本技术涉及机器人,更具体地,涉及一种人形机器人的下肢系统和人形机器人。
背景技术:
1、人形机器人真正创造社会价值,需要能够真正参与到社会的生产活动中,例如代替人类完成一些重复、无聊、费力的工作,重载搬运场景就是一个机械重复,无聊,费力的工作,而现有的机器人大多只能进行行走和表演功能,没有负载搬运功能,而负载功能的实现与机器人的下肢系统的结构设计相关。
2、鉴于此,亟需设计一款能够提高机器人负载能力的下肢系统。
技术实现思路
1、本技术的一个目的是提供一种人形机器人的下肢系统和人形机器人的新技术方案。
2、根据本技术的第一方面,提供了一种人形机器人的下肢系统,包括:
3、髋部机构、左大腿机构、右大腿机构、左小腿机构和右小腿机构,所述髋部机构能够用于支撑人形机器人的上身躯干;
4、所述左大腿机构包括大腿主体、上连接架、下连接架、第一直线执行器、第二直线执行器、第一双曲柄机构和第二双曲柄机构;
5、所述大腿主体的上端通过所述上连接架与所述髋部机构转动连接,所述第一直线执行器的上端通过所述第一双曲柄机构分别与所述大腿主体的上端和所述上连接架铰接,其下端铰接于所述大腿主体的下端;
6、所述大腿主体的下端通过所述下连接架与所述左小腿机构转动连接,所述第二直线执行器通过所述第二双曲柄机构分别与所述大腿主体的下端和所述下连接架铰接,其上端铰接于所述大腿主体的上端;
7、所述第一直线执行器和所述第二直线执行器能够分别沿所述大腿主体的长度方向伸长或缩短,使所述左大腿机构能够分别相对于所述髋部机构和所述左小腿机构转动,且旋转轴均沿左右方向延伸;
8、所述大腿主体的下端设置有锁止结构,所述下连接架或所述左小腿机构上设置有配合部,在所述左大腿机构与所述左小腿机构转动至设定角度时,所述锁止结构能够与所述配合部锁定,以限制所述左小腿机构的转动;
9、所述右大腿机构的结构与所述左大腿机构的结构相同,且所述右大腿机构的上端和下端分别与所述髋部机构和所述右小腿机构连接。
10、可选地,所述左大腿机构还包括第九连杆轴和第十连杆轴,所述第一直线执行器和所述第二直线执行器均为电动推杆;
11、所述第一双曲柄机构包括第一连杆轴、第二连杆轴、第三连杆轴、第四连杆轴、第一连杆和第二连杆,所述第二双曲柄机构包括第五连杆轴、第六连杆轴、第七连杆轴、第八连杆轴、第三连杆和第四连杆;
12、所述第一连杆轴和所述第二连杆轴分别装配于所述上连接架上,所述第三连杆轴装配于所述大腿主体的上端,所述第四连杆轴通过所述第一连杆与所述第一连杆轴连接,通过所述第二连杆与所述第三连杆轴连接;
13、所述第一直线执行器的上端铰接于所述第四连杆轴上,下端通过所述第九连杆轴铰接于所述大腿主体的下端,所述大腿主体的上端通过所述第二连杆轴与所述上连接架转动连接;
14、所述第一连杆轴和所述第二连杆轴之间的距离与所述第二连杆轴和所述第三连杆轴之间的距离之和,小于所述第一连杆轴和所述第四连杆轴之间的距离与所述第四连杆轴和所述第三连杆轴之间的距离之和;
15、所述第五连杆轴和第六连杆轴分别装配于所述下连接架上,所述第七连杆轴装配于所述大腿主体的下端,所述第八连杆轴通过所述第三连杆与所述第五连杆轴连接,通过所述第四连杆与所述第七连杆轴连接;
16、所述第二直线执行器的下端铰接于所述第八连杆轴上,上端通过所述第十连杆轴铰接于所述大腿主体的上端,所述大腿主体的下端通过所述第六连杆轴与所述下连接架转动连接;
17、所述第五连杆轴和所述第六连杆轴之间的距离与所述第六连杆轴和所述第七连杆轴之间的距离之和,小于所述第五连杆轴和所述第八连杆轴之间的距离与所述第八连杆轴和所述第七连杆轴之间的距离之和。
