132的下端，第三固定法兰盘与髋关节第二连接件132一侧表面抵接且通过螺钉固定连接，髋关节第二连接件132上开设有穿孔供髋关节第三驱动件穿过；在髋关节第三驱动件的输出轴上同轴固定有一个铝合金材质的法兰盘，该法兰盘定义为第三输出法兰盘，大腿件2的上端处开设有供髋关节第三驱动件的输出轴穿过的穿孔，在髋关节第三驱动件的输出轴穿过大腿件2上端的穿孔时，第三输出法兰盘与大腿件2上端一侧表面抵接且通过螺栓固定连接；在髋关节第三驱动件通电时，髋关节第三驱动件的输出轴输出转动，使得第三法兰盘带动大腿件2前后转动，以便大腿件2向前迈出脚步，进而实现行走的目的。

参照图1与图2，大腿件2为一个呈V形的不锈钢片体，大腿件2中部向前突出，使得大腿件2后侧腾出一部分空间，以便膝关节机构3驱动小腿机构4向后能够有更大的转幅；大腿件2上还均匀开设有多个镂空孔21，使得大腿件2的质量大幅下降，进而使得双足质量大幅下降，以便双足能够更加灵活的行走。

参照图1与图2，膝关节机构3包括：膝关节驱动件31、第一联动件32、第二联动件33以及第一连杆34，膝关节驱动件31也为伺服电机，膝关节驱动件31的外侧表面上也焊接有一个铝合金材质的法兰盘，该法兰盘定义为第四固定法兰盘，膝关节驱动件31的输出轴一端水平穿过大腿件2的弯折处，使得第四固定法兰盘与大腿件2弯折处一侧表面抵接，然后通过螺钉使得第四法兰盘与大腿件2固定连接，使得膝关节驱动件31被固定在大腿件2上；膝关节驱动件31的输出轴上同轴焊接有一个铝合金材质的法兰盘，该法兰盘定义为第四输出法兰盘，第一联动件32的中部通过螺钉被固定在第四输出法兰盘上，第一联动件32呈棱形片状且为铝合金材质，第一联动件32一端与第一连杆34一端通过铆钉转动连接；第二联动件33也呈棱形片状且为铝合金材质，第二联动件33固定设置在小腿机构4的上端，第二联动杆一端与第一连杆34的另一端通过铆钉转动连接，第二联动件33与第一连杆34连接的位置、第一联动件32与第一连杆34连接的位置处于同一侧，第二联动件33与第一联动件32处于同一平面上转动，并且第一联动件32处于第二联动件33的前侧。

参照图1与图3，在膝关节驱动件31通电且输出轴输出顺时针转动时，第一联动件32绕膝关节驱动件31的输出轴轴线顺时针转动，从而使得第一联动件32与第一连杆34连接的一端顶动第一连杆34向后运动，而第一连杆34向后运动后，第一连杆34与第二联动件33连接的一端就会被顶动，使得第二联动件33带动小腿机构4一起向后转动，使得小腿机构4向大腿件2弯折处的内侧处转动，此时髋关节第三驱动件再驱动大腿件2向前转动一定的角度，使得膝关节机构3、大腿件2以及小腿机构4也向前运动，之后膝关节驱动件31的输出轴再逆时针转动，使得小腿机构4向下放下回到原来的状态中，小腿机构4也就达到向前迈出一步的目的。

参照图1与图2，为了减轻第一连杆34的负担，在第一联动件32与第二联动件33之间还设置有第二连杆5，第二连杆5与第一连杆34平行且处于第一连杆34上方，第二连杆5两端也分别与第一联动件32以及第二联动件33远离第一连杆34一端通过铆钉转动连接；此时第一联动件32、第一连杆34、第二联动件33以及第二连杆5组成了一个四连杆机构，该四连杆机构的设置，相比于同步带轮的传动，在力的传导时不易存在延时，机构控制响应速度会更快，同时机构也更加的稳定。

