CN116729520B - 一种基于双层波纹管气动软体驱动器的仿生四足机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双层波纹管气动软体驱动器的仿生四足机器人，涉及机器人技术领域。包括气动系统模块、刚柔耦合仿生机械腿模块、供电系统与机身底盘；气动系统模块包括气压发生装置、气体过滤装置、储气装置与比例控制装置，气压发生装置包括气泵，气体过滤装置包括过滤减压阀、气接口连接板、输入端进气接口、输出端T型螺纹接头及L型出气接口，储气装置包括储气罐、进气口、T型螺纹出气接口及分气接头；比例控制装置包括多个减压比例阀；机械腿模块包括四个刚柔耦合仿生机械腿，其包括刚性安装支架、滚转刚性连杆、仿股骨刚性连杆与波纹管软驱动等。本发明提升了刚柔耦合仿生四足机器人的轻量化程度及工作空间。

Description

一种基于双层波纹管气动软体驱动器的仿生四足机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体为一种基于双层波纹管气动软体驱动器的仿生四足机器人。

背景技术

随着四足机器人应用场景的多元化，人类对四足机器人的功能需求也日益提高。现阶段仿生四足机器人主要是对四足哺乳动物骨骼结构进行运动功能仿生而得到的纯刚性机构，多由铰链和连杆组成，通过电机-减速器、电缸等方式提供动力，结构相对复杂。此类四足机器人在灵活性、柔顺性、轻量化等性能方面存在先天缺陷，导致其在太空探测、医疗救援、军事勘测等非结构化环境的适应性面临极大的挑战，并且在人机交互领域有很大的安全隐患。

随着智能材料和3D打印技术的持续发展，由柔性材料制备而成的软体驱动器，因具有良好的安全性、被动柔顺性、高灵活性、非结构化环境适应能力强等先天优势，可与传统四足机器人在灵活性、柔顺性、轻量化等方面实现功能互补。近年来，由软体驱动器代替电机或电缸，所组成的刚柔耦合仿生机构应运而生，提升了传统纯刚性四足机器人在灵活性、柔顺性、轻量化等方面的性能指标，对结构化环境的适应能力更强，解决了现阶段纯刚性机构在仿生四足机器人领域所面临的难题。然而，当前基于软驱动的刚柔耦合机构由于软驱动分支自由度不能满足功能需求，普遍需要串联被动刚性铰链后再与机架或动平台连接，导致软体驱动器在软驱动分支中总长占比受到刚性铰链数量及体积的影响，限制了机器人的轻量化程度及工作空间。

基于上述问题，需要改进传统的四足仿生机器人，以提高各个方面的性能指标。

发明内容

本发明为了解决传统纯刚性四足机器人应对多元化应用场景存在较多限制，需要提高灵活性、柔顺性、轻量化等方面的性能指标的问题，提供了一种基于双层波纹管气动软体驱动器的仿生四足机器人。

本发明是通过如下技术方案来实现的：一种基于双层波纹管气动软体驱动器的仿生四足机器人，包括气动系统模块、刚柔耦合仿生机械腿模块、供电系统与机身底盘，所述气动系统模块与供电系统位于机身底盘上部，所述刚柔耦合仿生机械腿模块位于机身底盘下部，所述刚柔耦合仿生机械腿模块包括四个刚柔耦合仿生机械腿，刚柔耦合仿生机械腿模块为仿人体工学的腿部结构所制；气动系统模块用于给刚柔耦合仿生机械腿模块提供驱动力；锂电池为气动系统模块提供用电需求。

