CN112338957A - 基于串联弹性驱动器的腿部关节、腿结构及水下机器人 - Google Patents

基于串联弹性驱动器的腿部关节、腿结构及水下机器人 Download PDF

Info

Publication number
CN112338957A
CN112338957A CN202011195055.4A CN202011195055A CN112338957A CN 112338957 A CN112338957 A CN 112338957A CN 202011195055 A CN202011195055 A CN 202011195055A CN 112338957 A CN112338957 A CN 112338957A
Authority
CN
China
Prior art keywords
shell
leg joint
stop block
series elastic
leg
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011195055.4A
Other languages
English (en)
Inventor
杜付鑫
许延杰
李贻斌
秦川界
罗皓麒
王鸿辉
陈子霄
李文轩
王建军
类延强
张涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong University
Original Assignee
Shandong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong University filed Critical Shandong University
Priority to CN202011195055.4A priority Critical patent/CN112338957A/zh
Publication of CN112338957A publication Critical patent/CN112338957A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

本发明提供一种基于串联弹性驱动器的腿部关节、腿结构及水下机器人，其包括密封内圈、密封外圈、弹簧槽、伺服电机部分和串联弹性驱动器部分。基于串联弹性驱动器的仿生水下机器人腿部关节具有良好的储能作用、缓冲效果和稳定性。本发明体现了生物感应运动原理、能够配备了本发明的机器人腿部结构在真实的海洋条件下具有良好的工作空间、移动性和静态稳定性。