参照图1与图2，小腿机构4包括：小腿件41、脚掌抬升组件42以及脚掌组件43，小腿件41包括两块竖向平行设置的小腿板，小腿板为铝合金材质且呈镂空状设置，小腿板上端水平设置有一个支撑件411，支撑件411包括：左支撑件4111、右支撑件4112以及将左支撑件4111和右支撑件4112固定连接起来的连接环4113，连接环4113两侧表面分别通过螺栓与左支撑件4111以及右支撑件4112固定连接，左支撑件4111与右支撑件4112均呈半碗形，并且开口相对；支撑件411两端分别穿过两块小腿板的上端且通过螺钉固定连接，大腿件2下端套设在支撑件411一端处且通过轴承与支撑件411转动连接；第二联动件33中部套设在支撑件411处于两块小腿板外部的一端处且与支撑件411通过螺钉固定连接，使得第二联动件33转动时，就可以带动支撑件411一起转动，进而再带动小腿板一起转动；为了使得膝关节处受力更加的均匀，在大腿件2下端远离另一足的一侧表面上通过螺钉固定有一块弧形板22，弧形板22远离大腿件2一侧表面上通过螺钉固定有一块平衡板23，平衡板23与大腿件2平行，支撑件411处于平衡板23与大腿件2之间，支撑件411一端穿过平衡板23且通过轴承与平衡板23转动连接，并且为了保护该轴承，在该处还通过螺栓固定有一个端盖24将该处的轴承盖住，此时大腿件2上传导下来作用力时，作用力一部分可以继续沿着大腿件2传导，另一部分可以传导至平衡板23上，然后分别经过两块小腿板向下传递，有助于该处受力均匀，提升了双足运动的平稳性，同时也提高了该处的刚性以及结构强度。

参照图1与图2，脚掌抬升组件42设置在小腿件41上且用于驱动脚掌组件43上下转动，脚掌抬升组件42包括：踝关节第一驱动件421、拉杆422、两个U形连接件423以及转动轴424，踝关节第一驱动件421为伺服电机，踝关节第一驱动件421的外侧表面上通过螺钉固定连接有一个铝合金材质的法兰盘，定义该法兰盘为第五固定法兰盘，踝关节第一驱动件421水平设置在支撑件411内部，踝关节第一驱动件421通过第五固定法兰盘以及螺钉与支撑件411固定连接；踝关节第一驱动件421的输出轴上也同轴焊接有一个铝合金材质的法兰盘，该法兰盘为第五输出法兰盘，第五输出法兰盘上延伸出一个吊臂6，吊臂6穿出右支撑件4112，在右支撑件4112上开设有弧形槽供吊臂6伸出；拉杆422竖向设置在小腿板的前侧，拉杆422上端通过一个U形连接件423与第五法兰盘上伸出的吊臂6转动连接，该U形连接件423开口朝上且通过螺钉与第五法兰盘转动连接，拉杆422下端通过另一个U形连接件423与脚掌左右旋转组件43转动连接，该U形连接件423开口朝下，拉杆422上下两端分别穿过两个U形连接件423的底部且分别与两个U形连接件423螺纹连接，并且拉杆422上下两端分别设计左右旋向相反的外螺纹，使得转动拉杆422还可以调整两个U形件423之间的距离，以便调节脚掌组件43抬起的角度范围,同时降低装配的难度；转动轴424水平设置在小腿板的下端，并且两块小腿板下端分别通过两个轴承与转动轴424转动连接，脚掌组件43连接在转动轴424上；在踝关节第一驱动件421的输出轴转动时，第五输出法兰盘也就会被带动一起转动，此时吊臂6在弧形槽中沿着弧形槽上下摆动，从而使得拉杆422上下运动，进而达到拉动脚掌组件43绕转动轴424轴线上下转动的目的。