所述气动系统模块包括气压发生装置、气体过滤装置、储气装置与比例控制装置，所述气压发生装置包括气泵与管路气接口，所述气泵通过支架安装于机身底盘上的中部，管路气接口设置于气泵的出气口，用于给气体过滤装置、储气装置与比例控制装置供气。所述气体过滤装置包括过滤减压阀、过滤阀安装支架、过滤减压阀气接口连接板、过滤减压阀输入端进气接口、过滤减压阀输出端T型螺纹接头与过滤减压阀输出端L型出气接口，所述过滤减压阀通过过滤阀安装支架安装于机身底盘上，过滤减压阀用来减少和稳定输出气源压力，并通过输出端分气接头将高压气体进入机身底盘上方左右两侧储气罐中，进行压缩空气的储存，保证用气高峰时的需求。管路气接口通过气路连接于过滤减压阀输入端进气接口，过滤减压阀输入端进气接口通过过滤减压阀气接口连接板与过滤减压阀的输入端连接，气体从气泵进入过滤减压阀，过滤减压阀的输出端通过过滤减压阀输出端T型螺纹接头连接两个过滤减压阀输出端L型出气接口，两个过滤减压阀输出端L型出气接口分别通过各自相应的气路连接于两个储气罐进气口；所述储气装置包括储气罐、储气罐安装支架、储气罐进气口、储气罐T型螺纹出气接口及分气接头，所述储气罐设有两个、且通过相应的储气罐安装支架安装于机身底盘上，两个储气罐分别位于气泵的两侧且结构对称，使得结构整齐、重量分配均匀且平衡。所述供电系统包括锂电池，所述锂电池通过锂电池安装支架安装于机身底盘上，锂电池为气泵供电。储气罐的储气罐进气口通过气路连接于过滤减压阀输出端L型出气接口，所述储气罐的出气口连接于储气罐T型螺纹出气接口，所述储气罐T型螺纹出气接口的两个接口各连接一个分气接头，两个储气罐的总共四个分气接头用于给四组比例控制装置供气。每个分气接头设有六个分气口。所述比例控制装置设有四组，分别设置于机身底盘顶部的四角上；每组比例控制装置包括六个减压比例阀，六个减压比例阀通过相应的减压比例阀安装支架安装于机身底盘上；每个减压比例阀的进气接口通过气路连接于分气接头的其中一个分气口，则每个分气接头的六个分气口可以满足一组比例控制装置的需求，而每个减压比例阀设有相应的出气接口。每组比例控制装置的六个减压比例阀根据刚柔耦合仿生机械腿的不同部位需求，分别设置为仿股四头肌双层波纹管软驱动减压比例阀、仿股二头肌双层波纹管软驱动减压比例阀、仿股内侧肌单层波纹管软驱动减压比例阀、仿股外侧肌单层波纹管软驱动减压比例阀、仿胫骨前肌双层波纹管软驱动减压比例阀与仿腓肠肌双层波纹管软驱动减压比例阀；分别用于控制仿股四头肌双层波纹管软驱动、仿股二头肌双层波纹管软驱动、仿股内侧肌单层波纹管软驱动、仿股外侧肌单层波纹管软驱动、仿胫骨前肌双层波纹管软驱动与仿腓肠肌双层波纹管软驱动。每个刚柔耦合仿生机械腿共计需要6个波纹管软体驱动器进行驱动，则每条腿对应有6个减压比例阀。