Description

基于串联弹性驱动器的腿部关节、腿结构及水下机器人
技术领域
本发明涉及仿生水下机器人领域，并且特别地涉及一种水下机器人用的机械腿部关节及包括该关节的仿生水下机器人。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
近年来，机器人被应用于数个领域，机器人也可以用来研究自然，也是收集那些难以获得的科学数据的珍贵工具。其中水下机器人在海洋探索领域变得越来越受欢迎，其设计要求为有能力承受恶劣的环境、到达偏远的地方、并且可以由人自主的操作。
目前现存的大多数仿生机器人的腿部关节是由舵机直接控制，此结构虽结构简单使机器人易于控制，但在水流流速和流向及其不稳定的海底，易出现腿部关节受复杂水流影响而导致机器人关节难以旋转和移动的情况。这已经在相关研究中得到证实。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提供一种基于串联弹性驱动器的仿生水下机器人腿部关节，本发明的目的是一种基于串联弹性驱动器的仿生水下机器人腿部关节，该腿部关节能使仿生水下机器人的腿部结构在海底具有良好的储能作用、缓冲效果和稳定性，使其在海底环境进行自由的行进与跳跃。
根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提出了一种基于串联弹性驱动器的腿部关节，其包括伺服电机和串联弹性驱动器；
所述的串联弹性驱动器包括外壳、第一挡块、第二挡块、弹簧、圆环导轨、轴承；外壳为一个空心圆盘，在圆盘的中心设有一个轴；第一挡块位于外壳内，且第一挡块的中心通过轴承套装在所述轴上，在第一挡块的外圈设有多个扫臂；多个第二挡块沿外壳的环形方向固定外壳内壁上，且多个第二挡块间隔分布在相邻的扫臂之间；圆环导轨位于外壳内且穿过所有的扫臂和第二挡块，在相邻的扫臂和第二挡块之间的圆环导轨段上套装有弹簧；伺服电机与外壳的轴相连。
作为进一步的技术方案，还包括密封内圈，所述的密封内圈与第一挡块相连，用于密封外壳与第一挡块形成的环形空隙。
作为进一步的技术方案，还包括密封外圈，所述的密封外圈与所述的外壳相连。
作为进一步的技术方案，所述的伺服电机封装在防水铝罐内。
作为进一步的技术方案，所述的第一挡块包括一个圆盘，在圆盘的中心设有一个通孔，在圆盘的外圈设有多个扫臂。
作为进一步的技术方案，多个扫臂在圆盘的外圈均匀设置。
作为进一步的技术方案，所述的多个第二挡块沿外壳的环形方向均匀设置。
第二方面，本发明还公开了一种水下机器人腿结构，包括所述的基于串联弹性驱动器的腿部关节。
第三方面，本发明还公开了一种水下机器人，包括所述的腿结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、目前现有的串联弹性驱动器结构多为直弹簧，或整个环形弹簧，本发明采用分段式环形弹簧，并设计挡块阻止弹簧的轴向运动。
2、目前现有的串联弹性驱动器结构无弹簧导轨限制弹簧运动，本发明考虑到环形弹簧相对于直弹簧在法向方向上更易出现滑动，加设弹簧导轨限制弹簧在法向上的运动。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1示出了腿部关节的爆炸透视图；
图2示出了图1中串联弹性驱动器结构3的透视图；
图3示出了图2中环形导轨34的透视图；
图4示出了图1中伺服电机部分4的爆炸透视图；
其中，1-密封内圈，2-密封外圈，3-串联弹性驱动器，31-外壳，32-挡块，33-挡块，34-环形导轨，35-环形弹簧，36A-挡块，36B-挡块，37-滚针轴承，4-伺服电机部分，41-防水铝罐弹簧槽，42-伺服电机，43-防水铝罐端盖。
具体实施方式：
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步地说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
当介绍本发明内容或其优选实施方式的要素时，词语“一”、“一个”和“该”不旨在表示数量限制，而是除非另有说明或与上下文明显矛盾否则表示存在至少一个项。此外，术语“包括”、“包含”，“包括有”和“具有”旨在是包括性的，并且意味着除列出的要素外可能还有其他要素。
正如背景技术部分所描述的，现有技术中存在各种缺陷，为了解决现有技术中存在的问题，本实施例提供了一种基于串联弹性驱动器的腿部关节及仿生水下机器人。
