本發(fā)明涉及機(jī)器人，特別是涉及一種基于多閉環(huán)機(jī)構(gòu)的主動安全防護(hù)人形機(jī)器人。

背景技術(shù)：

1、人形機(jī)器人是指具有類似于人類外形和行為的機(jī)器人，通常由頭部、軀干、腿部和手臂組成。其中仿生機(jī)械腿作為人形機(jī)器人的重要組成部分，參與人形機(jī)器人行走、奔跑，跳躍等行為。人形機(jī)器人腿部安裝有多個驅(qū)動器及傳感器，其驅(qū)動器通常具有自鎖特性，在人形機(jī)器人發(fā)生跌落或摔倒時，其關(guān)節(jié)容易在外力作用下發(fā)生被動偏轉(zhuǎn)，這一過程會導(dǎo)致傳感器、驅(qū)動器等精密部件的損壞，降低了人形機(jī)器人可靠性，增加了人形機(jī)器人的使用成本。

2、針對這一問題，公告號為cn110253623b的中國發(fā)明專利公開了一種可變剛度的機(jī)器人關(guān)節(jié)模塊，用于降低機(jī)器人因碰撞產(chǎn)生的損壞，其原理為改變“滾子”與“板簧”的相對位置，從而改變“板簧”的有效作用長度，其剛度變化范圍依賴于“板簧”的長度，因此具有較大的體積和重量，無法用于人形機(jī)器人領(lǐng)域。

3、為此，提出一種基于多閉環(huán)機(jī)構(gòu)的主動安全防護(hù)人形機(jī)器人。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于多閉環(huán)機(jī)構(gòu)的主動安全防護(hù)人形機(jī)器人，旨在解決或改善上述技術(shù)問題中的至少之一。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：本發(fā)明提供一種基于多閉環(huán)機(jī)構(gòu)的主動安全防護(hù)人形機(jī)器人，包括上部軀體，所述上部軀體下方設(shè)置有兩仿生機(jī)械腿，所述仿生機(jī)械腿下方安裝有自適應(yīng)仿生足部；

3、所述仿生機(jī)械腿包括大腿機(jī)架和小腿機(jī)架，所述大腿機(jī)架下方與所述小腿機(jī)架上方通過第一鉸接軸鉸接，所述大腿機(jī)架與所述小腿機(jī)架之間設(shè)置有膝關(guān)節(jié)模組，所述膝關(guān)節(jié)模組包括第二直線驅(qū)動器，所述第二直線驅(qū)動器的固定端鉸接有直線滑塊，所述直線滑塊沿所述大腿機(jī)架上下滑動，所述第二直線驅(qū)動器的活動端通過連桿組件與所述小腿機(jī)架相連接；

4、所述大腿機(jī)架上設(shè)置有主動安全模組；正常工作模式時，所述主動安全模組對所述直線滑塊進(jìn)行鎖定，所述第二直線驅(qū)動器驅(qū)動所述小腿機(jī)架繞第一鉸接軸轉(zhuǎn)動；當(dāng)膝關(guān)節(jié)受到外界沖擊時，所述主動安全模組松開所述直線滑塊并對所述直線滑塊的向下滑動沖擊力進(jìn)行吸收緩沖。

5、可選的，所述連桿組件包括膝關(guān)節(jié)第一連桿和膝關(guān)節(jié)第二連桿，所述膝關(guān)節(jié)第一連桿一端與所述大腿機(jī)架中下部鉸接，另一端通過第二鉸接軸與所述膝關(guān)節(jié)第二連桿鉸接，所述膝關(guān)節(jié)第二連桿遠(yuǎn)離所述膝關(guān)節(jié)第一連桿的一端與所述小腿機(jī)架中上部鉸接，所述第二直線驅(qū)動器的活動端與所述第二鉸接軸鉸接。

6、可選的，所述主動安全模組包括直線導(dǎo)軌、電磁鎖定機(jī)構(gòu)和變阻尼裝置，所述直線導(dǎo)軌與所述大腿機(jī)架固接，所述直線滑塊與所述直線導(dǎo)軌滑動連接，所述電磁鎖定機(jī)構(gòu)、所述變阻尼裝置分別設(shè)置在所述大腿機(jī)架上；所述變阻尼裝置位于所述直線滑塊下方且其活動端與所述直線滑塊固接；