所述刚柔耦合仿生机械腿模块为整个装置的行走模块，包括四个刚柔耦合仿生机械腿，四个刚柔耦合仿生机械腿结构相同，所以只介绍其中一个刚柔耦合仿生机械腿的结构，包括刚性安装支架、滚转刚性连杆、仿股骨刚性连杆、仿胫骨刚性连杆、仿股四头肌双层波纹管软驱动、仿股二头肌双层波纹管软驱动、仿股内侧肌单层波纹管软驱动、仿股外侧肌单层波纹管软驱动、仿胫骨前肌双层波纹管软驱动、仿腓肠肌双层波纹管软驱动。上述部件在气动系统模块的控制下，通过相互配合实现仿生四足机器人矢状面及冠状面上的移动功能。所述刚性安装支架通过螺栓连接安装于机身底盘底面上，所述刚性安装支架前侧向下固定设有一个仿胫骨前肌双层波纹管软驱动连接块、后侧向下固定设有一个仿腓肠肌双层波纹管软驱动连接块，所述刚性安装支架的底面左右侧各固定设有一个仿股内侧肌单层波纹管软驱动连接块和仿股外侧肌单层波纹管软驱动连接块，所述刚性安装支架的底面还设有一个仿股四头肌双层波纹管软驱动连接块，所述仿股四头肌双层波纹管软驱动连接块位于仿胫骨前肌双层波纹管软驱动连接块内侧；所述滚转刚性连杆一端转动连接于仿腓肠肌双层波纹管软驱动连接块内侧中部，且滚转刚性连杆可以其轴向转动，使得滚转刚性连杆在仿股内侧肌单层波纹管软驱动与仿股外侧肌单层波纹管软驱动的牵引下转动，在一侧舒张，另一侧缩回的情况下即可转动。所述仿股骨刚性连杆为U形连杆，所述滚转刚性连杆另一端与仿股骨刚性连杆的U形间隙中部铰接连接；这样使得仿股骨刚性连杆可以以铰接处的轴上下转动，即被仿股四头肌双层波纹管软驱动与仿股二头肌双层波纹管软驱动牵引而转动。所述仿胫骨刚性连杆上部与仿股骨刚性连杆下端铰接连接，此时仿胫骨刚性连杆可以在铰接处以此处的轴转动，由仿胫骨前肌双层波纹管软驱动与仿腓肠肌双层波纹管软驱动牵引动作。所述仿股四头肌双层波纹管软驱动、仿股二头肌双层波纹管软驱动、仿胫骨前肌双层波纹管软驱动、仿腓肠肌双层波纹管软驱动均包括单层波纹管与双层波纹管，所述双层波纹管套接于单层波纹管的自由端，而且单层波纹管与双层波纹管套接处的自由端部呈闭合状态，这样可以使得单层波纹管在减压比例阀作用下收缩或舒张，也带着双层波纹管收缩或舒张，满足动作的需要。所述仿股四头肌双层波纹管软驱动的单层波纹管固定端固定连接于仿股四头肌双层波纹管软驱动连接块，双层波纹管端部固定连接于仿股骨刚性连杆前侧上端；所述仿股二头肌双层波纹管软驱动的单层波纹管固定端固定连接于仿腓肠肌双层波纹管软驱动连接块内侧上端，双层波纹管端部固定连接于仿股骨刚性连杆后侧上端；所述仿胫骨前肌双层波纹管软驱动的单层波纹管固定端固定连接于仿胫骨前肌双层波纹管软驱动连接块下端，双层波纹管端部固定连接于仿胫骨刚性连杆顶端；所述仿腓肠肌双层波纹管软驱动的单层波纹管固定端固定连接于仿腓肠肌双层波纹管软驱动连接块下端，双层波纹管端部固定连接于仿胫骨刚性连杆中部；所述仿股内侧肌单层波纹管软驱动的一端固定连接于仿股内侧肌单层波纹管软驱动连接块，另一端固定连接于滚转刚性连杆；所述仿股外侧肌单层波纹管软驱动的一端固定连接于仿股外侧肌单层波纹管软驱动连接块，另一端固定连接于滚转刚性连杆；所述仿股内侧肌单层波纹管软驱动与仿股外侧肌单层波纹管软驱动呈倾斜状态，且各自位于滚转刚性连杆的两侧；所述仿胫骨刚性连杆的底端为足端。所述仿股四头肌双层波纹管软驱动、仿股二头肌双层波纹管软驱动、仿股内侧肌单层波纹管软驱动、仿股外侧肌单层波纹管软驱动、仿胫骨前肌双层波纹管软驱动、仿腓肠肌双层波纹管软驱动的单层波纹管进气口均各自连接有驱动气路，所述刚性安装支架与机身底盘上开有供驱动气路穿过的通过孔。所有的驱动气路均穿过通过孔后与相应的六个减压比例阀连接，即：所述仿股四头肌双层波纹管软驱动减压比例阀的出气接口通过驱动气路连接于仿股四头肌双层波纹管软驱动的单层波纹管进气口，所述仿股二头肌双层波纹管软驱动减压比例阀的出气接口通过驱动气路连接于仿股二头肌双层波纹管软驱动的单层波纹管进气口，所述仿股内侧肌单层波纹管软驱动减压比例阀的出气接口通过驱动气路连接于仿股内侧肌单层波纹管软驱动的单层波纹管进气口；所述仿股外侧肌单层波纹管软驱动减压比例阀的出气接口通过驱动气路连接于仿股外侧肌单层波纹管软驱动的单层波纹管进气口；所述仿胫骨前肌双层波纹管软驱动减压比例阀的出气接口通过驱动气路连接于仿胫骨前肌双层波纹管软驱动的单层波纹管进气口；所述仿腓肠肌双层波纹管软驱动减压比例阀的出气接口通过驱动气路连接于仿腓肠肌双层波纹管软驱动的单层波纹管进气口。每个刚柔耦合仿生机械腿均为仿生腿部模块，去除了当前软驱动分支中普遍存在的提供被动自由度的刚性铰链，而是将软驱动分支与被动刚性支链直接连接，原本被动刚性铰链所提供的被动自由度由软体驱动器代替实现，将软驱动分支中被动刚性铰链占用的尺度转化为有效工作空间。双层波纹管气动软体驱动器同时具备主动自由度和被动自由度，即能够实现主动伸缩、被动弯曲、被动扭转等功能。从机构角度增加了双层波纹管软体驱动器在软驱动分支中的总长占比，提升了刚柔耦合仿生四足机器人的轻量化程度及工作空间。四组比例控制装置，每组有6个减压比例阀，分别用于控制相应的刚柔耦合仿生机械腿，四条刚柔耦合仿生机械腿的控制方式均为相同的，均通过减压比例阀输出的气体来控制多个软驱动的单层波纹管，从而实现驱动滚转刚性连杆、仿股骨刚性连杆与仿胫骨刚性连杆动作的作用，使整个机器人实现移动的功能。

优选的，所述仿胫骨刚性连杆上部设有减重镂空结构，下部为实心但比上部细，该结构可以减轻整个装置的重量。

优选的，六个减压比例阀平均分为两组，每组三个减压比例阀自上而下叠放，两组减压比例阀整齐并排设置，上下相邻的减压比例阀之间通过减压比例阀安装支架连接，最下方的减压比例阀通过相应的减压比例阀安装支架安装于机身底盘上，该种分配可以使结构平衡。

优选的，所述机身底盘的材料为铝合金。

与现有技术相比本发明具有以下有益效果：本发明所提供的一种基于双层波纹管气动软体驱动器的仿生四足机器人，当前机器人软驱动分支中被动刚性铰链所提供的被动自由度由本发明中波纹管气动软体驱动器代替实现，将软驱动分支中被动刚性铰链占用的尺度转化为有效工作空间。双层波纹管气动软体驱动器同时具备主动自由度和被动自由度，即能够实现主动伸缩、被动弯曲、被动扭转等功能，进而通过每条刚柔耦合仿生机械腿的相互配合，实现仿生四足机器人矢状面及冠状面上的移动功能。