图1示出了基于串联弹性驱动器的腿部关节的四个主要部分，其包括密封内圈1、密封外圈2，串联弹性驱动器3、伺服电机部分4；伺服电机部分4与串联弹性驱动器3相连，密封内圈1、密封外圈2与串联弹性驱动器3配合。具体的，串联弹性驱动器3的挡块32与密封内圈1连接，密封外圈2与串联弹性驱动器3的外壳31连接，且与密封内圈配合。
如图2所示为串联弹性驱动器结构3的示意图，包括外壳31、挡块32、挡块33、环形导轨34、环形弹簧35、挡块36A、挡块36B和滚针轴承37；
外壳31为一个中空的盒体，在盒体的中心设有一个轴，挡块32的中心设有一个孔，该孔与盒体的轴通过滚针轴承37配合。
上述的挡块32包括一个圆盘，在圆盘的外圈设有三个与其一体成型的扫臂，三个扫臂之间呈120°，圆盘的中心为通孔结构，滚针轴承227安装在该通孔内；三个扫臂上也设有通孔，供环形导轨穿过。
上述的挡块36A、挡块36B、挡块33形状基本相同，在每个挡块上设有通孔，三个挡块(挡块36A、挡块36B、挡块33)分别位于挡块32的三个扫臂之间，与扫臂形成间隔分布；且三个挡块(挡块36A、挡块36B、挡块33)通过螺钉与外壳31内圈固定连接，圆环导轨34设置在挡块32的圆盘与外壳31形成的环状空间内，且圆环导轨34依次穿过挡块36A、挡块36B、挡块33的通孔；且圆环导轨34还穿过三个扫臂。
上述的环形弹簧35包括6段独立的弧形弹簧，每段弧形弹簧的两端分别与挡块36A或挡块36B或挡块33与挡块32的扫臂固连，从而当电机带动外壳转动时，挡块36A、挡块36B和挡块33也跟着一起转动，因此挡块36A、挡块36B、挡块33的一侧压缩对应的弹簧，另一侧拉伸弹簧，使弹簧储能。伺服电机部分4与外壳31连接，电机封装在铝罐中，从而电机转动时带动外壳31相对挡块32转动。
进一步的，上述的挡块33上还设有螺纹孔，螺纹孔的轴线垂直与其通孔轴线，圆环导轨34在非组装状态为一个断开式结构，在其两端也设有螺纹孔，在其端部组合在一起后，两个螺纹孔轴线在一条直线上(参见图3所示)，同时与挡块33上的螺纹孔轴线同轴，然后通过螺栓或者螺钉将圆环导轨34固定在挡块33上。
具体的，如图4所示，伺服电机部分4包括防水铝罐41、伺服电机42、防水铝罐端盖43，防水铝罐41与防水铝罐端盖43相连，形成伺服电机42的密封空间，具体的，防水铝罐端盖43与防水铝罐弹簧槽41通过螺纹密封连接。伺服电机42安装在该密封空间内。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.基于串联弹性驱动器的腿部关节，其特征在于，包括伺服电机和串联弹性驱动器；
所述的串联弹性驱动器包括外壳、第一挡块、第二挡块、弹簧、圆环导轨、轴承；外壳为一个空心圆盘，在圆盘的中心设有一个轴；第一挡块位于外壳内，且第一挡块的中心通过轴承套装在所述轴上，在第一挡块的外圈设有多个扫臂；多个第二挡块沿外壳的环形方向固定外壳内壁上，且多个第二挡块间隔分布在相邻的扫臂之间；圆环导轨位于外壳内且穿过所有的扫臂和第二挡块，在相邻的扫臂和第二挡块之间的圆环导轨段上套装有弹簧；伺服电机与外壳的轴相连。
2.如权利要求1所述的基于串联弹性驱动器的腿部关节，其特征在于，还包括密封内圈，所述的密封内圈与第一挡块相连，用于密封外壳与第一挡块形成的环形空隙。
3.如权利要求1所述的基于串联弹性驱动器的腿部关节，其特征在于，还包括密封外圈，所述的密封外圈与所述的外壳相连。
4.如权利要求1所述的基于串联弹性驱动器的腿部关节，其特征在于，所述的伺服电机封装在防水铝罐内。
5.如权利要求1所述的基于串联弹性驱动器的腿部关节，其特征在于，所述的第一挡块包括一个圆盘，在圆盘的中心设有一个通孔，在圆盘的外圈设有多个扫臂。
6.如权利要求5所述的基于串联弹性驱动器的腿部关节，其特征在于，多个扫臂在圆盘的外圈均匀设置。
7.如权利要求1所述的基于串联弹性驱动器的腿部关节，其特征在于，所述的多个第二挡块沿外壳的环形方向均匀设置。
8.一种水下机器人腿结构，其特征在于，包括权利要求1-7任一所述的基于串联弹性驱动器的腿部关节。
9.一种水下机器人，其特征在于，包括权利要求8所述的腿结构。
CN202011195055.4A 2020-10-30 2020-10-30 基于串联弹性驱动器的腿部关节、腿结构及水下机器人 Pending CN112338957A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011195055.4A CN112338957A (zh) 2020-10-30 2020-10-30 基于串联弹性驱动器的腿部关节、腿结构及水下机器人

