一種氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的仿生四足機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于仿生機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及的是一種氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的仿生四足機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)器人是近年來(lái)飛速發(fā)展的一項(xiàng)新興產(chǎn)業(yè)，機(jī)器人按照運(yùn)動(dòng)方式可分為輪式、履帶式和腿式機(jī)器人。為滿足適應(yīng)各種地形的要求，腿式機(jī)器人得到快速發(fā)展，并取得了一定的成就。由Boston Dynamics公司開發(fā)的BigDog機(jī)器人可謂是四足機(jī)器人領(lǐng)域的佼佼者，隨后相繼改進(jìn)的Alpha、Wildcat機(jī)器人在穩(wěn)定性與運(yùn)行速度得到大幅提升。
[0003]國(guó)內(nèi)的清華大學(xué)、山東大學(xué)和哈爾濱工業(yè)大學(xué)等高校也在四足仿生四足機(jī)器人方面做了巨大努力，并且取得了一定的成就。
[0004]傳統(tǒng)腿式機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)器大多采用液壓缸、伺服電機(jī)，導(dǎo)致機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)很復(fù)雜且造價(jià)高。近年來(lái)，氣動(dòng)肌肉作為一種新型的驅(qū)動(dòng)器進(jìn)入機(jī)器人領(lǐng)域，除了繼承傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器響應(yīng)速度快、動(dòng)力足的特點(diǎn)之外，同時(shí)具有良好的柔順性和仿生性、更高的功率重量比、更高的能量利用率與更低的成本等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]經(jīng)對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利文獻(xiàn)CN201220344525中公開了一種小型四足仿生機(jī)器人。機(jī)器人每條腿上均有兩個(gè)自由度并采用舵機(jī)實(shí)現(xiàn)，具備步態(tài)靈活、行動(dòng)穩(wěn)定特點(diǎn)，但其成本較高，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，步態(tài)不柔順，承載能力不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計(jì)一種氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的仿生四足機(jī)器人。
[0007]本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案，包括:軀干支架以及安裝在軀干支架上的四條腿；軀干支架呈方形，四條腿兩兩安裝在軀干支架的兩側(cè)，每條腿均由大腿單元和小腿單元兩部分組成；大腿單元由髖關(guān)節(jié)連接件、第一氣動(dòng)肌肉、第二氣動(dòng)肌肉、大腿支架、膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)連接件、上關(guān)節(jié)軸、軸承、軸銷、氣動(dòng)肌肉連接件組成；小腿單元由膝關(guān)節(jié)外側(cè)連接件、第三氣動(dòng)肌肉、第四氣動(dòng)肌肉、小腿支架、足尖連接件、下關(guān)節(jié)軸、軸承、軸銷、氣動(dòng)肌肉連接件組成；大腿支架一端通過(guò)上關(guān)節(jié)軸與髖關(guān)節(jié)連接件鉸接，關(guān)節(jié)軸與髖關(guān)節(jié)連接件之間設(shè)置有軸承，大腿支架另一端與膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)連接件固接；小腿支架一端通過(guò)下關(guān)節(jié)軸與膝關(guān)節(jié)外側(cè)連接件鉸接，下關(guān)節(jié)軸與膝關(guān)節(jié)外側(cè)連接件之間設(shè)置有軸承，小腿支架的另一端與足尖連接件固接；髖關(guān)節(jié)連接件通過(guò)螺釘固接在軀干支架上，膝關(guān)節(jié)外側(cè)連接件通過(guò)螺釘固接在膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)連接件上，足尖通過(guò)螺釘與足尖連接件固接；大腿支架兩側(cè)分別設(shè)置有第一氣動(dòng)肌肉和第二氣動(dòng)肌