附图说明

图1为本发明的东南侧三维结构示意图。

图2为本发明的西北侧三维结构示意图。

图3为气动系统模块俯视图。

图4为本发明中刚柔耦合仿生机械腿的结构示意图。

图5为本发明中减压比例阀与刚柔耦合仿生机械腿双层波纹管气动软驱动通过驱动气路连接的结构示意图。

图中标记如下：1-气压发生装置，2-气体过滤装置，3-储气装置，4-比例控制装置，5-刚柔耦合仿生机械腿，6-供电系统，7-机身底盘，101-气泵，102-管路气接口，201-过滤减压阀，202-过滤阀安装支架，203-过滤减压阀气接口连接板，204-过滤减压阀输入端进气接口，205-过滤减压阀输出端T型螺纹接头，206-过滤减压阀输出端L型出气接口，301-储气罐，302-储气罐安装支架，303-储气罐进气口，304-储气罐T型螺纹出气口，305-分气接头，401-减压比例阀，402-减压比例阀安装支架，403-进气接口，404-出气接口，4011-仿股四头肌双层波纹管软驱动减压比例阀，4012-仿股二头肌双层波纹管软驱动减压比例阀，4013-仿股内侧肌单层波纹管软驱动减压比例阀，4014-仿股外侧肌单层波纹管软驱动减压比例阀，4015-仿胫骨前肌双层波纹管软驱动减压比例阀，4016-仿腓肠肌双层波纹管软驱动减压比例阀，501-刚性安装支架，502-滚转刚性连杆，503-仿股骨刚性连杆，504-仿胫骨刚性连杆，505-仿股四头肌双层波纹管软驱动，506-仿股二头肌双层波纹管软驱动，507-仿股内侧肌单层波纹管软驱动，508-仿股外侧肌单层波纹管软驱动，509-仿胫骨前肌双层波纹管软驱动，510-仿腓肠肌双层波纹管软驱动，511-驱动气路，512-通过孔，601-锂电池，602-锂电池安装支架，5041-足端，5011-仿胫骨前肌双层波纹管软驱动连接块，5012-仿腓肠肌双层波纹管软驱动连接块，5013-仿股内侧肌单层波纹管软驱动连接块，5014-仿股外侧肌单层波纹管软驱动连接块，5015-仿股四头肌双层波纹管软驱动连接块。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。