18、可选地,所述锁止结构包括连接于所述大腿主体下端的弧形伸出端和位于所述弧形伸出端上的凸点部,所述弧形伸出端的圆心与所述第六连杆轴的旋转中心重合;
19、所述配合部包括设置在所述下连接架或所述左小腿机构上的凹型槽和位于所述凹型槽内的凹点部,所述凹型槽与所述弧形伸出端的形状相匹配,所述凹点部与所述凸点部的形状相匹配;
20、在所述左大腿机构与所述左小腿机构呈180°时,所述弧形伸出端插入所述凹型槽内,所述凸点部落入所述凹点部,使所述大腿主体与所述左小腿机构锁定。
21、可选地,在所述左大腿机构与所述左小腿机构的夹角为170°~180°时,所述弧形伸出端的至少一部分位于所述凹型槽内。
22、可选地,所述第三连杆和所述第一连杆均为y型连杆,所述第二连杆和所述第四连杆均为u型连杆。
23、可选地,所述u型连杆包括铰接部和连接于所述铰接部两端的连杆部,
24、所述第二连杆的铰接部转动连接于所述第三连杆轴上,所述第二连杆的两个连杆部分别转动连接于所述第四连杆轴上,并分别位于所述第一直线执行器的两侧;
25、所述第四连杆的铰接部转动连接于所述第七连杆轴上,所述第四连杆的两个连杆部分别转动连接于所述第八连杆轴上,并分别位于所述第二直线执行器的两侧;
26、其中,所述第二连杆的两个连杆部朝所述第一直线执行器的方向弯曲,所述第四连杆的两个连杆部朝所述第二直线执行器的方向弯曲。
27、可选地,所述髋部机构包括承载平台、第一旋转执行器、第二旋转执行器、第三旋转执行器和第四旋转执行器,且所述第一旋转执行器和第三旋转执行器的旋转轴沿前后方向延伸,所述第二旋转执行器和所述第四旋转执行器的旋转轴沿竖直方向延伸;
28、所述第一旋转执行器的输出端与所述第二旋转执行器的固定端连接,所述第一旋转执行器的固定端和所述第二旋转执行器的固定端分别沿前后方向固定于所述承载平台的左侧,所述第二旋转执行器的输出端与所述上连接架连接;
29、所述第三旋转执行器的输出端与所述第四旋转执行器的固定端连接,所述第三旋转执行器的固定端和所述第四旋转执行器的固定端分别沿前后方向固定于所述承载平台的右侧,所述第四旋转执行器的输出端与所述右大腿机构连接。
30、可选地,所述髋部机构还包括第五旋转执行器,所述承载平台为一倒扣的凹形结构,所述第五旋转执行器的旋转轴沿竖直方向延伸;
31、所述第一旋转执行器、第二旋转执行器、第三旋转执行器和第四旋转执行器分别固定连接于所述凹形结构的四个角上,所述第五旋转执行器的固定端连接于所述凹形结构顶面的中心区域,使其输出端能够用于连接人形机器人的上身躯干。
32、可选地,所述凹形结构的后侧设置有低于其顶面的承载区,所述承载区用于承载或装配外部设备。
33、可选地,所述髋部机构还包括第一扭矩传感器和第二扭矩传感器,所述第一旋转执行器和所述第二旋转执行器通过所述第一扭矩传感器连接,所述第三旋转执行器和所述第四旋转执行器通过所述第二扭矩传感器连接。
34、可选地,下肢系统还包括左脚组件和右脚组件,所述左小腿机构包括小腿主体、第三直线执行器、第四直线执行器;
35、所述小腿主体的上端与所述下连接架连接,下端与所述左脚组件铰接,所述第三直线执行器和所述第四直线执行器沿左右方向并排设置,其上端分别与所述小腿主体的上端铰接,下端分别与所述左脚组件铰接;
36、所述第三直线执行器和所述第四直线执行器能够分别沿所述小腿主体的长度方向伸长或缩短,使所述小腿机构能够分别相对于所述大腿机构和所述脚组件转动;
37、所述右小腿机构与所述左小腿机构相同,且所述右小腿机构的上端与所述右大腿机构的下端连接,下端与所述右脚组件连接。
38、可选地,所述左脚组件包括脚踝结构和脚底板,所述脚踝结构固定于所述脚底板上;
