一种气动肌肉拮抗式驱动的仿青蛙游动机器人，它涉及一种仿青蛙游动机器人。本发明专利技术使用拮抗式肌肉驱动关节，能够同时调整关节的角度和刚度，并且机器人整体结构紧凑，能够实现水下运动。本发明专利技术的每个大腿本体(2)分别通过一个髋关节(5)可转动安装在基体本体(1)的一侧，每个小腿本体(3)通过一个膝关节(6)与一个大腿本体(2)可转动连接，每个足部(4)通过一个踝关节(7)与一个小腿本体(3)可转动连接。本发明专利技术尤其适用于水下环境探索。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种仿青蛙游动机器人，具体涉及一种气动肌肉拮抗式驱动的仿青蛙游动机器人，属于机器人
技术介绍
由于海洋资源开发的需求，近年来以高推进效率、快速机动、低功耗、低噪声为研究目标的仿生水下推进机器人受到国内外学者的广泛关注。人们较早开始了对仿鱼类游动机器人的研究，而对仿青蛙游动机器人的研究较少，青蛙游动是一种间歇性、爆发性的瞬时驱动游动方式，其具有快速的机动性和灵活性，包括快速的起动速度以及转向能力。相比于鱼类游动，更容易与其他运动模式相融合，而且青蛙基于划动机理的游动方式克服了鱼类游动过程中非对称摆动造成的不稳定性。哈尔滨工业大学研制的仿青蛙跳跃机构以气动肌肉为驱动器，每个关节由一个气动肌肉和一个复位弹簧驱动，可完成青蛙的仿生蹬腿、收腿等动作。但是该机构在蹬腿时气动肌肉要克服弹簧力，收腿时由弹簧自由收缩不能控制收腿速度，这样导致实际驱动能力差。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有的仿青蛙跳跃机构以气动肌肉为驱动器，，每个关节由一个气动肌肉和一个复位弹簧驱动，可完成青蛙的仿生蹬腿、收腿等动作。但是该机构在蹬腿时气动肌肉要克服弹簧力，收腿时由弹簧自由收缩不能控制收腿速度，这样存在实际驱动能力差的问题，进而提供一种气动肌肉拮抗式驱动的仿青蛙游动机器人。本专利技术的技术方案是：一种气动肌肉拮抗式驱动的仿青蛙游动机器人，它包括基体本体、两个大腿本体、两个小腿本体、两个足部、两个髋关节、两个膝关节和两个踝关节，每个大腿本体分别通过一个髋关节可转动安装在基体本体的一侧，每个小腿本体通过一个膝关节与一个大腿本体可转动连接，每个足部通过一个踝关节与一个小腿本体可转动连接，基体本体包括密封舱、两个支撑板、两个基体骨骼上、两个基体骨骼下、四个气动肌肉第一连接件、四个髋关节驱动气动肌肉、两个基体骨骼连接件和供气气动系统，供气气动系统安装在密封舱内，两个支撑板分别安装在密封舱的左右两侧，一个基体骨骼上和一个基体骨骼下为一组气动肌肉架体，一个基体骨骼上和一个基体骨骼下由上至下依次分别安装在一个支撑板上，每组气动肌肉架体之间分别通过一个基体骨骼连接件支撑连接，两个髋关节驱动气动肌肉安装在一组气动肌肉架体上，两个髋关节驱动气动肌肉的一端通过两个气动肌肉第一连接件安装在气动肌肉架体的左右两端，两个髋关节驱动气动肌肉的另一端通过一个髋关节与大腿本体连接，两个大腿本体和两个小腿本体的结构相同，每个大腿本体均包括密封壳上、大腿密封壳、大腿骨骼上、大腿骨骼下、大腿骨骼连接件和两个膝关节驱动气动肌肉，大腿骨骼上和大腿骨骼下上下设置，大腿骨骼上和大腿骨骼下之间通过大腿骨骼连接件连接，两个膝关节驱动气动肌肉的一端与大腿骨骼上和大腿骨骼下的一端连接，两个膝关节驱动气动肌肉的另一端与膝关节连接，密封壳上和大腿密封壳分别密封盖装在大腿骨骼上和大腿骨骼下的上下两端；足部包括脚蹼连杆、脚掌、脚掌支撑、四个脚趾和脚蹼，脚掌通过脚掌支撑与脚蹼连杆连接，每个脚趾与脚掌转动连接，脚蹼与四个脚趾连接；膝关节包括固定基座、旋转基座、旋转轴、静密封机构、动密封机构、第一轴承、杠杆、两个驱动器和编码器，固定基座和旋转基座上下设置，旋转轴竖直穿设在固定基座和旋转基座内，旋转轴与固定基座和旋转基座之间的连接处通过动密封机构密封，旋转基座内通过静密封机构与旋转轴密封连接，编码器安装在固定基座内的旋转轴的上端，杠杆和第一轴承依次套装在旋转轴上