一种基于双层波纹管气动软体驱动器的仿生四足机器人，如图1~图3所示：气动系统模块、刚柔耦合仿生机械腿模块、供电系统6与机身底盘7，所述气动系统模块与供电系统6位于机身底盘7上部，所述刚柔耦合仿生机械腿模块位于机身底盘7下部，所述刚柔耦合仿生机械腿模块包括四个刚柔耦合仿生机械腿5；所述气动系统模块包括气压发生装置1、气体过滤装置2、储气装置3与比例控制装置4，所述气压发生装置1包括气泵101与管路气接口102，所述气泵101通过支架安装于机身底盘7上的中部；所述气体过滤装置2包括过滤减压阀201、过滤阀安装支架202、过滤减压阀气接口连接板203、过滤减压阀输入端进气接口204、过滤减压阀输出端T型螺纹接头205与过滤减压阀输出端L型出气接口206，所述过滤减压阀201通过过滤阀安装支架202安装于机身底盘7上；所述储气装置3包括储气罐301、储气罐安装支架302、储气罐进气口303、储气罐T型螺纹出气接口304及分气接头305，所述储气罐301设有两个、且通过相应的储气罐安装支架302安装于机身底盘7上，两个储气罐301分别位于气泵101的两侧且结构对称；所述供电系统6包括锂电池601，所述锂电池601通过锂电池安装支架602安装于机身底盘7上；所述锂电池601为气泵101供电。所述管路气接口102设置于气泵101的出气口，所述管路气接口102通过气路连接于过滤减压阀输入端进气接口204，所述过滤减压阀输入端进气接口204通过过滤减压阀气接口连接板203与过滤减压阀201的输入端连接，所述过滤减压阀201的输出端通过过滤减压阀输出端T型螺纹接头205连接两个过滤减压阀输出端L型出气接口206，两个过滤减压阀输出端L型出气接口206分别通过各自相应的气路连接于两个储气罐301的储气罐进气口303，所述储气罐301的出气口连接于储气罐T型螺纹出气接口304，所述储气罐T型螺纹出气接口304的两个接口各连接一个分气接头305；每个分气接头305设有六个分气口；所述比例控制装置4设有四组，分别设置于机身底盘7顶部的四角上；每组比例控制装置4包括六个减压比例阀401，六个减压比例阀401通过相应的减压比例阀安装支架402安装于机身底盘7上；每个减压比例阀401的进气接口403通过气路连接于分气接头305的其中一个分气口，每个减压比例阀401设有相应的出气接口404。每组比例控制装置4的六个减压比例阀401根据刚柔耦合仿生机械腿5的不同部位需求，分别设置为仿股四头肌双层波纹管软驱动减压比例阀4011、仿股二头肌双层波纹管软驱动减压比例阀4012、仿股内侧肌单层波纹管软驱动减压比例阀4013、仿股外侧肌单层波纹管软驱动减压比例阀4014、仿胫骨前肌双层波纹管软驱动减压比例阀4015与仿腓肠肌双层波纹管软驱动减压比例阀4016。四个刚柔耦合仿生机械腿5结构相同，如图4和图5所示，均包括刚性安装支架501、滚转刚性连杆502、仿股骨刚性连杆503、仿胫骨刚性连杆504、仿股四头肌双层波纹管软驱动505、仿股二头肌双层波纹管软驱动506、仿股内侧肌单层波纹管软驱动507、仿股外侧肌单层波纹管软驱动508、仿胫骨前肌双层波纹管软驱动509、仿腓肠肌双层波纹管软驱动510，所述刚性安装支架501通过螺栓连接安装于机身底盘7底面上，所述刚性安装支架501前侧向下固定设有一个仿胫骨前肌双层波纹管软驱动连接块5011、后侧向下固定设有一个仿腓肠肌双层波纹管软驱动连接块5012，所述刚性安装支架501的底面左右侧各固定设有一个仿股内侧肌单层波纹管软驱动连接块5013和仿股外侧肌单层波纹管软驱动连接块5014，所述刚性安装支架501的底面还设有一个仿股四头肌双层波纹管软驱动连接块5015，所述仿股四头肌双层波纹管软驱动连接块5015位于仿胫骨前肌双层波纹管软驱动连接块5011内侧；所述滚转刚性连杆502一端转动连接于仿腓肠肌双层波纹管软驱动连接块5012内侧中部，且滚转刚性连杆502可以其轴向转动；所述仿股骨刚性连杆503为U形连杆，所述滚转刚性连杆502另一端与仿股骨刚性连杆503的U形间隙中部铰接连接；所述仿胫骨刚性连杆504上部与仿股骨刚性连杆503下端铰接连接；所述仿股四头肌双层波纹管软驱动505、仿股二头肌双层波纹管软驱动506、仿胫骨前肌双层波纹管软驱动509、仿腓肠肌双层波纹管软驱动510均包括单层波纹管与双层波纹管，所述双层波纹管套接于单层波纹管的自由端，而且单层波纹管与双层波纹管套接处的自由端部呈闭合状态；所述仿股四头肌双层波纹管软驱动505的单层波纹管固定端固定连接于仿股四头肌双层波纹管软驱动连接块5015，双层波纹管端部固定连接于仿股骨刚性连杆503前侧上端；所述仿股二头肌双层波纹管软驱动506的单层波纹管固定端固定连接于仿腓肠肌双层波纹管软驱动连接块5012内侧上端，双层波纹管端部固定连接于仿股骨刚性连杆503后侧上端；所述仿胫骨前肌双层波纹管软驱动509的单层波纹管固定端固定连接于仿胫骨前肌双层波纹管软驱动连接块5011下端，双层波纹管端部固定连接于仿胫骨刚性连杆504顶端；所述仿腓肠肌双层波纹管软驱动510的单层波纹管固定端固定连接于仿腓肠肌双层波纹管软驱动连接块5012下端，双层波纹管端部固定连接于仿胫骨刚性连杆504中部；所述仿股内侧肌单层波纹管软驱动507的一端固定连接于仿股内侧肌单层波纹管软驱动连接块5013，另一端固定连接于滚转刚性连杆502；所述仿股外侧肌单层波纹管软驱动508的一端固定连接于仿股外侧肌单层波纹管软驱动连接块5014，另一端固定连接于滚转刚性连杆502；所述仿股内侧肌单层波纹管软驱动507与仿股外侧肌单层波纹管软驱动508呈倾斜状态，且各自位于滚转刚性连杆502的两侧；所述仿胫骨刚性连杆504的底端为足端5041。所述仿股四头肌双层波纹管软驱动505、仿股二头肌双层波纹管软驱动506、仿股内侧肌单层波纹管软驱动507、仿股外侧肌单层波纹管软驱动508、仿胫骨前肌双层波纹管软驱动509、仿腓肠肌双层波纹管软驱动510的单层波纹管进气口均各自连接有驱动气路511，所述刚性安装支架501与机身底盘7上开有供驱动气路511穿过的通过孔512；所有的驱动气路511均穿过通过孔512后与相应的六个减压比例阀401连接，即：所述仿股四头肌双层波纹管软驱动减压比例阀4011的出气接口通过驱动气路511连接于仿股四头肌双层波纹管软驱动505的单层波纹管进气口，所述仿股二头肌双层波纹管软驱动减压比例阀4012的出气接口通过驱动气路511连接于仿股二头肌双层波纹管软驱动506的单层波纹管进气口，所述仿股内侧肌单层波纹管软驱动减压比例阀4013的出气接口通过驱动气路511连接于仿股内侧肌单层波纹管软驱动507的单层波纹管进气口；所述仿股外侧肌单层波纹管软驱动减压比例阀4014的出气接口通过驱动气路511连接于仿股外侧肌单层波纹管软驱动508的单层波纹管进气口；所述仿胫骨前肌双层波纹管软驱动减压比例阀4015的出气接口通过驱动气路511连接于仿胫骨前肌双层波纹管软驱动509的单层波纹管进气口；所述仿腓肠肌双层波纹管软驱动减压比例阀4016的出气接口通过驱动气路511连接于仿腓肠肌双层波纹管软驱动510的单层波纹管进气口。