7、正常工作模式時，所述電磁鎖定機(jī)構(gòu)對所述直線滑塊進(jìn)行鎖定，當(dāng)膝關(guān)節(jié)受到外界沖擊時，所述電磁鎖定機(jī)構(gòu)松開所述直線滑塊。

8、可選的，所述電磁鎖定機(jī)構(gòu)包括安裝支架、電磁鎖，所述安裝支架固接在所述大腿機(jī)架上，所述電磁鎖固接在所述安裝支架上，所述直線滑塊上固接有法蘭板，所述第二直線驅(qū)動器的固定端與所述法蘭板鉸接，所述法蘭板上開設(shè)有鎖孔，正常工作模式時，所述電磁鎖的鎖舌伸出插入所述鎖孔內(nèi)，當(dāng)膝關(guān)節(jié)受到外界沖擊時，所述電磁鎖的鎖舌縮回。

9、可選的，所述大腿機(jī)架上設(shè)置有大腿驅(qū)動模組，所述大腿驅(qū)動模組包括髖關(guān)節(jié)第一連桿、髖關(guān)節(jié)第二連桿、髖關(guān)節(jié)第三連桿和第一直線驅(qū)動器，所述髖關(guān)節(jié)第一連桿和所述髖關(guān)節(jié)第三連桿的一端分別與所述大腿機(jī)架鉸接，所述髖關(guān)節(jié)第一連桿和所述髖關(guān)節(jié)第三連桿的另一端分別與所述髖關(guān)節(jié)第二連桿的兩端鉸接，所述髖關(guān)節(jié)第三連桿與所述大腿機(jī)架的鉸接點(diǎn)位于所述髖關(guān)節(jié)第一連桿與所述大腿機(jī)架鉸接點(diǎn)的下方；

10、所述第一直線驅(qū)動器的機(jī)殼端與所述大腿機(jī)架鉸接，連桿端與所述髖關(guān)節(jié)第二連桿和所述髖關(guān)節(jié)第三連桿的鉸接端鉸接。

11、可選的，所述上部軀體包括軀干，所述軀干下方設(shè)置有腰椎支架，所述軀干與所述腰椎支架之間設(shè)置有腰椎關(guān)節(jié)模組，所述腰椎支架通過髖關(guān)節(jié)模組與兩所述仿生機(jī)械腿上的大腿機(jī)架相連接。

12、可選的，所述腰椎關(guān)節(jié)模組包括固接在所述腰椎支架上的第二電機(jī)，所述第二電機(jī)的輸出軸上固接有第一電機(jī)，所述第一電機(jī)的輸出軸與所述軀干固接，所述第一電機(jī)的輸出軸與所述第二電機(jī)的輸出軸垂直。

13、可選的，所述髖關(guān)節(jié)模組包括兩第三電機(jī)，兩所述第三電機(jī)對稱固接在所述腰椎支架兩側(cè)，所述第三電機(jī)的輸出軸上固接有第四電機(jī)，所述第三電機(jī)的輸出軸與所述第四電機(jī)的輸出軸垂直，所述第四電機(jī)的輸出軸上固接有連接法蘭，所述連接法蘭與所述髖關(guān)節(jié)第一連桿頂部固接。

14、可選的，所述自適應(yīng)仿生足部包括仿生足部、兩第三直線驅(qū)動器和十字節(jié)；所述仿生足部上方與所述小腿機(jī)架下方之間通過所述十字節(jié)鉸接，所述第三直線驅(qū)動器的固定端與所述小腿機(jī)架鉸接，活動端與所述仿生足部鉸接。