，杠杆与旋转轴的上部相互配合实现联动，两个驱动器的末端分别与杠杆的一端连接；静密封机构包括第一密封圈、旋转筋骨和螺钉，伸入到旋转基座内的旋转轴下部设有静密封阶梯台肩，旋转筋骨的设有多个筋骨台肩，旋转筋骨套装在旋转轴下部的静密封阶梯台肩上，静密封阶梯台肩上部外侧壁与旋转筋骨之间留有静密封空隙，第一密封圈套装在静密封空隙内，螺钉穿设在旋转筋骨的下部；动密封机构包括第二密封圈、V型密封圈和套筒，第二密封圈套装在旋转轴的外侧壁上，且第二密封圈与固定基座的壳体之间留有储油腔室，V型密封圈套装在旋转轴上并位于固定基座的壳体的下部内侧壁与旋转基座的上端之间，套筒套装在旋转轴的外侧壁上，且位于V型密封圈的下端；髋关节包括髋关节轴、髋关节轴承座、两个气动肌肉第二连接件和两个拉杆，髋关节轴的上部与基体骨骼上和基体骨骼下固定连接，髋关节轴承座可转动套装在髋关节轴上，髋关节轴的下部与大腿骨骼下转动连接，并且转动处通过动密封机构密封，两个拉杆的一端固连在大腿骨骼下中，两个拉杆另一端对称安装在髋关节轴承座的两端，每个拉杆还插在一个气动肌肉第二连接件中，气动肌肉第二连接件与一个髋关节驱动气动肌肉连接。本专利技术与现有技术相比具有以下效果：1.本专利技术采用了仿生度高的拮抗式肌肉驱动关节运动的形式，通过两个气动肌肉驱动单个关节，通过一个气动肌肉收缩一个气动肌肉舒张带动关节轴转动，进而实现蹬腿与收腿动作，能够精确和快速控制关节位置，并且能够调整关节刚度，提高整体机构稳定性。2.本专利技术中各本体采用创新性的配置方式，基体本体、大腿本体、小腿本体和足部为两两层叠方式设置，即两个大腿本体始端设置在基体本体末端上方，两个小腿本体始端设置在大腿本体末端下方，足部始端设置在小腿本体末端上方，由此能够根据需要调整两关节间距，不受内部机构几何参数影响。3.本专利技术气动肌肉连接件通过轴与各杆件相连，从而使基体本体、大腿本体和小腿本体均具有水下密封结构，电气系统可以集成在壳体内部，实现机器人的独立游动。附图说明图1是本专利技术的整体结构示意图，图2是图1的俯视图，图3是图1的侧视图，图4是图1的局部放大图，图5是膝关节的主剖视图，图6是图5的局部放大图，图7是本发明的气动系统原理图；图8是本专利技术气动系统一种安装结构图，图9是大腿部分结构示意图。具体实施方式具体实施方式一：结合图1至图9说明本实施方式，本实施方式一种气动肌肉拮抗式驱动的仿青蛙游动机器人，它包括基体本体1、两个大腿本体2、两个小腿本体3、两个足部4、两个髋关节5、两个膝关节6和两个踝关节7，每个大腿本体2分别通过一个髋关节5可转动安装在基体本体1的一侧，每个小腿本体3通过一个膝关节6与一个大腿本体2可转动连接，每个足部4通过一个踝关节7与一个小腿本体3可转动连接，基体本体1包括密封舱1-1、两个支撑板1-2、两个基体骨骼上1-3、两个基体骨骼下1-4、四个气动肌肉第一连接件1-5、四个髋关节驱动气动肌肉1-6、两个基体骨骼连接件1-7和供气气动系统，供气气动系统本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种气动肌肉拮抗式驱动的仿青蛙游动机器人，其特征在于：它包括基体本体(1)、两个大腿本体(2)、两个小腿本体(3)、两个足部(4)、两个髋关节(5)、两个膝关节(6)和两个踝关节(7)，每个大腿本体(2)分别通过一个髋关节(5)可转动安装在基体本体(1)的一侧，每个小腿本体(3)通过一个膝关节(6)与一个大腿本体(2)可转动连接，每个足部(4)通过一个踝关节(7)与一个小腿本体(3)可转动连接，基体本体(1)包括密封舱(1‑1)、两个支撑板(1‑2)、两个基体骨骼上(1‑3)、两个基体骨骼下(1‑4)、四个气动肌肉第一连接件(1‑5)、四个髋关节驱动气动肌肉(1‑6)、两个基体骨骼连接件(1‑7)和供气气动系统，供气气动系统安装在密封舱(1‑1)内，两个支撑板(1‑2)分别安装在密封舱(1‑1)的左右两侧，一个基体骨骼上(1‑3)和一个基体骨骼下(1‑4)为一组气动肌肉架体，一个基体骨骼上