本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)、仿生機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于具身智能的雙足機(jī)器人踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)前機(jī)器人踝關(guān)節(jié)及足部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要集中在剛性機(jī)械關(guān)節(jié)上，這類關(guān)節(jié)通常依賴高精度傳感器、復(fù)雜的控制算法以及中央控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。然而，隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)構(gòu)智能化面臨著三大核心挑戰(zhàn)：復(fù)雜環(huán)境的高適應(yīng)性、快速響應(yīng)的高實(shí)時(shí)性以及服役行為的高可靠性。

2、然而，傳統(tǒng)剛性關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)在應(yīng)對(duì)復(fù)雜地形或快速響應(yīng)需求時(shí)，暴露出以下問(wèn)題：

3、1.剛性設(shè)計(jì)對(duì)沖擊力的魯棒性不足，易損壞，且對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性較低；

4、2.對(duì)高性能傳感器和中央控制器的依賴增加了系統(tǒng)復(fù)雜性和成本；

5、3.在仿生性和靈活性方面，與人體踝關(guān)節(jié)的自然運(yùn)動(dòng)方式仍有較大差距。

6、近年來(lái)，“具身智能化”概念逐漸興起，該思想強(qiáng)調(diào)通過(guò)增強(qiáng)系統(tǒng)本體的自適應(yīng)能力，減少對(duì)外部控制系統(tǒng)的依賴。在踝關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)中引入具身智能化思想，通過(guò)充分利用機(jī)構(gòu)的形態(tài)學(xué)特性與外界環(huán)境的交互關(guān)系，從人類高效行走和奔跑的自然運(yùn)動(dòng)中汲取靈感，以雙足機(jī)器人為載體，研制一種基于具身智能化思想的足部踝關(guān)節(jié)行走機(jī)構(gòu)及其部組件，能夠顯著提升機(jī)構(gòu)的靈活性和環(huán)境適應(yīng)性，從而更好地滿足復(fù)雜環(huán)境下的應(yīng)用需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于具身智能的雙足機(jī)器人踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，包括基座，類滑膜,半圓形硅膠關(guān)節(jié)頭，底座；所述基座通過(guò)插銷與大腿底部進(jìn)行連接形成過(guò)盈配合；所述類滑膜上表面與基座粘連，所述類滑膜下表面與半圓形硅膠關(guān)節(jié)頭粘連；同時(shí)半圓形硅膠關(guān)節(jié)頭與底座通過(guò)插銷與插孔連接為一體；所述底座與足支撐結(jié)構(gòu)上的踝關(guān)節(jié)底座鉸接孔進(jìn)行插銷連接形成過(guò)盈配合進(jìn)而緊固。

2、進(jìn)一步地，所述足支撐結(jié)構(gòu)包括足主體結(jié)構(gòu)，踝關(guān)節(jié)底座鉸接孔，人工肌肉連接孔，興奮感知器固定位。

3、進(jìn)一步地，所述興奮感知器固定位上安裝有興奮感知器，所述興奮感知器的主要構(gòu)成為上端蓋，下端蓋和氣道活動(dòng)桿件，所述氣道活動(dòng)桿件與固定桿件間的彈簧相互作用，在足底興奮感知器活動(dòng)件的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)氣道活動(dòng)桿件的上下移動(dòng)，使其氣道產(chǎn)生扭結(jié)，進(jìn)而氣道狀態(tài)產(chǎn)生改變實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳遞，所述興奮感知器活動(dòng)件下方連接半圓形類弧足。

4、進(jìn)一步地，所述興奮感知器的配合方式為上端蓋，下端蓋之間通過(guò)m1螺栓進(jìn)行連接，彈簧放置在上端蓋的凹槽中與氣道活動(dòng)桿件相結(jié)合，最終形成一體，氣道活動(dòng)桿件能夠在足底興奮感知器活動(dòng)件與彈簧的相互作用下發(fā)生移動(dòng)，興奮感知器活動(dòng)件與半圓形類弧足通過(guò)m1螺栓進(jìn)行連接，興奮感知器固定位與興奮感知器相互嵌合固定。

