[發(fā)明專利]一種雙氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)的單自由度關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410107268.5
• 申請日: 2014-03-21
• 公開（公告）號(hào): CN103895030A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雷靜桃;吳建東;戴文杰
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J17/00
• 分類號(hào): B25J17/00
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種雙氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)的單自由度關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，可用于四足仿生機(jī)器人腿關(guān)節(jié)，屬于仿生機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具有關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍大、運(yùn)動(dòng)速度快、柔順性好等優(yōu)點(diǎn)。

背景技術(shù)

隨著仿生機(jī)器人研究的深入，研究熱點(diǎn)從機(jī)器人步行研究拓展到高速運(yùn)動(dòng)（如跳躍、奔跑）研究。機(jī)器人高速運(yùn)動(dòng)能大大提高機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性，使得機(jī)器人越過障礙。這對機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高要求。

分析仿生機(jī)器人運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式，目前大多采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式具有控制相對簡單、能夠?qū)崿F(xiàn)精確的位置和速度控制等優(yōu)點(diǎn)，但由于電機(jī)是剛性部件，不能很好地模擬生物肌肉的柔性，存在著仿生效果差、機(jī)器人整體重量高等問題。氣動(dòng)人工肌肉作為一種新型的驅(qū)動(dòng)器，具有輸出力/自重比大、動(dòng)態(tài)特性高、柔性好等優(yōu)點(diǎn)，且出力方式與生物肌肉類似，適合作為仿生機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)器，能減輕機(jī)器人重量，提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度，具有柔順性，從而提高機(jī)器人對環(huán)境的適應(yīng)性等。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對已有技術(shù)存在的缺陷，提供一種雙氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)的單自由度關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，具有關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍大、運(yùn)動(dòng)速度快、柔順性好等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種雙氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)的單自由度關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)氣動(dòng)人工肌肉組件、兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)件、一個(gè)大腿骨架和一個(gè)小腿骨架，其特征在于：兩個(gè)氣動(dòng)人工肌肉組件平行排列于所述大腿骨架的兩側(cè)，所述兩個(gè)氣動(dòng)人工肌肉組件的上端分別與兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)件移動(dòng)連接，而下端分別與小腿骨架轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述的大腿骨架包括“工”字形件、矩形長條和叉形件，所述矩形長條分別與“工”字形件和叉形件通過螺釘固定連接；所述的小腿骨架包括小腿上骨架和小腿下骨架，所述小腿上骨架和小腿下骨架通過螺釘固定連接；所述大腿骨架的叉形件通過兩個(gè)塑料自潤滑軸承乙與小腿骨架的小腿上骨架形成轉(zhuǎn)動(dòng)副。?

所述的氣動(dòng)人工肌肉組件包括氣動(dòng)人工肌肉、移動(dòng)副連接件、氣管接頭、圓螺母、轉(zhuǎn)動(dòng)副連接件和大墊圈，所述氣動(dòng)人工肌肉的兩端分別與移動(dòng)副連接件和氣管接頭通過螺紋固定連接；所述轉(zhuǎn)動(dòng)副連接件與氣管接頭通過螺紋固定連接；所述轉(zhuǎn)動(dòng)副連接件通過銷軸與小腿上骨架形成轉(zhuǎn)動(dòng)副；利用螺母和彈簧墊圈將大墊圈固定在移動(dòng)副連接件上；通過圓螺母可微調(diào)氣動(dòng)人工肌肉組件的軸向裝配長度。

所述的轉(zhuǎn)動(dòng)件包括軸承連接件和直線軸承，所述軸承連接件和直線軸承通過四個(gè)螺釘連接在一起；所述兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)件的兩個(gè)軸承連接件分別通過兩個(gè)塑料自潤滑軸承甲與大腿骨架的?“工”字形件構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副；所述直線軸承與移動(dòng)副連接件形成移動(dòng)副。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著技術(shù)進(jìn)步：

一、本發(fā)明充分考慮生物關(guān)節(jié)肌肉的布置形式，采用一對氣動(dòng)人工肌肉來驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)，具有關(guān)節(jié)可雙向旋轉(zhuǎn)、仿生特點(diǎn)突出的優(yōu)點(diǎn)。

二、本發(fā)明通過預(yù)充氣使兩端的氣動(dòng)人工肌肉先收縮一定的長度，再通過控制兩端氣動(dòng)人工肌肉的氣壓使關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)，充分利用氣動(dòng)人工肌肉的收縮長度，能解決氣動(dòng)人工肌肉因拉伸性能差而導(dǎo)致的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍小、關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩小等問題。

三、本發(fā)明在多處構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副的結(jié)構(gòu)中采用塑料自潤滑軸承，能減小運(yùn)動(dòng)摩擦力，提高關(guān)節(jié)的靈活性，減輕關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)重量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種雙氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)的單自由度關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的示意圖；

圖2是本發(fā)明一種雙氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)的單自由度關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的簡畫示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明：

實(shí)施例一：

如圖1~圖2所示，本雙氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)的單自由度關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，包括兩個(gè)氣動(dòng)人工肌肉組件（Ⅰ）、兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)件（Ⅱ）、一個(gè)大腿骨架（Ⅲ）和一個(gè)小腿骨架（Ⅳ），所述兩個(gè)氣動(dòng)人工肌肉組件（Ⅰ）平行排列于所述大腿骨架（Ⅲ）的兩側(cè)，所述兩個(gè)氣動(dòng)人工肌肉組件（Ⅰ）的上端分別與兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)件（Ⅱ）移動(dòng)連接，而下端分別與小腿骨架（Ⅳ）轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述的大腿骨架（Ⅲ）包括“工”字形件（12）、矩形長條（13）和叉形件（14），所述矩形長條（13）分別與“工”字形件（12）和叉形件（14）通過螺釘固定連接；所述的小腿骨架（Ⅳ）包括小腿上骨架（15）和小腿下骨架（16），所述小腿上骨架（15）和小腿下骨架（16）通過螺釘固定連接；所述大腿骨架（Ⅲ）的叉形件（14）通過兩個(gè)塑料自潤滑軸承乙（11）與小腿骨架（Ⅳ）的小腿上骨架（15）形成轉(zhuǎn)動(dòng)副。

實(shí)施例二：

本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處如下：?