肉，第一氣動(dòng)肌肉和第二氣動(dòng)肌肉的兩端分別通過(guò)氣動(dòng)肌肉連接件與髖關(guān)節(jié)連接件和膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)連接件鉸接，小腿支架兩側(cè)分別設(shè)置有第三氣動(dòng)肌肉和第四氣動(dòng)肌肉，第三氣動(dòng)肌肉和第四氣動(dòng)肌肉的兩端分別通過(guò)氣動(dòng)肌肉連接件與膝關(guān)節(jié)外側(cè)連接件和足尖連接件鉸接；髖關(guān)節(jié)連接件與膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)連接件上均設(shè)有第一弧形長(zhǎng)孔，螺釘穿過(guò)弧形長(zhǎng)孔將髖關(guān)節(jié)連接件固定在軀干支架上；膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)連接件上設(shè)有第二弧形長(zhǎng)孔，螺釘穿過(guò)第二弧形長(zhǎng)孔將膝關(guān)節(jié)外側(cè)連接件固定在膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)連接件上。第一弧形長(zhǎng)孔與第二弧形長(zhǎng)孔可以分別實(shí)現(xiàn)大腿單元相對(duì)于軀干支架、小腿單元相對(duì)于大腿單元的安裝角度可調(diào)。使用時(shí)，通過(guò)控制氣動(dòng)肌肉的進(jìn)氣量，模擬生物肌肉的收縮與伸張，拉動(dòng)腿部單元繞關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)腿部的擺動(dòng)。當(dāng)?shù)诙鈩?dòng)肌肉充氣、第一氣動(dòng)肌肉放氣時(shí)，機(jī)器人大腿單元部繞上關(guān)節(jié)軸向第二氣動(dòng)肌肉所在一側(cè)方向擺動(dòng)；當(dāng)?shù)谝粴鈩?dòng)肌肉充氣、第二氣動(dòng)肌肉放氣時(shí)，機(jī)器人大腿單元部繞上關(guān)節(jié)軸向第一氣動(dòng)肌肉所在一側(cè)方向擺動(dòng)。小腿單元的第三氣動(dòng)肌肉放氣，第四氣動(dòng)肌肉充氣時(shí)，小腿單元繞下關(guān)節(jié)軸向第四氣動(dòng)肌肉所在一側(cè)方向擺動(dòng)；第四氣動(dòng)肌肉放氣，第三氣動(dòng)肌肉充氣時(shí)，小腿單元繞下關(guān)節(jié)軸向第三氣動(dòng)肌肉所在一側(cè)方向擺動(dòng)。
[0008]本仿生四足機(jī)器人使用了功率重量比高的氣動(dòng)肌肉作為驅(qū)動(dòng)器，具有成本低、動(dòng)力足、清潔性好的特點(diǎn)；本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)稱協(xié)調(diào)，具有良好的仿生特點(diǎn)，并且便于控制算法的實(shí)現(xiàn)；同時(shí)，本機(jī)器人結(jié)構(gòu)具有行走步態(tài)柔順，適應(yīng)性較好以及較強(qiáng)承載能力的有益特性。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的仿生四足機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖2是單腿組合設(shè)計(jì)裝配圖。
[0011]附圖中:1-軀干支架，2-大腿單元，3-小腿單元，4-髖關(guān)節(jié)連接件，5-膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)連接件，6-膝關(guān)節(jié)外側(cè)連接件，7-足尖連接件，8-足尖，9-大腿支架，10-小腿支架，11-第二氣動(dòng)肌肉，12-第一氣動(dòng)肌肉，13-第三氣動(dòng)肌肉，14-第四氣動(dòng)肌肉，15-軸銷，16-軸承，17-氣動(dòng)肌肉接頭，18-上關(guān)節(jié)軸，19-下關(guān)節(jié)軸，20-第一弧形長(zhǎng)孔，21-第二弧形長(zhǎng)孔。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0013]如圖1所示，是氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的仿生四足機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖。包括:軀干支架I以及安裝在軀干支架上的四條腿，前后腿安裝采用前肘后膝式。