本实施例采用了以下优选方案：所述仿胫骨刚性连杆504上部设有减重镂空结构，下部为实心但比上部细；六个减压比例阀401平均分为两组，每组三个减压比例阀401自上而下叠放，两组减压比例阀401整齐并排设置，上下相邻的减压比例阀401之间通过减压比例阀安装支架402连接，最下方的减压比例阀401通过相应的减压比例阀安装支架402安装于机身底盘7上；所述机身底盘7的材料为铝合金。

本实施例具体操作为：气泵101通过本身的支架固定在四足机器人机身底盘7上，为整个气路系统提供高压气体。机身底盘上侧安装有过滤减压阀201，用来减少和稳定输出气源压力，并通过过滤减压阀输出端T型螺纹接头205和过滤减压阀输出端L型出气接口206使高压气体进入机身底盘7上方左右两侧储气罐301中，进行压缩空气的储存，保证用气高峰时的需求。储气罐301中的高压气体通过输出端布置的储气罐T型螺纹出气口304和分气接头305，分别输出到控制每个波纹管气动软体驱动器的减压比例阀的进气接口403，每条腿共计需要6个波纹管软体驱动器进行驱动，则每条腿对应有6个减压比例阀401，通过减压比例阀安装支架402叠加安装固定在机身底盘7上侧，每个减压比例阀的出气接口404通过气管分别连接到仿股四头肌双层波纹管软驱动505、仿股二头肌双层波纹管软驱动506、仿股内侧肌单层波纹管软驱动507、仿股外侧肌单层波纹管软驱动508、仿胫骨前肌双层波纹管软驱动509、仿腓肠肌双层波纹管软驱动510，并对这6个波纹管软体驱动器进行比例压力控制。每个刚柔耦合仿生机械腿5包含有6个运动输入点，单层和双层波纹管软驱动共计6个，分别为仿股四头肌双层波纹管软驱动505、仿股二头肌双层波纹管软驱动506、仿股内侧肌单层波纹管软驱动507、仿股外侧肌单层波纹管软驱动508、仿胫骨前肌双层波纹管软驱动509、仿腓肠肌双层波纹管软驱动510，需要6个减压比例阀分别对每个软驱动进行气压比例控制，即分别由仿股四头肌双层波纹管软驱动减压比例阀4011、仿股二头肌双层波纹管软驱动减压比例阀4012、仿股内侧肌单层波纹管软驱动减压比例阀4013、仿股外侧肌单层波纹管软驱动减压比例阀4014、仿胫骨前肌双层波纹管软驱动减压比例阀4015与仿腓肠肌双层波纹管软驱动减压比例阀4016进行控制；与仿腓肠肌双层波纹管软驱动连接块5012转动连接的滚转刚性连杆502转动时，需要仿股内侧肌单层波纹管软驱动507与仿股外侧肌单层波纹管软驱动508在运动输入点处能够实现2个方向的移动和1个方向的转动，共三自由度，由上述两个单层波纹管气动软体驱动器实现平面三自由度运动。相互铰接的仿股骨刚性连杆503与仿胫骨刚性连杆504转动时，需要软驱动在运动输入点处能够实现3个方向的移动和3个方向的转动，共六自由度，上述软驱动采用仿股四头肌双层波纹管软驱动505、仿股二头肌双层波纹管软驱动506、仿胫骨前肌双层波纹管软驱动509、仿腓肠肌双层波纹管软驱动510来实现，由上述四个双层波纹管气动软体驱动器实现空间六自由度运动。上述每条腿的6个减压比例阀401安装布置方式相同，且与6个波纹管软体驱动器之间连接方式相同，均通过驱动气路511连接，控制方式也相同。双层波纹管气动软体驱动器同时具备主动自由度和被动自由度，从而牵引滚转刚性连杆502、仿股骨刚性连杆503与仿胫骨刚性连杆504动作，使其能够实现主动伸缩、被动弯曲、被动扭转等功能，进而通过四条刚柔耦合仿生机械腿5的相互配合，实现仿生四足机器人矢状面及冠状面上的移动功能。