15、本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：本發(fā)明中的主動安全模組能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人驅(qū)動關(guān)節(jié)在正常工作模式和安全保護(hù)模式的切換，在膝關(guān)節(jié)受到外界沖擊時，安全保護(hù)模式啟動，直線驅(qū)動器處于自鎖狀態(tài)，主動安全模組松開直線滑塊，直線滑塊沿大腿機(jī)架向下滑動，第二直線驅(qū)動器位置和角度變動，在連桿作用下小腿機(jī)架繞第一鉸接軸轉(zhuǎn)動，直線滑塊向下滑動的過程中主動安全模組對沖擊力進(jìn)行吸收緩沖，從而實(shí)現(xiàn)對機(jī)械腿的緩沖。本申請將膝關(guān)節(jié)受到外界沖擊時產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動同時轉(zhuǎn)換為直線滑塊的直線運(yùn)動，并通過對直線運(yùn)動的沖擊力進(jìn)行緩沖，實(shí)現(xiàn)對仿生機(jī)械腿的緩沖，實(shí)現(xiàn)了人形機(jī)器人關(guān)節(jié)的大范圍剛度變化調(diào)節(jié)，有利于提升人形機(jī)器人的可靠性。

技術(shù)特征：

1.一種基于多閉環(huán)機(jī)構(gòu)的主動安全防護(hù)人形機(jī)器人，其特征在于：包括上部軀體，所述上部軀體下方設(shè)置有兩仿生機(jī)械腿，所述仿生機(jī)械腿下方安裝有自適應(yīng)仿生足部；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多閉環(huán)機(jī)構(gòu)的主動安全防護(hù)人形機(jī)器人，其特征在于：所述連桿組件包括膝關(guān)節(jié)第一連桿（19）和膝關(guān)節(jié)第二連桿（18），所述膝關(guān)節(jié)第一連桿（19）一端與所述大腿機(jī)架（14）中下部鉸接，另一端通過第二鉸接軸與所述膝關(guān)節(jié)第二連桿（18）鉸接，所述膝關(guān)節(jié)第二連桿（18）遠(yuǎn)離所述膝關(guān)節(jié)第一連桿（19）的一端與所述小腿機(jī)架（15）中上部鉸接，所述第二直線驅(qū)動器（20）的活動端與所述第二鉸接軸鉸接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多閉環(huán)機(jī)構(gòu)的主動安全防護(hù)人形機(jī)器人，其特征在于：所述主動安全模組包括直線導(dǎo)軌（22）、電磁鎖定機(jī)構(gòu)和變阻尼裝置（13），所述直線導(dǎo)軌（22）與所述大腿機(jī)架（14）固接，所述直線滑塊（21）與所述直線導(dǎo)軌（22）滑動連接，所述電磁鎖定機(jī)構(gòu)、所述變阻尼裝置（13）分別設(shè)置在所述大腿機(jī)架（14）上；所述變阻尼裝置（13）位于所述直線滑塊（21）下方且其活動端與所述直線滑塊（21）固接；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于多閉環(huán)機(jī)構(gòu)的主動安全防護(hù)人形機(jī)器人，其特征在于：所述電磁鎖定機(jī)構(gòu)包括安裝支架（26）、電磁鎖（25），所述安裝支架（26）固接在所述大腿機(jī)架（14）上，所述電磁鎖（25）固接在所述安裝支架（26）上，所述直線滑塊（21）上固接有法蘭板（23），所述第二直線驅(qū)動器（20）的固定端與所述法蘭板（23）鉸接，所述法蘭板（23）上開設(shè)有鎖孔，正常工作模式時，所述電磁鎖（25）的鎖舌伸出插入所述鎖孔內(nèi)，當(dāng)膝關(guān)節(jié)受到外界沖擊時，所述電磁鎖（25）的鎖舌縮回。