39、所述小腿主体的下端通过十字铰链与所述脚踝结构铰接,使所述左脚组件能够相对于所述小腿主体左右转动或上下转动;
40、所述右脚组件与所述左脚组件的结构相同。
41、可选地,所述左脚组件还包括六维力传感器,所述脚踝结构通过所述六维力传感器连接与所述脚底板上。
42、根据本技术的第二方面,提供一种人形机器人,包括:第一方面所述的下肢系统。
43、根据本技术的一个实施例,本技术通过髋部机构、左大腿机构、右大腿机构、左小腿机构和右小腿机构以及各部分之间的连接关系,形成机器人下肢系统的主体结构。其中,左大腿机构中的一方面通过第一直线执行器和第二直线执行器结合第一双曲柄结构和第二双曲柄机构的设计,能够仿生髋关节和膝关节的动作,实现下肢系统的抬腿动作。另一方面,第一直线执行器和第二直线执行器的推力较大,能够提高整个腿部结构的负载能力。而右大腿机构与左大腿机构的结构相同,使整个下肢系统的动作实现能力和负载能力均得到提高。
44、通过以下参照附图对本技术的示例性实施例的详细描述,本技术的其它特征及其优点将会变得清楚。
1.一种人形机器人的下肢系统,其特征在于,包括:
2.根据权利要求1所述的人形机器人的下肢系统,其特征在于,所述左大腿机构还包括第九连杆轴和第十连杆轴,所述第一直线执行器和所述第二直线执行器均为电动推杆;
3.根据权利要求2所述的人形机器人的下肢系统,其特征在于,所述锁止结构包括连接于所述大腿主体下端的弧形伸出端和位于所述弧形伸出端上的凸点部,所述弧形伸出端的圆心与所述第六连杆轴的旋转中心重合;
4.根据权利要求3所述的人形机器人的下肢系统,其特征在于,在所述左大腿机构与所述左小腿机构的夹角为170°~180°时,所述弧形伸出端的至少一部分位于所述凹型槽内。
5.根据权利要求2所述的人形机器人的下肢系统,其特征在于,所述第三连杆和所述第一连杆均为y型连杆,所述第二连杆和所述第四连杆均为u型连杆。
6.根据权利要求5所述的人形机器人的下肢系统,其特征在于,所述u型连杆包括铰接部和连接于所述铰接部两端的连杆部,
7.根据权利要求1-6任一项所述的人形机器人的下肢系统,其特征在于,所述髋部机构包括承载平台、第一旋转执行器、第二旋转执行器、第三旋转执行器和第四旋转执行器,且所述第一旋转执行器和第三旋转执行器的旋转轴沿前后方向延伸,所述第二旋转执行器和所述第四旋转执行器的旋转轴沿竖直方向延伸;
8.根据权利要求7所述的人形机器人的下肢系统,其特征在于,所述髋部机构还包括第五旋转执行器,所述承载平台为一倒扣的凹形结构,所述第五旋转执行器的旋转轴沿竖直方向延伸;
9.根据权利要求8所述的人形机器人的下肢系统,其特征在于,所述凹形结构的后侧设置有低于其顶面的承载区,所述承载区用于承载或装配外部设备。
10.根据权利要求7所述的人形机器人的下肢系统,其特征在于,所述髋部机构还包括第一扭矩传感器和第二扭矩传感器,所述第一旋转执行器和所述第二旋转执行器通过所述第一扭矩传感器连接,所述第三旋转执行器和所述第四旋转执行器通过所述第二扭矩传感器连接。
11.根据权利要求1-6任一项所述的人形机器人的下肢系统,其特征在于,还包括左脚组件和右脚组件,所述左小腿机构包括小腿主体、第三直线执行器、第四直线执行器;
12.根据权利要求11所述的人形机器人的下肢系统,其特征在于,所述左脚组件包括脚踝结构和脚底板,所述脚踝结构固定于所述脚底板上;
13.根据权利要求12所述的人形机器人的下肢系统,其特征在于,所述左脚组件还包括六维力传感器,所述脚踝结构通过所述六维力传感器连接与所述脚底板上。
14.一种人形机器人,其特征在于,包括:
