本發(fā)明涉及一種柔性雙足機(jī)器人，屬于仿人機(jī)器人領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
人類的步行是一個(gè)能量效率非常高的、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的過程，利用機(jī)器人實(shí)現(xiàn)擬人的高效動(dòng)態(tài)穩(wěn)定步行是雙足機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)重要研究內(nèi)容。目前，多數(shù)雙足機(jī)器人采用高剛性的電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，系統(tǒng)響應(yīng)速度快，但另一方面也增大了機(jī)器人的重量，使得機(jī)器人步行的能量效率很低；此外，還有一部分雙足機(jī)器人采用氣動(dòng)人工肌肉作為驅(qū)動(dòng)元件，氣動(dòng)人工肌肉具有柔順、功率/質(zhì)量比大、在力/長度特性上與人類肌肉相似等特點(diǎn)，使得機(jī)器人的關(guān)節(jié)具有柔性，機(jī)器人步行的能量效率較高，但是由于受到氣源、管路、氣動(dòng)人工肌肉自身特性等因素的影響，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能較差，具有一定的遲滯性。因此，在進(jìn)行雙足機(jī)器人設(shè)計(jì)時(shí)，綜合考慮機(jī)器人的關(guān)節(jié)柔性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，對于提高機(jī)器人的步行效率和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性能具有重要作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明為解決現(xiàn)有柔性雙足機(jī)器人關(guān)節(jié)柔性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性聯(lián)動(dòng)性差，機(jī)器人步行效率低和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性差的問題，進(jìn)而提供一種氣電混合驅(qū)動(dòng)的柔性雙足機(jī)器人。本發(fā)明為解決上述問題采取的技術(shù)方案是：一種氣電混合驅(qū)動(dòng)的柔性雙足機(jī)器人包括左腿、右腿和骨盆；左腿和右腿分別包括大腿、小腿、足部、髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)；左腿和右腿通過骨盆連接，骨盆通過髖關(guān)節(jié)與大腿轉(zhuǎn)動(dòng)連接，大腿通過膝關(guān)節(jié)與小腿轉(zhuǎn)動(dòng)連接，小腿通過踝關(guān)節(jié)與足部轉(zhuǎn)動(dòng)連接；髖關(guān)節(jié)包括單向串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器和髖關(guān)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；單向串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器包括電機(jī)、電機(jī)座、扭轉(zhuǎn)彈簧、第一輪轂、第二輪轂、第一卡環(huán)、第二卡環(huán)和髖關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)軸；電機(jī)的輸出端與第一輪轂的一端連接，第二輪轂的一端與髖關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)軸連接，髖關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)軸通過軸承轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在骨盆的下端面上；第一輪轂的另一端加工有相對設(shè)置的兩個(gè)第一凸爪，第二輪轂的另一端加工有相對設(shè)置的兩個(gè)第二凸爪；第一輪轂通過兩個(gè)第一凸爪和兩個(gè)第二凸爪與第二輪轂連接為一體，第一輪轂安裝在第一卡環(huán)內(nèi)，第二輪轂安裝在第二卡環(huán)內(nèi)，電機(jī)安裝在電機(jī)座上，電機(jī)座安裝在骨盆的下端面上；扭轉(zhuǎn)彈簧套裝在第一凸爪和第二凸爪上，第一卡環(huán)的第一凸臺頂壓扭轉(zhuǎn)彈簧的一個(gè)扭臂，第二卡環(huán)的第二凸臺頂壓扭轉(zhuǎn)彈簧的另一個(gè)扭臂；髖關(guān)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)帶輪、從動(dòng)帶輪、傳動(dòng)帶和髖關(guān)節(jié)從動(dòng)軸；髖關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)軸上安裝有驅(qū)動(dòng)帶輪；髖關(guān)節(jié)從動(dòng)軸的兩端轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在位于串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器下部的骨盆架上，大腿固裝在髖關(guān)節(jié)從動(dòng)軸上，從動(dòng)軸上安裝有從動(dòng)帶輪，驅(qū)動(dòng)帶輪通過傳動(dòng)帶與從動(dòng)帶輪傳動(dòng)連接；膝關(guān)節(jié)包括膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和膝關(