5、進(jìn)一步地，半圓形類弧足在接觸地面時(shí)通過(guò)壓力帶動(dòng)足底興奮感知器活動(dòng)件進(jìn)行移動(dòng)，固定桿件彈簧被壓縮，氣道發(fā)生改變，從而激活背屈肌和外翻肌的氣動(dòng)人工肌肉充氣，肌肉驅(qū)動(dòng)下踝關(guān)節(jié)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人重心轉(zhuǎn)移，并在壓力解除后彈簧恢復(fù)原位，氣道改變放氣釋放肌肉；下一步態(tài)時(shí)，半圓形類弧足在接觸地面時(shí)通過(guò)到壓力帶動(dòng)足底感知器活動(dòng)件進(jìn)行移動(dòng)，固定桿件彈簧被壓縮，氣道發(fā)生改變，激活跖屈肌和內(nèi)翻肌的氣動(dòng)人工肌肉充氣，保持機(jī)器人重心穩(wěn)定，并在壓力解除后釋放肌肉；抑制感知器用于感知該側(cè)腿髖關(guān)節(jié)向后擺動(dòng)的極限位置，當(dāng)?shù)竭_(dá)極限位置時(shí)，髖關(guān)節(jié)發(fā)生移動(dòng)，帶動(dòng)抑制感知器活動(dòng)桿件發(fā)生移動(dòng)，抑制感知器的彈簧被壓縮，氣道打開(kāi)，氣囊泄氣由此抑制跖屈肌和內(nèi)翻肌，踝關(guān)節(jié)無(wú)法旋轉(zhuǎn)，使機(jī)器人重心前傾并將重心向另一只腳轉(zhuǎn)移；最終在機(jī)器人行走過(guò)程中實(shí)現(xiàn)足底感知使得氣道通路發(fā)生改變，氣動(dòng)肌肉發(fā)生充氣與泄氣，牽拉踝關(guān)節(jié)發(fā)生移動(dòng)，使得機(jī)器人行走。

6、與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

7、顯著提升踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的柔順性、穩(wěn)定性和復(fù)雜地形適應(yīng)能力。

8、減少對(duì)電子傳感器和復(fù)雜控制算法的依賴，提高系統(tǒng)的魯棒性和能效。

9、設(shè)計(jì)新型仿肌肉骨骼剛-柔耦合踝關(guān)節(jié)，替代剛性機(jī)械結(jié)構(gòu)，提高穩(wěn)定性與抗沖擊性。針對(duì)雙足機(jī)器人剛性關(guān)節(jié)不穩(wěn)定與抗沖擊性差問(wèn)題，基于人體關(guān)節(jié)生物特性，提出柔性仿生材料-新型仿生剛?cè)狁詈硝钻P(guān)節(jié)，有效實(shí)現(xiàn)了多樣化的動(dòng)作執(zhí)行，顯著降低了由機(jī)械沖擊引起的磨損和變形，有效提高關(guān)節(jié)在受到?jīng)_擊力后的魯棒性。

10、利用感知-驅(qū)動(dòng)一體化單元，解決雙足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)形態(tài)對(duì)算法的依賴性。通過(guò)引入感知-驅(qū)動(dòng)一體化單元，解決算法依賴性和中央處理單元性能問(wèn)題，通過(guò)機(jī)構(gòu)本體實(shí)現(xiàn)對(duì)外界環(huán)境和自身狀態(tài)的高效交互感知，提高機(jī)構(gòu)本體在復(fù)雜環(huán)境中的適應(yīng)性，降低對(duì)電器傳感元件的依賴。