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011195055.4A CN112338957A (zh) 2020-10-30 2020-10-30 基于串联弹性驱动器的腿部关节、腿结构及水下机器人

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112338957A true CN112338957A (zh) 2021-02-09

Family

ID=74356895

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011195055.4A Pending CN112338957A (zh) 2020-10-30 2020-10-30 基于串联弹性驱动器的腿部关节、腿结构及水下机器人

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112338957A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113001584A (zh) * 2021-03-05 2021-06-22 电子科技大学 一种可变刚度的机器人柔性关节
CN113442124A (zh) * 2021-07-21 2021-09-28 清华大学 一种串联弹性机器人关节及其使用方法
WO2023194707A1 (en) * 2022-04-05 2023-10-12 Precision Robotics Limited A joint coupling

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040029880A (ko) * 2002-10-02 2004-04-08 한국과학기술연구원 자기유변 유체를 이용한 댐퍼와 스프링을 이용한 회전식컴플라이언트 조인트
CN104924320A (zh) * 2015-05-21 2015-09-23 北京交通大学 一种基于串联弹性驱动器的三自由度柔顺机械臂
CN106514646A (zh) * 2016-11-10 2017-03-22 深圳市迈步机器人科技有限公司 串联弹性驱动器及机器人关节
CN106564071A (zh) * 2016-11-11 2017-04-19 北京交通大学 一种模拟人体关节的机器人软关节
CN106812818A (zh) * 2017-03-14 2017-06-09 天津大学 一种弹性联轴器
CN108670729A (zh) * 2018-04-27 2018-10-19 深圳市迈步机器人科技有限公司 一种外骨骼机器人

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040029880A (ko) * 2002-10-02 2004-04-08 한국과학기술연구원 자기유변 유체를 이용한 댐퍼와 스프링을 이용한 회전식컴플라이언트 조인트
CN104924320A (zh) * 2015-05-21 2015-09-23 北京交通大学 一种基于串联弹性驱动器的三自由度柔顺机械臂
CN106514646A (zh) * 2016-11-10 2017-03-22 深圳市迈步机器人科技有限公司 串联弹性驱动器及机器人关节
CN106564071A (zh) * 2016-11-11 2017-04-19 北京交通大学 一种模拟人体关节的机器人软关节
CN106812818A (zh) * 2017-03-14 2017-06-09 天津大学 一种弹性联轴器
CN108670729A (zh) * 2018-04-27 2018-10-19 深圳市迈步机器人科技有限公司 一种外骨骼机器人

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
杭州市科学技术协会: "《第三十二届杭州市青少年科技创新大赛优秀作品集》", 31 October 2018, 浙江工商大学出版社 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113001584A (zh) * 2021-03-05 2021-06-22 电子科技大学 一种可变刚度的机器人柔性关节
CN113001584B (zh) * 2021-03-05 2022-06-14 电子科技大学 一种可变刚度的机器人柔性关节
CN113442124A (zh) * 2021-07-21 2021-09-28 清华大学 一种串联弹性机器人关节及其使用方法
WO2023194707A1 (en) * 2022-04-05 2023-10-12 Precision Robotics Limited A joint coupling

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112338957A (zh) 基于串联弹性驱动器的腿部关节、腿结构及水下机器人
CN110587589B (zh) 基于sma驱动的弯曲单元体及蛇形软体机器人
CN208759605U (zh) 机电一体化被动柔顺控制机器人关节
CN205221042U (zh) 一种微型缆控水下观测机器人
CN106272542B (zh) 仿蛇搜救机器人关节机构
CN113696685A (zh) 一种仿生波动鳍无鳍条水陆两栖推进装置
CN112123323B (zh) 一种4upu-up冗余驱动并联机器人
CN103696762A (zh) 旋转驱动的摆动阀式连续波发生器
CN108608408B (zh) 一种多自由度仿生水母机器人
CN103466063A (zh) 一种运动灵活的欠驱动球形水下机器人
CN107152506A (zh) 一种高压环境下压力自平衡式机电伺服作动装置
CN210724529U (zh) 直线旋转磁力传动机构及水下航行器的变翼装置
CN110733621A (zh) 潜航器及基于直线传动的潜航器尾舵调节机构
CN109436121A (zh) 一种基于滑移驱动的曲面自适应全方位爬壁机器人
CN110829787A (zh) 直线旋转磁力传动机构及水下航行器的变翼装置
CN103407508B (zh) 十二自由度四面体机器人
CN110154080A (zh) 关节驱动模块、七轴机械臂及机器人
CN107990094A (zh) 一种充油压力补偿式水下云台装置
CN110861120B (zh) 基于双定子无框力矩电机的驱动关节及其应用
CN112278109A (zh) 一种仿生水下足式机器人腿部结构及仿生水下足式机器人
US11254017B1 (en) Mechanical positioning structure
CN204505286U (zh) 一种基于单定子多自由度超声电机的机器人腕关节结构
CN211709349U (zh) 一种二自由度水下机械手
CN112339952B (zh) 一种采集海床科学信息的仿生水下足式机器人
CN109936252B (zh) 线性运动模块及多轴串联、并联运动装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination