CN107323564B - 液压驱动跳跃机器人的腿部机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液压驱动跳跃机器人的腿部机构，用于解决现有液压驱动跳跃机器人连续稳定跳跃困难的技术问题。技术方案是包括第一液压缸和第二液压缸，利用第一液压缸控制髋关节的运动，第二液压缸控制膝关节的运动，踝关节采用膝踝关节耦合机构来控制。在机器人的起跳阶段、腾空阶段和落地阶段，都能通过两个液压缸的伸缩来进行整个腿部的运动。解决了液压驱动跳跃机器人空中姿态调整的不足，实现了机器人连续稳定的跳跃。

Description

液压驱动跳跃机器人的腿部机构
技术领域
本发明涉及一种液压驱动跳跃机器人，特别是涉及一种液压驱动跳跃机器人的腿部机构。
背景技术
自然界中的生物经过亿万年的适应和进化，这使得生物具有堪称完美的身体构造和运动机制用以适应环境，这为人类提供了科技发展的新思路。人们向自然学习的脚步从未停止，采用仿生学原理，设计、研制新型的机器和完整的仿生系统，是最近快速发展的前沿领域之一。在地形复杂的地面跳跃机器人相较于轮式和足式机器人有着无法比拟的优势，也因此跳跃机器人在星际探索、军事侦察及生命救援等领域具有广阔的应用前景。
参照图6。文献“授权公告号是CN101244729B的中国发明专利”公开了一种仿袋鼠腿形跳跃机器人结构，该结构在机体上安装负载，机体下侧通过支撑架连接机器人膝关节，机器人膝关节通过腿部轴与机器人小腿连接，小腿的下端为机器人踝关节，脚掌与小腿在踝关节处通过脚掌轴连接，踝关节同时位于脚掌的1/3处，脚掌与脚趾通过脚趾轴连接，脚趾轴位于脚掌前端，下置弹簧一端安装于脚掌后端，一端安装于小腿的2/5处，上置弹簧一端安装于小腿上端，一端安装于机体的1/2处；动力机构通过上耳环和下耳环分别与小腿和脚掌连接。
该结构将液压缸直接安装于小腿和脚之间，直接驱动踝关节，在身体与腿部之间没有安装液压缸，而是靠上置弹簧的收缩实现机器人腿部运动，这种结构不能实现机器人空中姿态调整，进而不能实现机器人连续稳定跳跃。
发明内容
为了克服现有液压驱动跳跃机器人连续稳定跳跃困难的不足，本发明提供一种液压驱动跳跃机器人的腿部机构。该机器人腿部包括第一液压缸和第二液压缸，利用第一液压缸控制髋关节的运动，第二液压缸控制膝关节的运动，踝关节采用膝踝关节耦合机构来控制。在机器人的起跳阶段、腾空阶段和落地阶段，都能通过两个液压缸的伸缩来进行整个腿部的运动。解决了液压驱动跳跃机器人空中姿态调整的不足，实现了机器人连续稳定的跳跃。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种液压驱动跳跃机器人的腿部机构，其特点是包括身体机架1、第一液压缸支座2、第一液压缸3、第二液压缸15、大腿4、小腿8、脚9、髋关节、膝关节和膝踝关节耦合机构。所述的身体机架1的一端与髋关节支座18固连，另一端与第一液压缸支座2固连，第一液压缸支座2与第一液压缸3的缸筒铰接，第一液压缸3的活塞穿过大腿4上表面的矩形槽23与大腿4铰接。大腿4通过膝关节与小腿8的一端相连，小腿8的另一端与脚9铰接。
所述的髋关节包括第一角位移传感器16、第一角位移传感器固定座17、髋关节支座18、髋关节不锈钢管20、髋关节法兰盘22和髋关节套筒19。第一角位移传感器16的壳体与第一角位移传感器固定座17和大腿4固连，髋关节不锈钢管20通过髋关节法兰盘22与髋关节支座18固连，利用紧定螺钉将髋关节不锈钢管20与第一角位移传感器16的转动轴紧固；髋关节不锈钢管20与第二液压缸15的缸筒通过自润滑轴承21铰接。当第一液压缸3的活塞推动大腿4时，第一角位移传感器16的壳体随大腿4一起运动，转动轴随身体机架1运动，达到测量身体机架1与大腿4之间的角度的目的。
所述的膝关节包括第二角位移传感器7、第二角位移传感器固定座6、膝关节不锈钢管24和膝关节法兰盘5。第二角位移传感器7的壳体与第二角位移传感器固定座6和大腿4固连，膝关节不锈钢管24通过膝关节法兰盘5与小腿8固连，利用紧定螺钉将膝关节不锈钢管24与第二角位移传感器7的转动轴紧固。当第二液压缸15的活塞推动小腿时，第二角位移传感器7的壳体随大腿4一起运动，转动轴随小腿8一起运动，达到测量大腿4与小腿8之间的角度的目的。
所述的膝踝关节耦合机构包括脚9、小腿8、大腿4、第一连杆11、第二连杆10、第一不完全齿轮13、第二不完全齿轮12和第三连杆14。小腿8与第一不完全齿轮13固连，第一连杆11与小腿8和第二不完全齿轮12铰接，第二连杆10的两端分别与第二不完全齿轮12和脚9的后端铰接，形成一个闭链的齿轮-五杆机构；第三连杆14与第一连杆11和大腿4铰接，第三连杆14、第一连杆11、小腿8、大腿4形成一个对边平行的四杆机构。第一不完全齿轮13与第二不完全齿轮12的传动比为1:1。当大腿4与小腿8之间的角度增大时，第三连杆14与第一连杆11的角度同时增大，第二不完全齿轮12带动第二连杆10向上运动，第二连杆10带动脚9的后端向上运动，从而使脚9与小腿8之间的角度增大。反之，当大腿4与小腿8之间的角度减小时，小腿8与脚9之间的角度相应减小。
所述的矩形槽23位于大腿4上表面靠近髋关节的1/3处，长度和宽度分别为大腿上表面的1/3和1/2。
本发明的有益效果是：该机器人腿部包括第一液压缸和第二液压缸，利用第一液压缸控制髋关节的运动，第二液压缸控制膝关节的运动，踝关节采用膝踝关节耦合机构来控制。在机器人的起跳阶段、腾空阶段和落地阶段，都能通过两个液压缸的伸缩来进行整个腿部的运动。解决了液压驱动跳跃机器人空中姿态调整的不足，实现了机器人连续稳定的跳跃。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
附图说明
图1是本发明液压驱动跳跃机器人的腿部机构装配体的示意图。
图2是本发明液压驱动跳跃机器人的腿部机构髋关节的示意图。
图3是本发明液压驱动跳跃机器人的腿部机构膝关节的示意图。
图4是本发明液压驱动跳跃机器人的腿部机构膝踝关节耦合机构的示意图。
图5是图1中大腿的示意图。
图6是背景技术仿袋鼠腿形跳跃机器人结构的示意图。
图中，1-身体机架，2-第一液压缸支座，3-第一液压缸，4-大腿，5-膝关节法兰盘，6-第二角位移传感固定座，7-第二角位移传感器，8-小腿，9-脚，10-第二连杆，11-第一连杆，12-第二不完全齿轮，13-第一不完全齿轮，14-第三连杆，15-第二液压缸，16-第一角位移传感器，17-第一角位移传感器固定座，18-髋关节支座，19-髋关节套筒，20-髋关节不锈钢管，21-自润滑轴承，22-髋关节法兰盘，23-矩形槽，24-膝关节不锈钢管。
具体实施方式
以下实施例参照图1～5。
本发明液压驱动跳跃机器人的腿部机构包括身体机架1、第一液压缸支座2、第一液压缸3、第二液压缸15、大腿4、小腿8、脚9、髋关节、膝关节和膝踝关节耦合机构。身体机架1一端与髋关节支座18固连，另一端与第一液压缸支座2固连，第一液压缸支座2与第一液压缸3的缸筒铰接，第一液压缸3的活塞穿过大腿4上表面的矩形槽23与大腿4铰接。大腿4通过膝关节与小腿8的一端相连，小腿8的另一端与脚9铰接。
所述的髋关节包括第一角位移传感器16、第一角位移传感器固定座17、髋关节支座18、髋关节不锈钢管20、髋关节法兰盘22、髋关节套筒19。第一角位移传感器16的壳体与第一角位移传感器固定座17和大腿4固连，髋关节不锈钢管20通过髋关节法兰盘22与髋关节支座18固连，利用紧定螺钉将髋关节不锈钢管20与第一角位移传感器16的转动轴紧固；髋关节不锈钢管20与第二液压缸15的缸筒通过自润滑轴承21铰接。当第一液压缸3的活塞推动大腿4时，第一角位移传感器16的壳体随大腿4一起运动，转动轴随身体机架1运动，达到测量身体机架1与大腿4之间的角度的目的。
所述的膝关节包括第二角位移传感器7、第二角位移传感器固定座6、膝关节不锈钢管24、膝关节法兰盘5。第二角位移传感器7的壳体与第二角位移传感器固定座6和大腿4固连，膝关节不锈钢管24通过膝关节法兰盘5与小腿8固连，利用紧定螺钉将膝关节不锈钢管24与第二角位移传感器7的转动轴紧固。当第二液压缸15的活塞推动小腿时，第二角位移传感器7的壳体随大腿4一起运动，转动轴随小腿8一起运动，达到测量大腿4与小腿8之间的角度的目的。