guān)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括滑輪、鋼絲繩、膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)軸、一個(gè)第一彈簧支架、一個(gè)第二彈簧支架、一個(gè)拉伸彈簧和兩個(gè)氣動(dòng)人工肌肉；膝關(guān)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括一個(gè)中心齒輪、一個(gè)行星齒輪、一個(gè)系桿和膝關(guān)節(jié)從動(dòng)軸；兩個(gè)氣動(dòng)人工肌肉采用拮抗式布置方式設(shè)置，兩個(gè)氣動(dòng)人工肌肉的上端與大腿的上端連接；一個(gè)中心齒輪固裝在大腿上，膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)軸通過軸承轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在一個(gè)中心齒輪上；一個(gè)行星齒輪固裝在小腿上，膝關(guān)節(jié)從動(dòng)軸通過軸承轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在一個(gè)行星齒輪上，中心齒輪與行星齒輪嚙合，膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)軸通過一個(gè)系桿與膝關(guān)節(jié)從動(dòng)軸連接；滑輪固裝在膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)軸上，鋼絲繩纏繞在滑輪上，鋼絲繩的一端與一個(gè)氣動(dòng)人工肌肉的下端連接，鋼絲繩的另一端與另一個(gè)氣動(dòng)人工肌肉的下端連接；位于一個(gè)中心齒輪上方的大腿上安裝有一個(gè)第一彈簧支架，位于一個(gè)行星齒輪下方的小腿上安裝有第二彈簧支架，一個(gè)拉伸彈簧設(shè)置在滑輪的一側(cè)，一個(gè)拉伸彈簧的兩端分別與第一彈簧支架和第二彈簧支架連接；踝關(guān)節(jié)包括踝關(guān)節(jié)氣動(dòng)人工肌肉、踝關(guān)節(jié)彈簧支架、踝關(guān)節(jié)拉伸彈簧、傳動(dòng)輪、踝關(guān)節(jié)軸、轉(zhuǎn)接座和踝關(guān)節(jié)鋼絲繩；足部包括腳底、腳跟、腳掌和足趾關(guān)節(jié)；轉(zhuǎn)接座安裝在足部的腳跟上，轉(zhuǎn)接座與第二彈簧支架之間的小腿上安裝有踝關(guān)節(jié)彈簧支架，踝關(guān)節(jié)軸穿過轉(zhuǎn)接座并通過軸承轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在小腿上，傳動(dòng)輪固定在踝關(guān)節(jié)軸上，踝關(guān)節(jié)氣動(dòng)人工肌肉的上端與第二彈簧支架連接，踝關(guān)節(jié)拉伸彈簧的上端與踝關(guān)節(jié)彈簧支架連接，踝關(guān)節(jié)鋼絲繩纏繞在傳動(dòng)輪上，踝關(guān)節(jié)鋼絲繩的一端與踝關(guān)節(jié)拉伸彈簧的下端連接，踝關(guān)節(jié)鋼絲繩的另一端與踝關(guān)節(jié)氣動(dòng)人工肌肉的下端連接；腳底的上表面上安裝有腳跟和腳掌，腳底為可充放氣的彈性氣囊；足趾關(guān)節(jié)包括第一鉸鏈座、第二鉸鏈座、第三鉸鏈座、鉸鏈銷和兩個(gè)扭簧；第一鉸鏈座安裝在腳跟上，第二鉸鏈座和第三鉸鏈座安裝在腳掌上，第一鉸鏈座布置在第二鉸鏈座和第三鉸鏈座之間，第一鉸鏈座和第二鉸鏈座之間布置有一個(gè)扭簧，第一鉸鏈座和第三鉸鏈座之間布置有另一個(gè)扭簧，鉸鏈銷安裝在第二鉸鏈座、第一鉸鏈座和第三鉸鏈座上，兩個(gè)扭簧套裝在鉸鏈銷上。本發(fā)明的有益效果是：1、雙足機(jī)器人的每條腿由大腿、小腿和足部等三部分組成，每條腿具有髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)和足趾關(guān)節(jié)等四個(gè)關(guān)節(jié)，兩條腿之間由骨盆連接；2、髖關(guān)節(jié)對于保證機(jī)器人步行的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性能作用最大，因此髖關(guān)節(jié)采用電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，并且設(shè)計(jì)了一種單向串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器，在保留電機(jī)快速響應(yīng)能力的基礎(chǔ)上，又增加了一定的柔性；3、膝關(guān)節(jié)的柔性能夠緩沖機(jī)器人步行過程中來自地面的沖擊，同時(shí)，小腿的向前擺動(dòng)通常依靠自身的被動(dòng)動(dòng)力完成，因此，膝關(guān)節(jié)由一對拮抗式布置的氣動(dòng)人工肌肉和與肌肉并聯(lián)的拉伸彈簧驅(qū)動(dòng)，從而使膝關(guān)節(jié)具有柔性，膝關(guān)節(jié)的伸展動(dòng)作由自身慣性和拉伸彈簧提供動(dòng)力；4、機(jī)器人步行過程中，不要求對踝關(guān)節(jié)進(jìn)行快速準(zhǔn)確控制，而且踝關(guān)節(jié)的柔性有助于緩沖地面對機(jī)器人的沖擊，因此，踝關(guān)節(jié)由一條氣動(dòng)人工肌肉和一根拉伸彈簧驅(qū)動(dòng)；5、機(jī)器人的足部是機(jī)器人步行時(shí)唯一與地面發(fā)生接觸的部件，足部的柔性對于提高機(jī)器人的地形適應(yīng)能力、緩沖外界沖擊具有非常重要的作用，因此，設(shè)計(jì)了一種能夠調(diào)節(jié)剛度的柔性足部結(jié)構(gòu)。綜上，本發(fā)明研制的雙足機(jī)器人綜合考慮...