[發(fā)明專利]基于氣動肌肉的仿獵豹機器人后肢

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210189455.3
• 申請日: 2012-06-11
• 公開（公告）號: CN102772900A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李滿天;王鑫;郭偉;王鵬飛;葉慶雨
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: A63H3/36
• 分類號: A63H3/36;A63H3/46
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種特種機器人，具體是一種基于氣動肌肉的仿獵豹機器人后肢結(jié)構(gòu)。?

背景技術(shù)

從解剖學(xué)角度分析，哺乳動物的肌體具有“肌肉—骨骼”結(jié)構(gòu)，其中骨骼具有相對高的剛度以承擔(dān)身體自重，同時附著于骨骼上的肌肉具有相對高的柔性以產(chǎn)生運動和減少損傷，這種可根據(jù)外界環(huán)境變化自行調(diào)整剛度的特殊結(jié)構(gòu)為提高生物與環(huán)境的交互能力和高能效運動提供了先天優(yōu)勢。?

在仿生機器人方面，人們將動物的生理結(jié)構(gòu)運用到仿生機器人學(xué)當(dāng)中。機器人的腿部關(guān)節(jié)包括轉(zhuǎn)動式關(guān)節(jié)和移動式關(guān)節(jié)，四足機器人多采用的是轉(zhuǎn)動式關(guān)節(jié)。隨著技術(shù)的發(fā)展越來越快，與此同時研究者們對機器人關(guān)節(jié)所應(yīng)具有的運動柔順性的要求越來越高，隨之出現(xiàn)了很多增強關(guān)節(jié)柔順性的設(shè)計，包括由彈簧為主要部件設(shè)計的柔順性關(guān)節(jié)、由球齒輪相互嚙合而設(shè)計的柔順性關(guān)節(jié)、根據(jù)萬向節(jié)而設(shè)計的柔順性關(guān)節(jié)、以橡膠作為彈性材料而設(shè)計的柔順性關(guān)節(jié)等，除了在關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)形式上的創(chuàng)新來增強關(guān)節(jié)的柔順性以外，研究者們還通過采取不同的驅(qū)動形式來進一步增強關(guān)節(jié)的柔順性，以傳統(tǒng)的電機驅(qū)動與純剛性桿件組合的機構(gòu)不具備柔性，近年來國內(nèi)外已出現(xiàn)柔性氣動肌肉驅(qū)動、柔索式驅(qū)動、特殊功能材料驅(qū)動等。雖然依目前的科技水平無法完全達(dá)到生物體所具有的柔性軀體構(gòu)型，但能在最大程度上模擬和逼近生物的結(jié)構(gòu)和運動特性一直是國內(nèi)外研究人員的追求目標(biāo)。?

現(xiàn)在機器人大多數(shù)是由電機、液壓缸、氣缸等方式來驅(qū)動的，以此驅(qū)動的機器人在很多場合進行了應(yīng)用。但也正因為由于驅(qū)動方式自身的限制，許多機器人的本體結(jié)構(gòu)非常的復(fù)雜，使用傳統(tǒng)的驅(qū)動形式去開發(fā)具有柔順性非常好的機器人已經(jīng)很難，因此近年來人們研究得到，氣動肌肉驅(qū)動在很好的繼承了傳統(tǒng)驅(qū)動的特點的同時，還擁有了許多類似于生物肌肉的特性，如結(jié)構(gòu)簡單、功率/重量比更大、價格更便宜、柔順性更好、能量的利用率更高等。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種柔順性好、剛度可調(diào)、對環(huán)境有很好適應(yīng)能力的仿獵豹機器人后肢結(jié)構(gòu)。?

該后肢結(jié)構(gòu)包括髖部單元、大腿部單元、脛部單元和足部單元。其中髖部單元、大腿部單元、脛部單元分別由骨干、關(guān)節(jié)和氣動肌肉部分構(gòu)成。在腿部運動時，運動控制板根據(jù)角度傳感器反饋回來關(guān)節(jié)當(dāng)前的角度值來進行運動控制計算，控制伺服閥給定氣動肌肉的氣壓，進而控制每個關(guān)節(jié)對拉肌肉之間的壓差，從而得到期望的關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度。后肢的骨干包括髖骨骨干、大腿骨骨干、脛骨骨干、踝骨骨干，腿部的骨干尺寸是根據(jù)獵豹腿部的實際平均尺寸和仿真之后得到的最優(yōu)尺寸而設(shè)計，可以使機器人后肢獲得更大的步距和更大的腿部力量。機器人后肢整體采用骨干在內(nèi)，氣動肌肉在外包裹在骨干四周的結(jié)構(gòu)形式，這種形式與生物體的真實形體結(jié)構(gòu)更加相似，與獵豹后肢的出力形式更加接近。機器人后肢關(guān)節(jié)采用非對稱杠桿式的對拉方式，由連接軸穿過上下骨干的連接頭，軸的兩端由滾動軸承支撐，這樣可以?減小關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動的阻力，軸的一端伸出軸承連接角度傳感器以獲得關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的實時信息，為運動控制提供必要的數(shù)據(jù)。氣動肌肉的上端通過螺母帶螺紋套筒在支撐座上，支撐座再通過螺栓與骨干支架相連，這樣肌肉拉力的支點可以轉(zhuǎn)移到骨干上，氣動肌肉的下端通過帶包裹在關(guān)節(jié)杠桿結(jié)構(gòu)的兩端，同時帶通過壓塊的獨特結(jié)構(gòu)牢牢的壓緊在氣動肌肉的下端。?

附圖說明

圖1為基于氣動肌肉的仿獵豹機器人后肢的總體結(jié)構(gòu)示意圖；?

圖2為基于氣動肌肉的仿獵豹機器人后肢的髖關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖；?

圖3為基于氣動肌肉的仿獵豹機器人后肢的膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖。?

圖4為基于氣動肌肉的仿獵豹機器人后肢的踝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖。?

圖5為基于氣動肌肉的仿獵豹機器人后肢的足結(jié)構(gòu)示意圖。?

圖6為基于氣動肌肉的仿獵豹機器人后肢的氣動肌肉連接示意圖。?

具體實施方式