参照图1与图2，脚掌组件43包括设置在小腿件41的下方且用于驱动脚掌432左右旋转的脚掌左右旋转组件431以及脚掌432，脚掌左右旋转组件431包括：踝关节第二驱动件4311、脚踝支架4312以及六维力传感器4313，踝关节第二驱动件4311为伺服电机，踝关节第二驱动件4311水平设置在小腿板的下方，踝关节第二驱动件4311外侧上表面处焊接有一根套管，套管同轴套设在转动轴424处于两块小腿板之间的部分处，并且套管与转动轴424通过轴承转动连接，使得踝关节第二驱动件4311可以绕转动轴424的轴线转动，踝关节第二驱动件4311的输出轴上还同轴焊接有一个铝合金的法兰盘，该法兰盘定义为第六输出法兰盘，第六输出法兰盘通过螺钉与脚踝支架4312的外侧表面固定连接，使得踝关节第二驱动件4311的输出轴转动时，可以通过第六输出法兰盘驱动脚踝支架4312左右转动；脚踝支架4312呈U形且开口向上，踝关节第二驱动件4311处于脚踝支架4312的内部，踝关节第二驱动件4311远离自身输出轴的一端端部同轴焊接有一根连接轴，连接轴穿出脚踝支架4312远离踝关节第二驱动件4311输出轴一端且通过轴承与脚踝支架4312转动连接；六维力传感器4313通过螺钉固定在脚踝支架4312的下方；脚掌432通过螺钉固定在六维力传感器4313的下方。

参照图1与图2，在踝关节第二驱动件4311的输出轴转动时，输出轴首先驱动第六输出法兰盘在竖直面上转动，然后第六输出法兰盘再带动脚踝支架4312在竖直面上左右转动，从而使得六维力传感器4313以及脚掌432在竖直面上左右转动。

本实施例的实施原理为：在左右双足上的髋关节第一驱动件121同时向右转动时，双足机器人也就可以朝向右边，此时迈步向前走时，就可以完成向右转向的目的，同理，左右双足上的髋关节第一驱动件121同时向左转动时，就可以完成向左转向的目的；在双足呈站立状态时，可以启动双足上的髋关节第二驱动件131，使得髋关节第二驱动件131驱动髋关节第二连接件132以调整双足重心在竖直方向上的投影落于脚掌上，便于双足站稳。

在双足机器人迈步时，启动右足上的膝关节驱动件31，使得第一联动件32顺时针转动，然后通过第一连杆34与第二连杆5的传递，使得第二联动件33也顺时针转动，进而带动小腿机构4向后转动，达到将小腿抬起的目的，之后髋关节第三驱动件向前转动一定角度，使得膝关节机构3、大腿件2以及小腿机构4均向前运动，此时髋关节连接件11以及左足的内外旋转组件12、左右旋转组件13需要做出适应性的运动，使得右足上的膝关节机构3、大腿件2以及小腿机构4均顺利向前运动，最后膝关节驱动件31的输出轴再逆时针转动，使得小腿机构4向下放下，此时右足就完成了向前迈出一步的动作；而左右两***替迈出，则可以达到双足机器人向前迈出的目的。

同时在小腿机构4向后转动时，踝关节第一驱动件421可以通过第五输出法兰盘来拉动拉杆422向上运动，使得脚掌左右旋转组件431以及脚掌432可以向上抬升一点，以避免小腿后转时脚掌432与地面产生刮擦；而在小腿机构4向下放下时，踝关节第一驱动件421可以通过第五输出法兰盘向下放下拉杆422，使得脚掌左右旋转组件431以及脚掌432向下放下，从而让脚掌432稳定的踩在地面上。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于模块化关节的双足机器人下肢结构，其特征在于，包括：髋关节机构(1)、大腿件(2)、膝关节机构(3)以及小腿机构(4)，髋关节机构(1)下端与大腿件(2)转动连接，髋关节机构(1)用于驱动膝关节机构(3)和小腿机构(4)前后摆动、左右摆动以及内外旋转；膝关节机构(3)固定设置在大腿件(2)上，膝关节机构(3)用于驱动小腿机构(4)前后摆动；小腿机构(4)活动设置在大腿件(2)下端且被膝关节机构(3)驱动前后转动，小腿机构(4)包括：小腿件(41)、脚掌组件(43)、踝关节第一驱动件(421)以及拉杆(422)，小腿件(41)上端与所述大腿件(2)下端转动连接；脚掌组件(43)转动设置在小腿件(41)下端处；踝关节第一驱动件(421)固定设置在小腿件(41)上端处且用于通过拉杆(422)驱动脚掌组件(43)上下抬动；拉杆(422)上端与踝关节第一驱动件(421)活动连接，拉杆(422)下端与脚掌组件(43)活动连接。

