本发明涉及机器人，尤其涉及一种可变刚度缓冲结构及仿生双足机器人。
背景技术：
1、仿人机器人具有很高的灵活性，对复杂地形有较好地适应型和通过性；能自由使用人类所用的工具；具有人的外形，人机交互更加自然，在人类社会中应用潜力巨大。与人类相似的双足步行运动方式较轮式或轮带式等其他驱动方式更具通过性，故如何使仿人机器人的下肢结构设计更加拟合人类的腿部，具有十分重要的意义。
2、目前，仿人机器人的腿部与足部的连接多为刚性连接。当足式机器人运动时，尤其是蹦跳等的剧烈运动，足部与地面接触后会受到地面一定的冲击力，此冲击力会传递给机器人踝关节和腿部，导致机器人的踝关节、腿部或者腿部上的电机等受到较大的振动，影响机器人足部、腿部以及电机等的使用寿命。因此，现阶段的足式机器人存在抗冲击性能差的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明提供一种可变刚度缓冲结构及仿生双足机器人，利用可变刚度缓冲结构吸收足式机器人在运动过程中足部所受的冲击力，增加了足式机器人的抗冲击性能，同时还可利用可变刚度缓冲结构改变踝关节刚度，增加双足机器人的不同地形的适应性。
2、本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：
3、一种可变刚度缓冲结构，包括缓冲弹性件和肌腱，缓冲弹性件和肌腱布置于腿部的后侧，缓冲弹性件安装于机器人的腿部，肌腱连接缓冲弹性件与机器人的足部并张紧；当所述机器人的足部接触地面时，机器人的足部绕踝关节翻转并拉动肌腱，缓冲弹性件经由肌腱的拉伸而变形；当所述机器人的足部抬起时，机器人的足部在缓冲弹性件的回弹下复位。
4、进一步地，还包括转向支撑组件，转向支撑组件安装于机器人的腿部并可偏转，缓冲弹性件安装于转向支撑组件并可随转向支撑组件偏转；随转向支撑组件的偏转，缓冲弹性件偏转的同时与肌腱之间夹角角度发生改变，沿肌腱方向的合力改变，实现可变刚度缓冲结构刚度的改变。
5、进一步地，所述的转向支撑组件包括转向电机和用于支撑缓冲弹性件的支撑套筒，支撑套筒连接于转向电机的电机轴并可随电机轴转动，缓冲弹性件内置于支撑套筒内；启动转向电机，支撑套筒随转向电机的电机轴转动，以使缓冲弹性件发生偏转。
6、进一步地，还包括张紧轮和用于锁定踝关节的踝关节锁定组件；张紧轮安装于机器人的腿部并可转动；踝关节锁定组件包括锁定滑柱、压板和滑柱锁紧件，压板置于缓冲弹性件的顶部并接触，锁定滑柱依次贯穿压板、缓冲弹性件和支撑套筒并可轴向移动；肌腱的一端连接锁定滑柱的下端，肌腱的另一端绕过张紧轮并连接于足部；滑柱锁紧件安装于机器人的腿部，滑柱锁紧件设有与锁定滑柱配合的锁紧制动部；当滑柱锁紧件的锁紧制动部对锁定滑柱制动时，锁定滑柱的位置被锁定，肌腱张紧并保持，踝关节位置被锁定，以使可变刚度缓冲结构由变刚度模式切换至纯刚性模式。
7、进一步地，滑柱锁紧件设有锁销，且锁销可被驱动伸缩，锁定滑柱的下端开有锁孔，当滑柱锁紧件的锁销伸出时，锁销插入至锁定滑柱的锁孔内，以使锁定滑柱被锁定。
8、一种仿生双足机器人，包括腿部和足部，腿部与足部活动连接并在连接点处形成踝关节；还包括可变刚度缓冲结构；可变刚度缓冲结构连接腿部与足部，以缓解足式机器人在运动时足部受到的冲击力和增加双足机器人的地形适应力。