[0014]如圖2所示，機(jī)器人的每條腿均由大腿單元2、小腿單元3兩部分組成。大腿單元2由髖關(guān)節(jié)連接件4、膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)連接件5、大腿支架9、第一氣動(dòng)肌肉12、第二氣動(dòng)肌肉11、軸銷15、軸承16、氣動(dòng)肌肉連接件17、上關(guān)節(jié)軸18組成；小腿單元3由膝關(guān)節(jié)外側(cè)連接件6、足尖連接件7、小腿支架10、第三氣動(dòng)肌肉13、第四氣動(dòng)肌肉14、軸銷15、軸承16、氣動(dòng)肌肉連接件17、下關(guān)節(jié)軸19組成；大腿支架9 一端通過(guò)上關(guān)節(jié)軸18與髖關(guān)節(jié)連接件4鉸接，上關(guān)節(jié)軸18與髖關(guān)節(jié)連接件4之間設(shè)置有軸承16，大腿支架9另一端與膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)連接件5固接；小腿支架10 —端通過(guò)下關(guān)節(jié)軸19與膝關(guān)節(jié)外側(cè)連接件6鉸接，下關(guān)節(jié)軸19與膝關(guān)節(jié)外側(cè)連接件6之間設(shè)置有軸承16，小腿支架10的另一端與足尖連接件7固接；髖關(guān)節(jié)連接件4通過(guò)螺釘固接在軀干支架I上，膝關(guān)節(jié)外側(cè)連接件6通過(guò)螺釘固接在膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)連接件5上，足尖8通過(guò)螺釘與足尖連接件7固接；大腿支架9兩側(cè)分別設(shè)置有第一氣動(dòng)肌肉12和第二氣動(dòng)肌肉11，第一氣動(dòng)肌肉12和第二氣動(dòng)肌肉11的兩端分別通過(guò)氣動(dòng)肌肉連接件17與髖關(guān)節(jié)連接件4和膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)連接件5鉸接，小腿支架10兩側(cè)分別設(shè)置有第三氣動(dòng)肌肉13和第四氣動(dòng)肌肉14，第三氣動(dòng)肌肉13和第四氣動(dòng)肌肉14的兩端分別通過(guò)氣動(dòng)肌肉連接件17與膝關(guān)節(jié)外側(cè)連接件4和足尖連接件7鉸接。使用時(shí)，通過(guò)給氣動(dòng)肌肉充氣與放氣，模擬生物肌肉的收縮與伸張，拉動(dòng)腿部單元繞關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)腿部單元的擺動(dòng)。當(dāng)?shù)诙鈩?dòng)肌肉11充氣、第一氣動(dòng)肌肉12放氣時(shí)，機(jī)器人大腿單元2繞上關(guān)節(jié)軸19向第二氣動(dòng)肌肉11所在一側(cè)方向擺動(dòng)；當(dāng)?shù)谝粴鈩?dòng)肌肉12充氣、第二氣動(dòng)肌肉11放氣時(shí)，機(jī)器人大腿單元2繞上關(guān)節(jié)軸18向第一氣動(dòng)肌肉12所在一側(cè)方向擺動(dòng)；小腿單元3的第三氣動(dòng)肌肉13放氣，第四氣動(dòng)肌肉14充氣，小腿單元3繞下關(guān)節(jié)軸19向第四氣動(dòng)肌肉14所在一側(cè)方向擺動(dòng)；第四氣動(dòng)肌肉14放氣，第三氣動(dòng)肌肉13充氣時(shí)，小腿單元3繞下關(guān)節(jié)軸19向第三氣動(dòng)肌肉13所在一側(cè)方向擺動(dòng)。髖關(guān)節(jié)連接件4與膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)連接件6上均設(shè)有第一弧形長(zhǎng)孔20，螺釘穿過(guò)第一弧形長(zhǎng)孔20將髖關(guān)節(jié)連接件4固定在軀干支架I上。膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)連接件5上設(shè)有第二弧形長(zhǎng)孔21，螺釘穿過(guò)第二弧形長(zhǎng)孔21將膝關(guān)節(jié)外側(cè)連接件6固定在膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)連接件5上。第一弧形長(zhǎng)孔20與第二弧形長(zhǎng)孔21可以分別實(shí)現(xiàn)大腿單元2相對(duì)于軀干支架1、小腿單元3相對(duì)于大腿單元2的安裝角度可調(diào)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的仿生四足機(jī)器人，其特征在于:包括軀干支架(I)以及安裝于軀干支架上的四條腿；所述軀干支架(I)呈方形，所述四條腿分別兩兩安裝在軀干支架(I)的兩側(cè)，每條腿均由大腿單元⑵和小腿單元⑶兩部分組成；所述大腿單元⑵由髖關(guān)節(jié)連接件⑷、膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)連接件(5)、大腿支架(9)、第一氣動(dòng)肌肉(12)、第二氣動(dòng)肌肉(11)、軸銷(15)、軸承(16)、氣動(dòng)肌肉連接件(17)、上關(guān)節(jié)軸(18)組成；所述小腿單元(3)由膝關(guān)節(jié)外側(cè)連接件出)、足尖連接件(7)、小腿支架(10)、第三氣動(dòng)肌肉(13)、第四氣動(dòng)肌肉(14)、軸銷(15)、軸承(16)、氣動(dòng)肌肉連接件(17)下關(guān)節(jié)軸(19)組成;所述大腿支架(9) 