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多閉環(huán)機(jī)構(gòu)的主動安全防護(hù)人形機(jī)器人，其特征在于：所述大腿機(jī)架（14）上設(shè)置有大腿驅(qū)動模組，所述大腿驅(qū)動模組包括髖關(guān)節(jié)第一連桿（9）、髖關(guān)節(jié)第二連桿（10）、髖關(guān)節(jié)第三連桿（11）和第一直線驅(qū)動器（12），所述髖關(guān)節(jié)第一連桿（9）和所述髖關(guān)節(jié)第三連桿（11）的一端分別與所述大腿機(jī)架（14）鉸接，所述髖關(guān)節(jié)第一連桿（9）和所述髖關(guān)節(jié)第三連桿（11）的另一端分別與所述髖關(guān)節(jié)第二連桿（10）的兩端鉸接，所述髖關(guān)節(jié)第三連桿（11）與所述大腿機(jī)架（14）的鉸接點(diǎn)位于所述髖關(guān)節(jié)第一連桿（9）與所述大腿機(jī)架（14）鉸接點(diǎn)的下方；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于多閉環(huán)機(jī)構(gòu)的主動安全防護(hù)人形機(jī)器人，其特征在于：所述上部軀體包括軀干（1），所述軀干（1）下方設(shè)置有腰椎支架（6），所述軀干（1）與所述腰椎支架（6）之間設(shè)置有腰椎關(guān)節(jié)模組，所述腰椎支架（6）通過髖關(guān)節(jié)模組與兩所述仿生機(jī)械腿上的大腿機(jī)架（14）相連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于多閉環(huán)機(jī)構(gòu)的主動安全防護(hù)人形機(jī)器人，其特征在于：所述腰椎關(guān)節(jié)模組包括固接在所述腰椎支架（6）上的第二電機(jī)（4），所述第二電機(jī)（4）的輸出軸上固接有第一電機(jī)（2），所述第一電機(jī)（2）的輸出軸與所述軀干（1）固接，所述第一電機(jī)（2）的輸出軸與所述第二電機(jī)（4）的輸出軸垂直。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于多閉環(huán)機(jī)構(gòu)的主動安全防護(hù)人形機(jī)器人，其特征在于：所述髖關(guān)節(jié)模組包括兩第三電機(jī)（7），兩所述第三電機(jī)（7）對稱固接在所述腰椎支架（6）兩側(cè)，所述第三電機(jī)（7）的輸出軸上固接有第四電機(jī)（8），所述第三電機(jī)（7）的輸出軸與所述第四電機(jī)（8）的輸出軸垂直，所述第四電機(jī)（8）的輸出軸上固接有連接法蘭（3），所述連接法蘭（3）與所述髖關(guān)節(jié)第一連桿（9）頂部固接。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多閉環(huán)機(jī)構(gòu)的主動安全防護(hù)人形機(jī)器人，其特征在于：所述自適應(yīng)仿生足部包括仿生足部（17）、兩第三直線驅(qū)動器（16）和十字節(jié)（27）；所述仿生足部（17）上方與所述小腿機(jī)架（15）下方之間通過所述十字節(jié)（27）鉸接，所述第三直線驅(qū)動器（16）的固定端與所述小腿機(jī)架（15）鉸接，活動端與所述仿生足部（17）鉸接。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種基于多閉環(huán)機(jī)構(gòu)的主動安全防護(hù)人形機(jī)器人，屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，包括上部軀體、兩仿生機(jī)械腿；仿生機(jī)械腿包括大腿機(jī)架和小腿機(jī)架，大腿機(jī)架與小腿機(jī)架通過第一鉸接軸鉸接，還包括第二直線驅(qū)動器，第二直線驅(qū)動器的固定端鉸接有直線滑塊，直線滑塊沿大腿機(jī)架上下滑動，第二直線驅(qū)動器的活動端與小腿機(jī)架相連接；大腿機(jī)架上設(shè)置有主動安全模組；正常工作模式時，主動安全模組對直線滑塊鎖定；當(dāng)膝關(guān)節(jié)受到外界沖擊時，主動安全模組松開直線滑塊并對直線滑塊的向下滑動沖擊力吸收緩沖。本發(fā)明與傳統(tǒng)的剛性驅(qū)動關(guān)節(jié)不同，可實(shí)現(xiàn)人仿生機(jī)械腿的減震和緩沖，提供了抵御突發(fā)外力的安全性，從而提升了人形機(jī)器人的可靠性。

技術(shù)研發(fā)人員：張金柱,徐航,王志鵬,郭奇宙,趙振國
受保護(hù)的技術(shù)使用者：太原理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15