9、进一步地，还包括机身和髋关节驱动机构；髋关节驱动机构连接机身与腿部并驱动腿部做二自由度运动；所述的髋关节驱动机构包括电机连接件、侧摆电机和髋关节俯仰电机，侧摆电机的机壳安装于机身，电机连接件连接侧摆电机的电机轴并随电机轴转动，髋关节俯仰电机的机壳安装于电机连接件，腿部连接髋关节俯仰电机的电机轴并随电机轴转动；当电机连接件随侧摆电机的电机轴转动时，电机连接件带动髋关节俯仰电机以及腿部作侧摆运动；当腿部随髋关节俯仰电机的电机轴转动时，腿部作俯仰运动。
10、进一步地，所述的腿部包括大腿、小腿和膝关节驱动机构；大腿和小腿活动连接并在连接点处形成膝关节，膝关节驱动机构连接大腿和小腿并驱动小腿绕膝关节做俯仰运动；所述的膝关节驱动机构包括膝关节俯仰电机、曲柄、连杆一、连杆二和连杆三，膝关节俯仰电机安装于大腿，曲柄的一端连接膝关节俯仰电机的电机轴并随电机轴转动，曲柄的另一端与连杆一的一端铰连接，连杆一的另一端与连杆二的一端铰连接，连杆二的另一端与小腿的顶端铰连接，连杆三的一端连接于连杆一与连杆二的连接点处并可转动，连杆三的另一端连接于大腿并可转动；当曲柄随膝关节俯仰电机的电机轴转动时，曲柄的扭矩依次经由连杆一和连杆二传递给小腿，以使小腿绕膝关节做俯仰运动。
11、进一步地，所述足部的后跟处设有防止小腿向后翻转的限位块一，大腿前侧的下端设有防止大腿向前倾倒的限位块二；当足式机器人站立时，小腿的下端抵接于限位块一并可保持不动，大腿上的限位块二抵接于小腿的上端，大腿可保持直立不动，实现机器人的无驱动站立。
12、进一步地，所述的足部包括足掌、足趾和扭簧，足掌和足趾经由销轴活动连接，扭簧套于销轴，且扭簧的两支扭脚分别抵接在足掌和足趾处。
13、本发明与现有技术相比产生的有益效果是：
14、1、本发明在足式机器人的腿部与足部之间布置有具有刚柔耦合性的可变刚度缓冲结构，利用可变刚度缓冲结构的弹性吸收足部受到的冲击力，增加足式机器人的抗冲击能力；还利用可变刚度缓冲结构的变刚度来适应复杂的路况，增加足式机器人的适应能力和运动的稳定性。
15、2、本发明中膝关节驱动机构的设计不仅可以实现小腿的俯仰运动，还可以实现腿部呈现直立形态和全收拢形态，在全收拢形态下，节约了机器人的收纳体积。而将膝关节俯仰电机布置于大腿侧，并与髋关节俯仰电机对称布置，不仅保证腿部质量的均匀性，还可以实现膝关节的远距离驱动，增加了力臂的长度，减小电机的输出力矩。同时也提高了腿部质心，降低了腿部惯量，实现了腿部的轻量化设计，大大降低了腿部的控制难度。
16、3、本发明中在足部的后跟处以及大腿的下端均设计有机械限位，实现了足式机器人的无驱动站立，避免断电时摔倒的缺陷。
1.一种可变刚度缓冲结构，其特征在于：包括缓冲弹性件和肌腱，缓冲弹性件和肌腱布置于腿部的后侧，缓冲弹性件安装于机器人的腿部，肌腱连接缓冲弹性件与机器人的足部并张紧；当所述机器人的足部接触地面时，机器人的足部绕踝关节翻转并拉动肌腱，缓冲弹性件经由肌腱的拉伸而变形；当所述机器人的足部抬起时，机器人的足部在缓冲弹性件的回弹下复位。
2.根据权利要求1所述的一种可变刚度缓冲结构，其特征在于：还包括转向支撑组件，转向支撑组件安装于机器人的腿部并可偏转，缓冲弹性件安装于转向支撑组件并可随转向支撑组件偏转；随转向支撑组件的偏转，缓冲弹性件偏转的同时与肌腱之间夹角角度发生改变，沿肌腱方向的合力改变，实现可变刚度缓冲结构刚度的改变。
