CN101423076A - 膨胀肌肉驱动双柔性铰关节的弹跳机器人 - Google Patents

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本发明涉及一种膨胀肌肉驱动双柔性铰关节的弹跳机器人，属于机器人、机电一体化的应用技术领域。此机器人采用微型气泵为动力源，以气动膨胀肌肉驱动双柔性铰关节的弯曲实现储存弹性势能，双柔性铰关节既作为弯曲腿关节，又是弹性跳跃的动力元件，同时还是降落时的缓冲元件。气动膨胀肌肉的柔顺性好，各双柔性铰关节的弯曲角度可单独调节，因此跳跃距离可调整；切线方向的喷嘴在空中喷气，从而实现弹跳机器人的空中转向功能；采用多向双柔性铰13b，易于缓解降落时地面不平带来的翻转倾向；膨胀肌肉本身是可变刚度的空气弹簧，在了解降落的地形情况下，三个膨胀肌肉在空中时调整为不同刚度的空气弹簧，落地更加平稳。

Description

膨胀肌肉驱动双柔性铰关节的弹跳机器人
技术领域：
本发明涉及一种膨胀肌肉驱动双柔性铰关节的弹跳机器人，此机器人采用微型气泵为动力源，以气动膨胀肌肉驱动双柔性铰关节的弯曲实现储存弹性势能，双柔性铰关节既作为弯曲腿关节，又是弹性跳跃的动力元件，同时还是降落时的缓冲元件；由带膨胀肌肉的腿关节构成弹跳机器人的跳跃部件，属于机器人、机电一体化的应用技术领域。
背景技术：
现有的弹跳机器人均采用电动装置(如电动机、电磁铁)，电动装置直接作用于弹性元件(如螺旋弹簧、弹性橡胶)，使其变形，储存弹性势能，靠弹性元件的弹性回复，产生弹跳机器人跳跃。本发明弹跳机器人采用微型气泵为动力源，以气动膨胀肌肉驱动双柔性铰关节的弯曲实现储存弹性势能，靠双柔性铰关节的弹性回复，产生弹跳机器人跳跃。
发明内容：
本发明弹跳机器人采用微型气泵为动力源，以气动膨胀肌肉驱动双柔性铰关节的弯曲实现储存弹性势能，双柔性铰关节既作为弯曲腿关节，又是弹性跳跃的动力元件，同时还是降落时的缓冲元件；由带膨胀肌肉的腿关节构成弹跳机器人的跳跃部件。
本发明的主要解决方案是这样实现的：
如附图1、2所示，弹跳机器人由三条完全相同的腿关节部件构成(左腿关节部件1a、右前腿关节部件1b、右后腿关节部件1c)，三条腿关节部件120度对称分布，用螺栓倾斜地固定在壳体7上；锂电池3和微型气泵4用钢链6挂在壳体7中心的下部，降落时起平衡作用；控制部件5固定在壳体7中心部，微型气泵4的软管连接到控制部件5中的三位四通气阀上，三位四通气阀的通、断和反向接通，控制膨胀肌肉12(见附图3)的不断膨胀、保持状态和排气收缩；安装在壳体7上的喷嘴2，在空中时沿切线方向喷气，从而实现弹跳机器人的空中转向功能。
控制部件5中也带有两个储气罐，大的储气罐是较低压力的，微型气泵4直接与大的储气罐连接，由大的储气罐提供系统压力；小的储气罐的高压的、不可补充的，提供超高、超远距离弹跳或瞬时要求的弹跳。
如附图3、4、5所示的腿关节部件(1a、1b、1c)，骨管8靠螺纹旋在前座10上，骨管8和前座10有调节垫片9调整骨管8相对前座10的转动角度；骨管8也靠螺纹旋在后座14上，骨管8和后座14也有调节垫片9调整骨管8相对后座14的转动角度；双柔性铰13的两端分别用螺栓固定了前座10和后座14，前座10和后座14均有波纹状管接口，双柔性铰13有单向双柔性铰13a和多向双柔性铰13b两种结构，一个橡胶波纹管的膨胀肌肉12的两端由卡箍11分别夹紧在前座10和后座14的波纹状管接口上；膨胀肌肉12的橡胶壁壳内有圆环形加强丝18和缠绕圆环形加强丝18的、沿橡胶波纹管纵向轮廓分布的长加强丝17，长加强丝17和圆环形加强丝18限制膨胀肌肉12径向膨胀，并提高膨胀肌肉12的承载能力；直角弯管接头16拧在后座14上，密封圈15在直角弯管接头16和后座14之间；膨胀肌肉12、前座10和后座14构成封闭空腔，压缩空气经软管、直角弯管接头16进入此封闭空腔，因受到双柔性铰13的限制，膨胀肌肉12边膨胀、边产生顺应性弯曲；三个膨胀肌肉12均位于最靠近弹跳机器人中心一侧。
如附图6、7所示，单向双柔性铰13a的结构是板式结构，采用弹簧钢；如附图8、9所示，多向双柔性铰13b的结构是圆柱式结构，在两端安装孔处，自由锻钝扁成安装平面，也采用弹簧钢。
本发明与已有技术相比具有以下优点：
本发明弹跳机器人采用微型气泵为动力源，以气动膨胀肌肉驱动双柔性铰关节的弯曲实现储存弹性势能，双柔性铰关节既作为弯曲腿关节，又是弹性跳跃的动力元件，同时还是降落时的缓冲元件。
气动膨胀肌肉的柔顺性好，各双柔性铰关节的弯曲角度可单独调节，因此跳跃距离可调整；喷嘴在空中时沿切线方向喷气，从而实现弹跳机器人的空中转向功能；在平地面，三个腿的双柔性铰关节的弯曲角度相同时，可以垂直起跳、垂直降落；双柔性铰关节的缓冲性好，尤其是采用多向双柔性铰13b，易于缓解降落时地面不平带来的翻转倾向；膨胀肌肉本身是可变刚度的空气弹簧，在了解降落的地形情况下，三个腿的双柔性铰关节的膨胀肌肉内的气压在空中时调整，不同双柔性铰关节的弯曲角度不同，从而适合地形情况，且三个膨胀肌肉成为不同刚度的空气弹簧，落地更加平稳。
附图说明：
图1为弹跳机器人结构简图的主视图
图2为弹跳机器人结构简图的俯视图
图3为腿关节部件装配图的主视图
图4为腿关节部件装配图的A-A剖视图
图5为腿关节部件装配图的B处局部放大图
图6为单向双柔性铰13a零件图的主视图
图7为单向双柔性铰13a零件图的俯视图
图8为多向双柔性铰13b零件图的主视图
图9为多向双柔性铰13b零件图的俯视图
具体实施方式：
下面为本发明的工作原理及工作过程：
左腿关节部件1a的膨胀肌肉弯曲角度较小，右前腿关节部件1b和右后腿关节部件1c的膨胀肌肉弯曲角度较大，则弹跳机器人向左侧前上方跳跃；右前腿关节部件1b和右后腿关节部件1c的膨胀肌肉弯曲角度越大，因此向左侧前上方跳跃距离越远。
喷嘴在空中时沿切线方向喷气，从而实现弹跳机器人的空中转向功能；在平地面，三个腿的双柔性铰关节的弯曲角度相同时，可以垂直起跳、垂直降落；原地垂直起跳，喷嘴在空中时沿切线方向喷气，相当于弹跳机器人在原地转动方向。
双柔性铰关节的缓冲性好，尤其是采用多向双柔性铰13b，易于缓解降落时地面不平带来的翻转倾向；膨胀肌肉本身是可变刚度的空气弹簧，在了解降落的地形情况下，三个腿的双柔性铰关节的膨胀肌肉内的气压在空中时调整，不同双柔性铰关节的弯曲角度不同，从而适合地形情况，且三个膨胀肌肉成为不同刚度的空气弹簧，落地更加平稳。