技術(shù)特征：

1.一種基于具身智能的雙足機(jī)器人踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于：包括基座(10)，類滑膜(11),半圓形硅膠關(guān)節(jié)頭(12)，底座(13)；所述基座(10)通過(guò)插銷與大腿(6)底部進(jìn)行連接形成過(guò)盈配合；所述類滑膜(11)上表面與基座(10)粘連，所述類滑膜(11)下表面與半圓形硅膠關(guān)節(jié)頭(12)粘連；同時(shí)半圓形硅膠關(guān)節(jié)頭(12)與底座(13)通過(guò)插銷與插孔連接為一體；所述底座(13)與足支撐結(jié)構(gòu)(15)上的踝關(guān)節(jié)底座鉸接孔(1502)進(jìn)行插銷連接形成過(guò)盈配合進(jìn)而緊固。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于具身智能的雙足機(jī)器人踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于：所述足支撐結(jié)構(gòu)(15)包括足主體結(jié)構(gòu)(1501)，踝關(guān)節(jié)底座鉸接孔(1502)，人工肌肉連接孔(1503)，興奮感知器固定位(1504)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于具身智能的雙足機(jī)器人踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于：所述興奮感知器固定位(1504)上安裝有興奮感知器(17)，所述興奮感知器(17)的主要構(gòu)成為上端蓋(1705)，下端蓋(1701)和氣道活動(dòng)桿件(1702)，所述氣道活動(dòng)桿件(1702)與固定桿件間的彈簧(1703)相互作用，在足底興奮感知器活動(dòng)件(1704)的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)氣道活動(dòng)桿件(1702)的上下移動(dòng)，使其氣道產(chǎn)生扭結(jié)，進(jìn)而氣道狀態(tài)產(chǎn)生改變實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳遞，所述興奮感知器活動(dòng)件(1704)下方連接半圓形類弧足(16)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于具身智能的雙足機(jī)器人踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于：所述興奮感知器(17)的配合方式為上端蓋(1705)，下端蓋(1701)之間通過(guò)m1螺栓進(jìn)行連接，彈簧(1703)放置在上端蓋(1705)的凹槽中與氣道活動(dòng)桿件(1702)相結(jié)合，最終形成一體，氣道活動(dòng)桿件(1702)能夠在足底興奮感知器活動(dòng)件(1704)與彈簧(1703)的相互作用下發(fā)生移動(dòng)，興奮感知器活動(dòng)件(1704)與半圓形類弧足(16)通過(guò)m1螺栓進(jìn)行連接，興奮感知器固定位(1504)與興奮感知器(17)相互嵌合固定。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的一種基于具身智能的雙足機(jī)器人踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于：半圓形類弧足(16)在接觸地面時(shí)通過(guò)壓力帶動(dòng)足底興奮感知器活動(dòng)件(1704)進(jìn)行移動(dòng)，固定桿件彈簧(1703)被壓縮，氣道發(fā)生改變，從而激活背屈肌和外翻肌的氣動(dòng)人工肌肉充氣，肌肉驅(qū)動(dòng)下踝關(guān)節(jié)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人重心轉(zhuǎn)移，并在壓力解除后彈簧(1703)恢復(fù)原位，氣道改變放氣釋放肌肉；下一步態(tài)時(shí)，半圓形類弧足(16)在接觸地面時(shí)通過(guò)到壓力帶動(dòng)足底感知器活動(dòng)件(1704)進(jìn)行移動(dòng)，固定桿件彈簧(1703)被壓縮，氣道發(fā)生改變，激活跖屈肌和內(nèi)翻肌的氣動(dòng)人工肌肉充氣，保持機(jī)器人重心穩(wěn)定，并在壓力解除后釋放肌肉；抑制感知器(7)用于感知該側(cè)腿髖關(guān)節(jié)向后擺動(dòng)的極限位置，當(dāng)?shù)竭_(dá)極限位置時(shí)，髖關(guān)節(jié)發(fā)生移動(dòng)，帶動(dòng)抑制感知器活動(dòng)桿件發(fā)生移動(dòng)，抑制感知器(7)的彈簧被壓縮，氣道打開(kāi)，氣囊泄氣由此抑制跖屈肌和內(nèi)翻肌，踝關(guān)節(jié)無(wú)法旋轉(zhuǎn)，使機(jī)器人重心前傾并將重心向另一只腳轉(zhuǎn)移；最終在機(jī)器人行走過(guò)程中實(shí)現(xiàn)足底感知使得氣道通路發(fā)生改變，氣動(dòng)肌肉發(fā)生充氣與泄氣，牽拉踝關(guān)節(jié)發(fā)生移動(dòng)，使得機(jī)器人行走。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及機(jī)器人領(lǐng)域，公開(kāi)了一種基于具身智能的雙足機(jī)器人踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，包括基座，類滑膜,半圓形硅膠關(guān)節(jié)頭，底座；本發(fā)明中感知器包括興奮與抑制感知器，相互工作，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)器人踝關(guān)節(jié)在不依賴控制器的前提下使機(jī)器人通過(guò)身體、地面和感知?驅(qū)動(dòng)一體化系統(tǒng)之間的相互作用，與氣動(dòng)人工肌肉相互配合最終完成自主地實(shí)現(xiàn)對(duì)踝關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)外界環(huán)境和自身狀態(tài)的高效交互感知，提高機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中的適應(yīng)性，降低對(duì)電器傳感元件的依賴。

技術(shù)研發(fā)人員：梁論飛,楊浩,陳銳,柏李
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江淮前沿技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15