一端通過(guò)上關(guān)節(jié)軸(18)與髖關(guān)節(jié)連接件(4)鉸接，上關(guān)節(jié)軸(18)與髖關(guān)節(jié)連接件(4)之間設(shè)置有軸承(16)，大腿支架(9)另一端與膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)連接件(5)固接；所述小腿支架(10) —端通過(guò)下關(guān)節(jié)軸(19)與膝關(guān)節(jié)外側(cè)連接件(6)鉸接，下關(guān)節(jié)軸(19)與膝關(guān)節(jié)外側(cè)連接件(6)之間設(shè)置有軸承(16)，小腿支架(10)的另一端與足尖連接件(7)固接；所述髖關(guān)節(jié)連接件(7)通過(guò)螺釘固接在軀干支架(I)上，膝關(guān)節(jié)外側(cè)連接件(6)通過(guò)螺釘固接在膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)連接件(5)上，足尖(8)通過(guò)螺釘與足尖連接件(7)固接；所述大腿支架(9)兩側(cè)分別設(shè)置有第一氣動(dòng)肌肉(12)和第二氣動(dòng)肌肉(11)，第一氣動(dòng)肌肉(12)和第二氣動(dòng)肌肉(11)的兩端分別通過(guò)氣動(dòng)肌肉連接件(17)與髖關(guān)節(jié)連接件(4)和膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)連接件(5)鉸接，所述小腿支架(10)兩側(cè)分別設(shè)置有第三氣動(dòng)肌肉(13)和第四氣動(dòng)肌肉(14)，第三氣動(dòng)肌肉(13)和第四氣動(dòng)肌肉(14)的兩端分別通過(guò)氣動(dòng)肌肉連接件(17)與膝關(guān)節(jié)外側(cè)連接件(4)和足尖連接件(7)鉸接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的仿生四足機(jī)器人，其特征在于:所述髖關(guān)節(jié)連接件(4)與膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)連接件(6)上均設(shè)有第一弧形長(zhǎng)孔(20)，螺釘穿過(guò)第一弧形長(zhǎng)孔(20)將髖關(guān)節(jié)連接件(4)固定在軀干支架(I)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的仿生四足機(jī)器人，其特征在于:所述膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)連接件(5)上設(shè)有第二弧形長(zhǎng)孔(21)，螺釘穿過(guò)第二弧形長(zhǎng)孔(21)將膝關(guān)節(jié)外側(cè)連接件(6)固定在膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)連接件(5)上。
【專利摘要】本實(shí)用新型是一種氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的仿生四足機(jī)器人。包括軀干支架以及安裝在軀干支架上的四條腿；每條腿均由大腿單元與小腿單元組成；包括髖部關(guān)節(jié)連接件、內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)連接件、外側(cè)關(guān)節(jié)連接件、足尖連接件、足尖、大腿支架、小腿支架、第二氣動(dòng)肌肉、第一氣動(dòng)肌肉、第三氣動(dòng)肌肉、第四氣動(dòng)肌肉、軸銷、軸承、氣動(dòng)肌肉接頭、支柱、上關(guān)節(jié)軸、下關(guān)節(jié)軸。氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的四足機(jī)器人腿部設(shè)計(jì)對(duì)稱協(xié)調(diào)，具有良好的仿生特點(diǎn)，便于控制算法的實(shí)現(xiàn)；本四足機(jī)器人結(jié)構(gòu)具有行走步態(tài)柔順，適應(yīng)性較好，具有較強(qiáng)承載能力的有益特性。
【IPC分類】B62D57-032
【公開號(hào)】CN204399319
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520038822
【發(fā)明人】張斌, 干蘇, 王斌銳
【申請(qǐng)人】中國(guó)計(jì)量學(xué)院
【公開日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2015年1月14日