本发明涉及足式机器人,尤其是指一种并联式髋关节机构及机器人。
背景技术:
1、双足机器人是一种具有人的外形,并能够效仿人体的某些物理功能、感知系统及社交能力,并能承袭人类部分经验的机器人。双足机器人的典型特点是机器人的下肢以刚性构件通过转动副联接,模仿人类的腿及髋关节、膝关节和踝关节,并以执行装置代替肌肉实现对身体的支撑及连续地协调运动,实现双足行走、跳跃、奔跑等动作。髋关节作为双足机器人下肢运动的关键部位之一,为了实现双足机器人行走、跳跃、奔跑等动作要求,需要机器人在矢状面内有较高的瞬时功率输出,而冠状面内的内收/外展和水平面内的内旋/外旋主要负责控制方向和维持稳定,需要的功率输出较低。传统的串联式髋关节结构通过三个电机分别实现在三个平面内的运动。
2、然而现有技术的不足在于,三个电机输出扭矩的方向相互垂直,在三个平面内具有相同的功率输出,这会导致矢状面内的功率输出不足,由此限制机器人前进或后退时的力量输出,从而限制跑或跳的能力,从而难以满足高动态足式机器人的瞬时高功率输出和高扭矩需求,并且,串联结构的刚性不足也会影响机器人整体动态性能。由此,现有的串联式髋关节机器人存在的刚性差、矢状面内功率输入不足的问题。
技术实现思路
1、为此,本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中的不足,提供一种并联式髋关节机构及机器人,该并联式髋关节机构应用于机器人时,能够满足机器人跳跃、奔跑等需要瞬时高功率输出和高扭矩需求。
2、为解决上述技术问题,本发明提供了一种并联式髋关节机构,包括,
3、固定基座;
4、腿部单元,其包括大腿部,所述大腿部与所述固定基座活动连接;
5、连接单元,其包括长度相等的第一连接杆和第二连接杆;
6、驱动单元,其包括第一驱动件和第二驱动件,所述第一驱动件和所述第二驱动件设置于所述固定基座;所述第一驱动件的输出端通过所述第一连接杆与所述大腿部相连,且所述第一连接杆与所述大腿部活动连接,所述第二驱动件的输出端通过所述第二连接杆与所述大腿部相连,且所述第二连接杆与所述大腿部活动连接。
7、在本发明的一个实施例中,所述驱动单元还包括第一输出杆和第二输出杆,所述第一输出杆配置于所述第一驱动件的输出端,所述第一驱动件通过所述第一输出杆与所述第一连接杆相连,所述第二输出杆配置于所述第二驱动件,所述第二驱动件通过所述第二输出杆与所述第二连接杆相连。
8、在本发明的一个实施例中,所述第一输出杆与所述第一连接杆活动连接,所述第二输出杆与所述第二连接杆活动连接。
9、在本发明的一个实施例中,所述固定基座包括固定板和连接板,所述连接板与所述固定板垂直连接。
10、在本发明的一个实施例中,所述驱动单元设置于所述连接板。
11、在本发明的一个实施例中,所述腿部单元还包括第一安装座和连接件,所述第一安装座与所述大腿部相连。
12、在本发明的一个实施例中,所述固定板设有第二安装座,所述第二安装座与所述第一安装座通过所述连接件活动连接。
13、在本发明的一个实施例中,所述连接件包括十字铰链。
14、在本发明的一个实施例中,所述驱动单元还包括第三驱动件,所述第三驱动件的输出端与所述固定基座相连,所述第三驱动件用于驱动所述固定基座转动。
15、在本发明的一个实施例中,所述腿部单元还包括小腿部,所述小腿部配置为与所述大腿部活动连接。
16、本发明还提供了一种机器人,包括本体以及至少两个如上所述的一种并联式髋关节机构,两个所述并联式髋关节机构对称设置于所述本体。
17、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点:
18、本发明所述的一种并联式髋关节机构,设有固定基座、腿部单元、连接单元以及驱动单元,其中,大腿部与固定基座之间活动连接,并且大腿部能够沿矢状面和冠状面运动,第一驱动件和第二驱动件装配于固定基座,第一驱动件通过第一连接杆与大腿部活动连接,第二驱动件通过第二连接杆与大腿部活动连接,通对控制第一驱动件和第二驱动件反向同速运动,从而实现对大腿部的外推或内拉,实现大腿部沿冠状面的内收或外展运动,通过控制第一驱动件和第二驱动件的差速转动,从而实现大腿部沿矢状面的屈伸运动,实现前进或后退运动。
19、本发明的并联式髋关节机构,相比于单驱动单元直接驱动一个髋关节,在不改变使用驱动单元个数和参数的情况下,通过两个驱动件的协调控制,共同作用于矢状面或冠状面的力矩输出,不仅没有改变髋关节自由度个数,还使得髋关节在两个方向的自由度上输出的力矩可以更大。
20、并且,本发明的并联式髋关节机构结构,相较于传统的串联式驱动结构,整体结构具有较大的刚度,并且动作精度高,能够承担更大的负载。相较于传统的并联式机器人,本发明属于少自由并联机器人,本发明的结构简单,成本低,具有较佳的实用及推广价值。
1.一种并联式髋关节机构,其特征在于:包括,
2.根据权利要求1所述的一种并联式髋关节机构,其特征在于:所述驱动单元还包括第一输出杆和第二输出杆,所述第一输出杆配置于所述第一驱动件的输出端,所述第一驱动件通过所述第一输出杆与所述第一连接杆相连,所述第二输出杆配置于所述第二驱动件,所述第二驱动件通过所述第二输出杆与所述第二连接杆相连。
3.根据权利要求2所述的一种并联式髋关节机构,其特征在于:所述第一输出杆与所述第一连接杆活动连接,所述第二输出杆与所述第二连接杆活动连接。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种并联式髋关节机构,其特征在于:所述固定基座包括固定板和连接板,所述连接板与所述固定板垂直连接。
5.根据权利要求4所述的一种并联式髋关节机构,其特征在于:所述驱动单元设置于所述连接板。
6.根据权利要求4所述的一种并联式髋关节机构,其特征在于:所述腿部单元还包括第一安装座和连接件,所述第一安装座与所述大腿部相连。
7.根据权利要求6所述的一种并联式髋关节机构,其特征在于:所述固定板设有第二安装座,所述第二安装座与所述第一安装座通过所述连接件活动连接。
8.根据权利要求1所述的一种并联式髋关节机构,其特征在于:所述驱动单元还包括第三驱动件,所述第三驱动件的输出端与所述固定基座相连,所述第三驱动件用于驱动所述固定基座转动。
9.根据权利要求1所述的一种并联式髋关节机构,其特征在于:所述腿部单元还包括小腿部,所述小腿部配置为与所述大腿部活动连接。
10.一种机器人,其特征在于:包括本体以及至少两个如权利要求1-9中任意一项所述的一种并联式髋关节机构,两个所述并联式髋关节机构对称设置于所述本体。