本发明要求保护的范围不限于以上具体实施方式，而且对于本领域技术人员而言，本发明可以有多种变形和更改，凡在本发明的构思与原则之内所作的任何修改、改进和等同替换都应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于双层波纹管气动软体驱动器的仿生四足机器人，其特征在于：包括气动系统模块、刚柔耦合仿生机械腿模块、供电系统（6）与机身底盘（7），所述气动系统模块与供电系统（6）位于机身底盘（7）上部，所述刚柔耦合仿生机械腿模块位于机身底盘（7）下部；所述刚柔耦合仿生机械腿模块包括四个刚柔耦合仿生机械腿（5）；

所述气动系统模块包括气压发生装置（1）、气体过滤装置（2）、储气装置（3）与比例控制装置（4），所述气压发生装置（1）包括气泵（101）与管路气接口（102），所述气泵（101）通过支架安装于机身底盘（7）上的中部；所述气体过滤装置（2）包括过滤减压阀（201）、过滤阀安装支架（202）、过滤减压阀气接口连接板（203）、过滤减压阀输入端进气接口（204）、过滤减压阀输出端T型螺纹接头（205）与过滤减压阀输出端L型出气接口（206），所述过滤减压阀（201）通过过滤阀安装支架（202）安装于机身底盘（7）上；所述储气装置（3）包括储气罐（301）、储气罐安装支架（302）、储气罐进气口（303）、储气罐T型螺纹出气接口（304）及分气接头（305），所述储气罐（301）设有两个、且通过相应的储气罐安装支架（302）安装于机身底盘（7）上，两个储气罐（301）分别位于气泵（101）的两侧且结构对称；所述供电系统（6）包括锂电池（601），所述锂电池（601）通过锂电池安装支架（602）安装于机身底盘（7）上；所述锂电池（601）为气泵（101）供电；

所述管路气接口（102）设置于气泵（101）的出气口，所述管路气接口（102）通过气路连接于过滤减压阀输入端进气接口（204），所述过滤减压阀输入端进气接口（204）通过过滤减压阀气接口连接板（203）与过滤减压阀（201）的输入端连接，所述过滤减压阀（201）的输出端通过过滤减压阀输出端T型螺纹接头（205）连接两个过滤减压阀输出端L型出气接口（206），两个过滤减压阀输出端L型出气接口（206）分别通过各自相应的气路连接于两个储气罐（301）的储气罐进气口（303），所述储气罐（301）的出气口连接于储气罐T型螺纹出气接口（304），所述储气罐T型螺纹出气接口（304）的两个接口各连接一个分气接头（305）；每个分气接头（305）设有六个分气口；所述比例控制装置（4）设有四组，分别设置于机身底盘（7）顶部的四角上；每组比例控制装置（4）包括六个减压比例阀（401），六个减压比例阀（401）通过相应的减压比例阀安装支架（402）安装于机身底盘（7）上；每个减压比例阀（401）的进气接口（403）通过气路连接于分气接头（305）的其中一个分气口，每个减压比例阀（401）设有相应的出气接口（404）；

每组比例控制装置（4）的六个减压比例阀（401）根据刚柔耦合仿生机械腿（5）的不同部位需求，分别设置为仿股四头肌双层波纹管软驱动减压比例阀（4011）、仿股二头肌双层波纹管软驱动减压比例阀（4012）、仿股内侧肌单层波纹管软驱动减压比例阀（4013）、仿股外侧肌单层波纹管软驱动减压比例阀（4014）、仿胫骨前肌双层波纹管软驱动减压比例阀（4015）与仿腓肠肌双层波纹管软驱动减压比例阀（4016）；