所述的膝踝关节耦合机构包括脚9、小腿8、大腿4、第一连杆11、第二连杆10、第一不完全齿轮13、第二不完全齿轮12和第三连杆14。小腿8与第一不完全齿轮13固连，第一连杆11与小腿8和第二不完全齿轮12铰接，第二连杆10的两端分别与第二不完全齿轮12和脚9的后端铰接，形成一个闭链的齿轮-五杆机构；第三连杆14与第一连杆11和大腿4铰接，第三连杆14、第一连杆11、小腿8、大腿4形成一个对边平行的四杆机构。第一不完全齿轮13与第二不完全齿轮12的传动比为1：1。当大腿4与小腿8之间的角度增大时，第三连杆14与第一连杆11的角度同时增大，第二不完全齿轮12带动第二连杆10向上运动，第二连杆10带动脚9的后端向上运动，从而使脚9与小腿8之间的角度增大。反之，当大腿4与小腿8之间的角度减小时，小腿8与脚9之间的角度相应减小。
所述的大腿4上表面有为安装第一液压缸而开的矩形槽23，矩形槽23位于大腿4上表面靠近髋关节的1/3处，长度和宽度分别为大腿上表面的1/3和1/2。
机器人在起跳阶段，第一液压缸3和第二液压缸15分别推动大腿4和小腿8控制髋关节和膝关节运动，膝关节通过膝踝耦合机构来控制踝关节运动，整个腿部机构伸展从而实现跳跃机器人的起跳；在腾空阶段，第一液压缸3收缩，使身体机架1与大腿4之间的角度减小，整个腿部向前摆动以准备落地，实现空中姿态调整；在落地阶段，第二液压缸15收缩，整个腿部收缩到起跳前的状态；重复此过程实现机器人的连续稳定跳跃。

Claims (1)

1.一种液压驱动跳跃机器人的腿部机构，其特征在于：包括身体机架(1)、第一液压缸支座(2)、第一液压缸(3)、第二液压缸(15)、大腿(4)、小腿(8)、脚(9)、髋关节、膝关节和膝踝关节耦合机构；所述的身体机架(1)的一端与髋关节支座(18)固连，另一端与第一液压缸支座(2)固连，第一液压缸支座(2)与第一液压缸(3)的缸筒铰接，第一液压缸(3)的活塞穿过大腿(4)上表面的矩形槽(23)与大腿(4)铰接；大腿(4)通过膝关节与小腿(8)的一端相连，小腿(8)的另一端与脚(9)铰接；
所述的髋关节包括第一角位移传感器(16)、第一角位移传感器固定座(17)、髋关节支座(18)、髋关节不锈钢管(20)、髋关节法兰盘(22)和髋关节套筒(19)；第一角位移传感器(16)的壳体与第一角位移传感器固定座(17)和大腿(4)固连，髋关节不锈钢管(20)通过髋关节法兰盘(22)与髋关节支座(18)固连，利用紧定螺钉将髋关节不锈钢管(20)与第一角位移传感器(16)的转动轴紧固；髋关节不锈钢管(20)与第二液压缸(15)的缸筒通过自润滑轴承(21)铰接；当第一液压缸(3)的活塞推动大腿(4)时，第一角位移传感器(16)的壳体随大腿(4)一起运动，转动轴随身体机架(1)运动，达到测量身体机架(1)与大腿(4)之间的角度的目的；
所述的膝关节包括第二角位移传感器(7)、第二角位移传感器固定座(6)、膝关节不锈钢管(24)和膝关节法兰盘(5)；第二角位移传感器(7)的壳体与第二角位移传感器固定座(6)和大腿(4)固连，膝关节不锈钢管(24)通过膝关节法兰盘(5)与小腿(8)固连，利用紧定螺钉将膝关节不锈钢管(24)与第二角位移传感器(7)的转动轴紧固；当第二液压缸(15)的活塞推动小腿时，第二角位移传感器(7)的壳体随大腿(4)一起运动，转动轴随小腿(8)一起运动，达到测量大腿(4)与小腿(8)之间的角度的目的；
所述的膝踝关节耦合机构包括脚(9)、小腿(8)、大腿(4)、第一连杆(11)、第二连杆(10)、第一不完全齿轮(13)、第二不完全齿轮(12)和第三连杆(14)，且这些部件形成一个闭链的齿轮-五杆机构；小腿(8)与第一不完全齿轮(13)固连，第一连杆(11)与小腿(8)和第二不完全齿轮(12)铰接，第二连杆(10)的两端分别与第二不完全齿轮(12)和脚(9)的后端铰接；第三连杆(14)与第一连杆(11)和大腿(4)铰接，第三连杆(14)、第一连杆(11)、小腿(8)、大腿(4)形成一个对边平行的四杆机构；第一不完全齿轮(13)与第二不完全齿轮(12)的传动比为1:1；当大腿(4)与小腿(8)之间的角度增大时，第三连杆(14)与第一连杆(11)的角度同时增大，第二不完全齿轮(12)带动第二连杆(10)向上运动，第二连杆(10)带动脚(9)的后端向上运动，从而使脚(9)与小腿(8)之间的角度增大；反之，当大腿(4)与小腿(8)之间的角度减小时，小腿(8)与脚(9)之间的角度相应减小。
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