[發明專利]一種采用氣動串聯彈性關節的仿生跳躍腿

有效

• 申請號: 202011550122.X
• 申請日: 2020-12-24
• 公開（公告）號: CN112590961B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 雷靜桃;沈雙;張悅文;蘇紅升
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: B62D57/02
• 分類號: B62D57/02
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

1.一種采用氣動串聯彈性關節的仿生跳躍腿，由髖關節模塊(I)、膝關節模塊(II)、氣動串聯彈性踝關節模塊(III)組成，其特征在于：所述髖關節模塊(I)、膝關節模塊(II)、氣動串聯彈性踝關節模塊(III)自上而下依次鉸接，其中共有4條氣動人工肌肉(11、17、36、66或52)驅動3個節關旋轉，分別在3個主動關節處設置有角位移傳感器；

所述氣動串聯彈性踝關節模塊(III)包括脛骨下支架(56)、跖骨上支架(58)、足端支架(63)、踝關節氣動人工肌肉(66)、踝關節彈簧(60)、踝關節回復彈簧(64)、踝關節滑輪(54)、踝關節角位移傳感器(57)、踝關節滑輪角位移傳感器(70)和仿生跳躍腿小腿碳管(67)，踝關節氣動人工肌肉(66)通過鋼絲繩索(53)繞過踝關節滑輪(54)連接踝關節彈簧(60)，構成串聯彈性驅動器，帶動踝關節伸展運動；腳掌包括足端支架(63)、跖骨上支架(58)和兩個腳掌碳管(61、62)，兩個腳掌碳管(61、62)平行排列構成腳掌，在腳掌一側裝有踝關節彈簧(60)；串聯彈性踝關節中踝關節彈簧(60)的收縮量與輸出力能夠通過踝關節滑輪角位移傳感器(70)間接得到；所述踝關節氣動人工肌肉(66)通過一個肌肉滑塊(68)與仿生跳躍腿小腿碳管(67)型面連接，以保證氣動人工肌肉充氣收縮時僅受軸向力而不受彎矩作用，肌肉滑塊(68)接觸面涂有潤滑鍍層。

2.根據權利要求1所述的采用氣動串聯彈性關節的仿生跳躍腿，其特征在于:所述髖關節模塊(I)包括軀體下支架(2)、股骨上支架(6)、仿生跳躍腿軀干碳管(12)、髖關節伸張肌肉(17)、髖關節收縮肌肉(11)和髖關節角位移傳感器(1)；髖關節伸張肌肉(17)和髖關節收縮肌肉(11)組成拮抗式驅動，二者的力臂長度通過一個髖關節肌肉力臂調整機構進行調整，進而帶動髖關節伸張與收縮運動；所述髖關節伸張肌肉(17)和髖關節收縮肌肉(11)分別各通過一個肌肉滑塊(18、10)與仿生跳躍腿軀干碳管(12)型面連接，以保證氣動人工肌肉充氣收縮時僅受軸向力而不受彎矩作用，肌肉滑塊(10、18)接觸面涂有潤滑鍍層。

3.根據權利要求2所述的采用氣動串聯彈性關節的仿生跳躍腿，其特征在于:所述髖關節肌肉力臂調整機構包括髖關節主滑輪(4)、主滑輪軸(5)、髖關節副滑輪(23)、副滑輪軸(22)、兩個副滑輪側板(20、21)；髖關節主滑輪軸(5)安裝于髖關節旋轉軸處，副滑輪側板(20、21)、主滑輪(4)分別通過與髖關節主滑輪軸(5)連接；髖關節主滑輪(4)半徑尺寸存在多種規格，在不改變髖關節伸張肌肉(17)初始長度的前提下，主滑輪(4)半徑與髖關節伸張轉動范圍成反比；副滑輪側板(20、21)為帶圓角的扇形，圓弧端設有若干孔，多個孔形心與扇形圓心間距成等差數列；副滑輪軸(22)與主滑輪軸(5)平行，安裝于副滑輪側板(20、21)圓弧端的孔中；副滑輪軸(22)與髖關節旋轉軸之間的間距可通過選擇不同的副滑輪側板孔安裝調整；在不改變髖關節收縮肌肉(11)初始長度的前提下，髖關節收縮轉動范圍與副滑輪側板(20、21)安裝孔距離髖關節旋轉軸的距離成反比；不同半徑的髖關節主滑輪(4)所據決定的髖關節伸張運動范圍應與選擇不同副滑輪側板(20、21)安裝孔所決定的髖關節收縮運動范圍一一對應。

4.根據權利要求1所述的采用氣動串聯彈性關節的仿生跳躍腿，其特征在于:所述膝關節模塊(II)包括股骨下支架(33)、脛骨上支架(28)、仿生跳躍腿大腿碳管(37)、膝關節伸張肌肉(36)、膝關節回復彈簧(25)、膝關節滑輪(32)、膝關節角位移傳感器(29)，由1條氣動人工肌肉(36)驅動，1根回復彈簧(25)復位；所述膝關節伸張肌肉(36)通過一個肌肉滑塊(35)與仿生跳躍腿大腿碳管(37)型面連接，以保證膝關節伸張肌肉充氣收縮時僅受軸向力而不受彎矩作用，肌肉滑塊(35)接觸面涂有潤滑鍍層。