Claims (3)

1.一种膨胀肌肉驱动双柔性铰关节的弹跳机器人，其特征是：弹跳机器人由三条完全相同的腿关节部件构成，也就是左腿关节部件(1a)、右前腿关节部件(1b)、右后腿关节部件(1c)，三条腿关节部件120度对称分布，用螺栓倾斜地固定在壳体(7)上；锂电池(3)和微型气泵(4)用钢链(6)挂在壳体(7)中心的下部，降落时起平衡作用；控制部件(5)固定在壳体(7)中心部，微型气泵(4)的软管连接到控制部件(5)中的三位四通气阀上，三位四通气阀的通、断和反向接通，控制膨胀肌肉(12)的不断膨胀、保持状态和排气收缩；安装在壳体(7)上的喷嘴(2)，在空中时沿切线方向喷气，从而实现弹跳机器人的空中转向功能。
2.根据权利要求1所述的腿关节部件(1a、1b、1c)，其特征是：骨管(8)靠螺纹旋在前座(10)上，骨管(8)和前座(10)有调节垫片(9)调整骨管(8)相对前座(10)的转动角度；骨管(8)也靠螺纹旋在后座(14)上，骨管(8)和后座(14)也有调节垫片(9)调整骨管(8)相对后座(14)的转动角度；双柔性铰(13)的两端分别用螺栓固定了前座(10)和后座(14)，前座(10)和后座(14)均有波纹状管接口，一个橡胶波纹管的膨胀肌肉(12)的两端由卡箍(11)分别夹紧在前座(10)和后座(14)的波纹状管接口上；膨胀肌肉(12)的橡胶壁壳内有圆环形加强丝(18)和缠绕圆环形加强丝(18)的、沿橡胶波纹管纵向轮廓分布的长加强丝(17)，长加强丝(17)和圆环形加强丝(18)限制膨胀肌肉(12)径向膨胀，并提高膨胀肌肉(12)的承载能力；直角弯管接头(16)拧在后座(14)上，密封圈(15)在直角弯管接头(16)和后座(14)之间；膨胀肌肉(12)、前座(10)和后座(14)构成封闭空腔，压缩空气经软管、直角弯管接头(16)进入此封闭空腔，因受到双柔性铰(13)的限制，膨胀肌肉(12)边膨胀、边产生顺应性弯曲；三个膨胀肌肉(12)均位于最靠近弹跳机器人中心一侧。
3.根据权利要求2所述的双柔性铰(13)，其特征是：双柔性铰(13)有单向双柔性铰(13a)和多向双柔性铰(13b)两种结构，均采用弹簧钢；单向双柔性铰(13a)的结构是板式结构；多向双柔性铰(13b)是圆柱式结构，在两端安装孔处，自由锻钝扁成安装平面。
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