2.根据权利要求1所述的基于模块化关节的双足机器人下肢结构，其特征在于，所述大腿件(2)中部向前凸出呈V形。

3.根据权利要求2所述的基于模块化关节的双足机器人下肢结构，其特征在于，所述膝关节机构(3)包括：膝关节驱动件(31)、第一联动件(32)、第二联动件(33)以及第一连杆(34)，膝关节驱动件(31)固定设置在所述大腿件(2)上且用于驱动第一联动件(32)转动；第一联动件(32)固定设置在膝关节驱动件(31)的输出轴上，第一联动件(32)一端与第一连杆(34)一端转动连接；第二联动件(33)固定设置在所述小腿机构(4)的上端，第二联动杆一端与第一连杆(34)的另一端转动连接，第二联动件(33)与第一连杆(34)连接的位置、第一联动件(32)与第一连杆(34)连接的位置处于同一侧，第二联动件(33)与第一联动件(32)处于同一平面上转动，并且第一联动件(32)处于第二联动件(33)的前侧。

4.根据权利要求3所述的基于模块化关节的双足机器人下肢结构，其特征在于，所述膝关节驱动件(31)固定设置在所述大腿件(2)上的弯折处。

5.根据权利要求3所述的基于模块化关节的双足机器人下肢结构，其特征在于，所述第一联动件(32)与所述第二联动件(33)之间还设置有第二连杆(5)，第二连杆(5)两端分别与第一联动件(32)以及第二联动件(33)转动连接。

6.根据权利要求1所述的基于模块化关节的双足机器人下肢结构，其特征在于，所述髋关节机构(1)包括：髋关节连接件(11)、内外旋转组件(12)、左右旋转组件(13)以及前后旋转组件(14)，髋关节连接件(11)将相邻两腿上的内外旋转组件(12)连接在一起；内外旋转组件(12)固定设置在髋关节连接件(11)上且用于驱动左右旋转组件(13)内外转动；左右旋转组件(13)固定设置在内外旋转组件(12)的下端且用于驱动前后旋转组件(14)左右转动；前后旋转组件(14)固定设置在左右旋转组件(13)的下方且用于驱动所述大腿件(2)前后转动。

7.根据权利要求6所述的基于模块化关节的双足机器人下肢结构，其特征在于，所述内外旋转组件(12)包括髋关节第一驱动件(121)和髋关节第一连接件(122)，髋关节第一驱动件(121)竖向固定设置在所述髋关节连接件(11)上且用于驱动髋关节第一连接件(122)内外转动；髋关节第一连接件(122)一端与髋关节第一驱动件(121)的输出轴固定连接，髋关节第一连接件(122)另一端与所述左右旋转组件(13)上端固定连接。

8.根据权利要求7所述的基于模块化关节的双足机器人下肢结构，其特征在于，所述左右旋转组件(13)包括髋关节第二驱动件(131)和髋关节第二连接件(132)，髋关节第二驱动件(131)固定设置在所述髋关节第一连接件(122)上且用于驱动髋关节第二连接件(132)左右转动；髋关节第二连接件(132)一端与髋关节第二驱动件(131)的输出轴固定连接，髋关节第二连接件(132)另一端与所述前后旋转组件(14)固定连接。

9.根据权利要求8所述的基于模块化关节的双足机器人下肢结构，其特征在于，所述前后旋转组件(14)包括髋关节第三驱动件，髋关节第三驱动件固定设置在所述髋关节第二连接件(132)上且用于驱动所述大腿件(2)前后转动。

10.根据权利要求1所述的基于模块化关节的双足机器人下肢结构，其特征在于，所述脚掌组件43包括脚掌左右旋转组件(431)以及脚掌(432)，脚掌左右旋转组件(431)活动设置在所述小腿件(41)的下方且用于驱动脚掌(432)左右旋转，脚掌(432)转动设置在脚掌左右旋转组件(431)下方。

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