3.根据权利要求2所述的一种可变刚度缓冲结构，其特征在于：所述的转向支撑组件包括转向电机和用于支撑缓冲弹性件的支撑套筒，支撑套筒连接于转向电机的电机轴并可随电机轴转动，缓冲弹性件内置于支撑套筒内；启动转向电机，支撑套筒随转向电机的电机轴转动，以使缓冲弹性件发生偏转。
4.根据权利要求3所述的一种可变刚度缓冲结构，其特征在于：还包括张紧轮和用于锁定踝关节的踝关节锁定组件；张紧轮安装于机器人的腿部并可转动；踝关节锁定组件包括锁定滑柱、压板和滑柱锁紧件，压板置于缓冲弹性件的顶部并接触，锁定滑柱依次贯穿压板、缓冲弹性件和支撑套筒并可轴向移动；肌腱的一端连接锁定滑柱的下端，肌腱的另一端绕过张紧轮并连接于足部；滑柱锁紧件安装于机器人的腿部，滑柱锁紧件设有与锁定滑柱配合的锁紧制动部；当滑柱锁紧件的锁紧制动部对锁定滑柱制动时，锁定滑柱的位置被锁定，肌腱张紧并保持，踝关节位置被锁定，以使可变刚度缓冲结构由变刚度模式切换至纯刚性模式。
5.根据权利要求4所述的一种可变刚度缓冲结构，其特征在于：滑柱锁紧件设有锁销，且锁销可被驱动伸缩，锁定滑柱的下端开有锁孔，当滑柱锁紧件的锁销伸出时，锁销插入至锁定滑柱的锁孔内，以使锁定滑柱被锁定。
6.一种仿生双足机器人，包括腿部和足部，腿部与足部活动连接并在连接点处形成踝关节；其特征在于：还包括如权利要求1至5任一项所述的一种可变刚度缓冲结构；可变刚度缓冲结构连接腿部与足部，以缓解足式机器人在运动时足部受到的冲击力和增加双足机器人的地形适应力。
7.根据权利要求6所述的一种仿生双足机器人，其特征在于：还包括机身和髋关节驱动机构；髋关节驱动机构连接机身与腿部并驱动腿部做二自由度运动；所述的髋关节驱动机构包括电机连接件、侧摆电机和髋关节俯仰电机，侧摆电机的机壳安装于机身，电机连接件连接侧摆电机的电机轴并随电机轴转动，髋关节俯仰电机的机壳安装于电机连接件，腿部连接髋关节俯仰电机的电机轴并随电机轴转动；当电机连接件随侧摆电机的电机轴转动时，电机连接件带动髋关节俯仰电机以及腿部作侧摆运动；当腿部随髋关节俯仰电机的电机轴转动时，腿部作俯仰运动。
8.根据权利要求6所述的一种仿生双足机器人，其特征在于：所述的腿部包括大腿、小腿和膝关节驱动机构；大腿和小腿活动连接并在连接点处形成膝关节，膝关节驱动机构连接大腿和小腿并驱动小腿绕膝关节做俯仰运动；所述的膝关节驱动机构包括膝关节俯仰电机、曲柄、连杆一、连杆二和连杆三，膝关节俯仰电机安装于大腿，曲柄的一端连接膝关节俯仰电机的电机轴并随电机轴转动，曲柄的另一端与连杆一的一端铰连接，连杆一的另一端与连杆二的一端铰连接，连杆二的另一端与小腿的顶端铰连接，连杆三的一端连接于连杆一与连杆二的连接点处并可转动，连杆三的另一端连接于大腿并可转动；当曲柄随膝关节俯仰电机的电机轴转动时，曲柄的扭矩依次经由连杆一和连杆二传递给小腿，以使小腿绕膝关节做俯仰运动。
9.根据权利要求8所述的一种仿生双足机器人，其特征在于：所述足部的后跟处设有防止小腿向后翻转的限位块一，大腿前侧的下端设有防止大腿向前倾倒的限位块二；当足式机器人站立时，小腿的下端抵接于限位块一并可保持不动，大腿上的限位块二抵接于小腿的上端，大腿可保持直立不动，实现机器人的无驱动站立。
10.根据权利要求6所述的一种仿生双足机器人，其特征在于：所述的足部包括足掌、足趾和扭簧，足掌和足趾经由销轴活动连接，扭簧套于销轴，且扭簧的两支扭脚分别抵接在足掌和足趾处。