四个刚柔耦合仿生机械腿（5）结构相同，均包括刚性安装支架（501）、滚转刚性连杆（502）、仿股骨刚性连杆（503）、仿胫骨刚性连杆（504）、仿股四头肌双层波纹管软驱动（505）、仿股二头肌双层波纹管软驱动（506）、仿股内侧肌单层波纹管软驱动（507）、仿股外侧肌单层波纹管软驱动（508）、仿胫骨前肌双层波纹管软驱动（509）、仿腓肠肌双层波纹管软驱动（510），所述刚性安装支架（501）通过螺栓连接安装于机身底盘（7）底面上，所述刚性安装支架（501）前侧向下固定设有一个仿胫骨前肌双层波纹管软驱动连接块（5011）、后侧向下固定设有一个仿腓肠肌双层波纹管软驱动连接块（5012），所述刚性安装支架（501）的底面左右侧各固定设有一个仿股内侧肌单层波纹管软驱动连接块（5013）和仿股外侧肌单层波纹管软驱动连接块（5014），所述刚性安装支架（501）的底面还设有一个仿股四头肌双层波纹管软驱动连接块（5015），所述仿股四头肌双层波纹管软驱动连接块（5015）位于仿胫骨前肌双层波纹管软驱动连接块（5011）内侧；所述滚转刚性连杆（502）一端转动连接于仿腓肠肌双层波纹管软驱动连接块（5012）内侧中部，且滚转刚性连杆（502）可以其轴向转动；所述仿股骨刚性连杆（503）为U形连杆，所述滚转刚性连杆（502）另一端与仿股骨刚性连杆（503）的U形间隙中部铰接连接；所述仿胫骨刚性连杆（504）上部与仿股骨刚性连杆（503）下端铰接连接；所述仿股四头肌双层波纹管软驱动（505）、仿股二头肌双层波纹管软驱动（506）、仿胫骨前肌双层波纹管软驱动（509）、仿腓肠肌双层波纹管软驱动（510）均包括单层波纹管与双层波纹管，所述双层波纹管套接于单层波纹管的自由端，而且单层波纹管与双层波纹管套接处的自由端部呈闭合状态；所述仿股四头肌双层波纹管软驱动（505）的单层波纹管固定端固定连接于仿股四头肌双层波纹管软驱动连接块（5015），双层波纹管端部固定连接于仿股骨刚性连杆（503）前侧上端；所述仿股二头肌双层波纹管软驱动（506）的单层波纹管固定端固定连接于仿腓肠肌双层波纹管软驱动连接块（5012）内侧上端，双层波纹管端部固定连接于仿股骨刚性连杆（503）后侧上端；所述仿胫骨前肌双层波纹管软驱动（509）的单层波纹管固定端固定连接于仿胫骨前肌双层波纹管软驱动连接块（5011）下端，双层波纹管端部固定连接于仿胫骨刚性连杆（504）顶端；所述仿腓肠肌双层波纹管软驱动（510）的单层波纹管固定端固定连接于仿腓肠肌双层波纹管软驱动连接块（5012）下端，双层波纹管端部固定连接于仿胫骨刚性连杆（504）中部；所述仿股内侧肌单层波纹管软驱动（507）的一端固定连接于仿股内侧肌单层波纹管软驱动连接块（5013），另一端固定连接于滚转刚性连杆（502）；所述仿股外侧肌单层波纹管软驱动（508）的一端固定连接于仿股外侧肌单层波纹管软驱动连接块（5014），另一端固定连接于滚转刚性连杆（502）；所述仿股内侧肌单层波纹管软驱动（507）与仿股外侧肌单层波纹管软驱动（508）呈倾斜状态，且各自位于滚转刚性连杆（502）的两侧；所述仿胫骨刚性连杆（504）的底端为足端（5041）；

所述仿股四头肌双层波纹管软驱动（505）、仿股二头肌双层波纹管软驱动（506）、仿股内侧肌单层波纹管软驱动（507）、仿股外侧肌单层波纹管软驱动（508）、仿胫骨前肌双层波纹管软驱动（509）、仿腓肠肌双层波纹管软驱动（510）的单层波纹管进气口均各自连接有驱动气路（511），所述刚性安装支架（501）与机身底盘（7）上开有供驱动气路（511）穿过的通过孔（512）；所有的驱动气路（511）均穿过通过孔（512）后与相应的六个减压比例阀（401）连接，即：所述仿股四头肌双层波纹管软驱动减压比例阀（4011）的出气接口通过驱动气路（511）连接于仿股四头肌双层波纹管软驱动（505）的单层波纹管进气口，所述仿股二头肌双层波纹管软驱动减压比例阀（4012）的出气接口通过驱动气路（511）连接于仿股二头肌双层波纹管软驱动（506）的单层波纹管进气口，所述仿股内侧肌单层波纹管软驱动减压比例阀（4013）的出气接口通过驱动气路（511）连接于仿股内侧肌单层波纹管软驱动（507）的单层波纹管进气口；所述仿股外侧肌单层波纹管软驱动减压比例阀（4014）的出气接口通过驱动气路（511）连接于仿股外侧肌单层波纹管软驱动（508）的单层波纹管进气口；所述仿胫骨前肌双层波纹管软驱动减压比例阀（4015）的出气接口通过驱动气路（511）连接于仿胫骨前肌双层波纹管软驱动（509）的单层波纹管进气口；所述仿腓肠肌双层波纹管软驱动减压比例阀（4016）的出气接口通过驱动气路（511）连接于仿腓肠肌双层波纹管软驱动（510）的单层波纹管进气口。

2.根据权利要求1所述的一种基于双层波纹管气动软体驱动器的仿生四足机器人，其特征在于：所述仿胫骨刚性连杆（504）上部设有减重镂空结构，下部为实心但比上部细。

3.根据权利要求1所述的一种基于双层波纹管气动软体驱动器的仿生四足机器人，其特征在于：六个减压比例阀（401）平均分为两组，每组三个减压比例阀（401）自上而下叠放，两组减压比例阀（401）整齐并排设置，上下相邻的减压比例阀（401）之间通过减压比例阀安装支架（402）连接，最下方的减压比例阀（401）通过相应的减压比例阀安装支架（402）安装于机身底盘（7）上。

4.根据权利要求1所述的一种基于双层波纹管气动软体驱动器的仿生四足机器人，其特征在于：所述机身底盘（7）的材料为铝合金。