[發(fā)明專(zhuān)利]采用雙關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)形式的氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)仿青蛙彈跳腿機(jī)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310206608.5
• 申請(qǐng)日: 2013-05-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103241302A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙杰;樊繼壯;劉玉斌;張偉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B62D57/02
• 分類(lèi)號(hào): B62D57/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 高媛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)仿青蛙彈跳腿機(jī)構(gòu)，具體涉及一種采用雙關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)形式的氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)仿青蛙彈跳腿機(jī)構(gòu)，屬于機(jī)器人領(lǐng)域。

背景技術(shù)

1984年美國(guó)麻省理工大學(xué)腿實(shí)驗(yàn)室的萊伯特教授開(kāi)創(chuàng)跳躍方式運(yùn)動(dòng)的單腿機(jī)器人以來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多機(jī)構(gòu)展開(kāi)了關(guān)于彈跳機(jī)器人的研究。青蛙有著頎長(zhǎng)的彈跳腿和優(yōu)異的彈跳能力，成為研究仿生機(jī)器人的對(duì)象。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的仿青蛙跳躍機(jī)器人是以五桿機(jī)構(gòu)作為彈跳腿，通過(guò)彈簧驅(qū)動(dòng)的，五桿機(jī)構(gòu)的同步齒輪限制腿部只有一個(gè)自由度。設(shè)計(jì)的機(jī)器腿由直流電機(jī)、跳躍腿驅(qū)動(dòng)機(jī)和跳躍腿執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。為了減輕質(zhì)量，降低能耗，機(jī)器腿僅由一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并通過(guò)跳躍腿的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使電機(jī)一個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)一繩索實(shí)現(xiàn)腿的收放，另一個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)另一繩索實(shí)現(xiàn)彈簧能量的儲(chǔ)存和調(diào)節(jié)，通過(guò)分時(shí)控制實(shí)現(xiàn)跳躍、空中收腿和能量調(diào)節(jié)動(dòng)作。

但是該機(jī)構(gòu)的腿部使用特定機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)單自由度伸展，因此腿部各肢體運(yùn)動(dòng)相互耦合，運(yùn)動(dòng)不夠靈活。同時(shí)腿部驅(qū)動(dòng)少，力量較弱，而其結(jié)構(gòu)又較為復(fù)雜，因此難以模仿生物青蛙在跳躍過(guò)程中腿部各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律，導(dǎo)致彈跳能力不足。

綜上所述，現(xiàn)有的仿青蛙跳躍機(jī)器人的彈跳腿存在運(yùn)動(dòng)不靈活，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，彈跳能力差的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的仿青蛙跳躍機(jī)器人的彈跳腿存在運(yùn)動(dòng)不靈活，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，彈跳能力差的問(wèn)題，進(jìn)而提供一種采用雙關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)形式的氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)仿青蛙彈跳腿機(jī)構(gòu)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：采用雙關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)形式的氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)仿青蛙彈跳腿機(jī)構(gòu)包括軀干本體、大腿本體、小腿本體、足部、髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)，所述軀干本體、大腿本體和小腿本體均采用氣動(dòng)肌肉作為關(guān)節(jié)伸展的驅(qū)動(dòng)器，所述髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)處設(shè)計(jì)有曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，軀干本體、大腿本體、小腿本體和足部之間分別通過(guò)髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，軀干本體、大腿本體和小腿本體的結(jié)構(gòu)相同，髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)相同。

所述軀干本體包括第一軸、第一連接件、氣動(dòng)肌肉、第二連接件、第二軸和支架，第一軸和第二軸分別設(shè)置在支架的兩側(cè)，氣動(dòng)肌肉的兩端分別通過(guò)第一連接件和第二連接件與第一軸和第二軸可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，大腿本體或小腿本體的氣動(dòng)肌肉，一端通過(guò)膝關(guān)節(jié)或踝關(guān)節(jié)的第二連接件、第二軸連接，另一端通過(guò)髖關(guān)節(jié)或者膝關(guān)節(jié)處曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的滑塊連接，使大腿本體和小腿本體中的氣動(dòng)肌肉形成雙關(guān)節(jié)安裝方式。

所述大腿本體的氣動(dòng)肌肉和小腿本體的氣動(dòng)肌肉的長(zhǎng)度和直徑均小于軀干本體的氣動(dòng)肌肉的長(zhǎng)度和直徑。

所述氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)仿青蛙彈跳腿機(jī)構(gòu)還包括多個(gè)復(fù)位彈簧，軀干本體、大腿本體和小腿本體之間通過(guò)復(fù)位彈簧連接，并實(shí)現(xiàn)彈跳腿機(jī)構(gòu)的復(fù)位收縮。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下效果：

1.本發(fā)明采用了仿青蛙彈跳腿的關(guān)節(jié)腿式結(jié)構(gòu)，利用多個(gè)不同大小的氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)器，以雙關(guān)節(jié)肌肉的安裝方式，腿部力量和行程增大40％，彈跳能力增加了20％-30％，達(dá)到驅(qū)動(dòng)的合理布置。起跳時(shí)，髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)伸展所需的輸出，依靠氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，使氣動(dòng)肌肉的收縮行程完全工作在關(guān)節(jié)伸展，當(dāng)各個(gè)關(guān)節(jié)的收縮需要恢復(fù)力矩時(shí)，由復(fù)位彈簧完成，這樣能夠充分利用氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的輸出，有效的解決了氣動(dòng)肌肉輸出力大收縮行程短的矛盾。

2.本發(fā)明的安裝方式為：將大腿、小腿和足的尺寸與質(zhì)量參數(shù)減小到原來(lái)尺寸的75％，使機(jī)器人的質(zhì)量分布更加集中在軀干部分，并且簡(jiǎn)化了腿部結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)靈活，有效地利用了驅(qū)動(dòng)，提高了彈跳水平。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明收縮狀態(tài)下的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明展開(kāi)狀態(tài)下的主視圖；圖3是圖2的俯視圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：結(jié)合圖1-圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的采用雙關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)形式的氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)仿青蛙彈跳腿機(jī)構(gòu)包括軀干本體1、大腿本體2、小腿本體3、足部4、髖關(guān)節(jié)5、膝關(guān)節(jié)6和踝關(guān)節(jié)7，所述軀干本體1、大腿本體2和小腿本體3均采用氣動(dòng)肌肉作為關(guān)節(jié)伸展的驅(qū)動(dòng)器，軀干本體1、大腿本體2、小腿本體3和足部4之間分別通過(guò)髖關(guān)節(jié)5、膝關(guān)節(jié)6和踝關(guān)節(jié)7可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，軀干本體1、大腿本體2和小腿本體3的結(jié)構(gòu)相同，髖關(guān)節(jié)5和膝關(guān)節(jié)6的結(jié)構(gòu)相同。

本發(fā)明是通過(guò)將肌肉著力點(diǎn)連接于兩個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)肢體上實(shí)現(xiàn)的。因此肌肉的驅(qū)動(dòng)行程除了自身的收縮外，還有因雙關(guān)節(jié)方式產(chǎn)生的肌肉整體移動(dòng)，這樣增加了肌肉的實(shí)際驅(qū)動(dòng)行程，有利于解決氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)器行程短的問(wèn)題，同時(shí)這種方式還有利于增強(qiáng)氣動(dòng)肌肉的輸出力。