(1‑3)和一个基体骨骼下(1‑4)由上至下依次分别安装在一个支撑板(1‑2)上，每组气动肌肉架体之间分别通过一个基体骨骼连接件(1‑7)支撑连接，两个髋关节驱动气动肌肉(1‑6)安装在一组气动肌肉架体上，两个髋关节驱动气动肌肉(1‑6)的一端通过两个气动肌肉第一连接件(1‑5)安装在气动肌肉架体的左右两端，两个髋关节驱动气动肌肉(1‑6)的另一端通过一个髋关节(5)与大腿本体(2)连接，两个大腿本体(2)和两个小腿本体(3)的结构相同，每个大腿本体(2)均包括密封壳上(2‑1)、大腿密封壳(2‑2)、大腿骨骼上(2‑3)、大腿骨骼下(2‑4)、大腿骨骼连接件(2‑5)和两个膝关节驱动气动肌肉(2‑6)，大腿骨骼上(2‑3)和大腿骨骼下(2‑4)上下设置，大腿骨骼上(2‑3)和大腿骨骼下(2‑4)之间通过大腿骨骼连接件(2‑5)连接，两个膝关节驱动气动肌肉(2‑6)的一端与大腿骨骼上(2‑3)和大腿骨骼下(2‑4)的一端连接，两个膝关节驱动气动肌肉(2‑6)的另一端与膝关节(6)连接，密封壳上(2‑1)和大腿密封壳(2‑2)分别密封盖装在大腿骨骼上(2‑3)和大腿骨骼下(2‑4)的上下两端；足部(4)包括脚蹼连杆(4‑1)、脚掌(4‑2)、脚掌支撑(4‑3)、四个脚趾(4‑4)和脚蹼(4‑5)，脚掌(4‑2)通过脚掌支撑(4‑3)与脚蹼连杆(4‑1)连接，每个脚趾(4‑4)与脚掌(4‑2)转动连接，脚蹼(4‑5)与四个脚趾(4‑4)连接；膝关节(6)包括固定基座(A‑1)、旋转基座(A‑2)、旋转轴(A‑3)、静密封机构(A‑4)、动密封机构(A‑5)、第一轴承(A‑6)、杠杆(A‑7)、两个驱动器(A‑8)和编码器(A‑9)，固定基座(A‑1)和旋转基座(A‑2)上下设置，旋转轴(A‑3)竖直穿设在固定基座(A‑1)和旋转基座(A‑2)内，旋转轴(A‑3)与固定基座(A‑1)和旋转基座(A‑2)之间的连接处通过动密封机构(A‑5)密封，旋转基座(A‑2)内通过静密封机构(A‑4)与旋转轴(A‑3)密封连接，编码器(A‑9)安装在固定基座(A‑1)内的旋转轴(A‑3)的上端，杠杆(A‑7)和第一轴承(A‑6)依次套装在旋转轴(A‑3)上，杠杆(A‑7)与旋转轴(A‑3)的上部相互配合实现联动，两个驱动器(A‑8)的末端分别与杠杆(A‑7)的一端连接；静密封机构(A‑4)包括第一密封圈(A‑4‑1)、旋转筋骨(A‑4‑2)和螺钉(A‑4‑3)，伸入到旋转基座(A‑2)内的旋转轴(A‑3)下部设有静密封阶梯台肩，旋转筋骨(A‑4‑2)的设有多个筋骨台肩，旋转筋骨(A‑4‑2)套装在旋转轴(A‑3)下部的静密封阶梯台肩上，静密封阶梯台肩上部外侧壁与旋转筋骨(A‑4‑2)之间留有静密封空隙，第一密封圈(A‑4‑1)套装在静密封空隙内，螺钉(A‑4‑3)穿设在旋转筋骨(A‑4‑2)的下部；动密封机构(A‑5)包括第二密封圈(A‑5‑1)、V型密封圈(A‑5‑2)和套筒(A‑5‑3)，第二密封圈(A‑5‑1)套装在旋转轴(A‑3)的外侧壁上，且第二密封圈(A‑5‑1)与固定基座(A‑1)的壳体之间留有储油腔室，V型密封圈(A‑5‑2)套装在旋转轴(A‑3)上并位于固定基座(A‑1)的壳体的下部内侧壁与旋转基座(A‑2)的上端之间，套筒(A‑5‑3)套装在旋转轴(A‑3)的外侧壁上，且位于V型密封圈(A‑5‑2)的下端；髋关节(5)包括髋关节轴(5‑1)、髋关节轴承座(5‑2)、两个气动肌肉第二连接件(5‑3)和两个拉杆(5‑4)，髋关节轴(5‑1)的上部与基体骨骼上(1‑3)和基体骨骼下(1‑4)固定连接，髋关节轴承座(5‑2)可转动套装在髋关节轴(5‑1)上，髋关节轴(5‑1)的下部与大腿骨骼下(2‑4)转动连接，并且转动处通过动密封机构(A‑5)密封...
【技术特征摘要】
1.一种气动肌肉拮抗式驱动的仿青蛙游动机器人，其特征在于：它包括基体本体(1)、
两个大腿本体(2)、两个小腿本体(3)、两个足部(4)、两个髋关节(5)、两个膝关节(6)
和两个踝关节(7)，每个大腿本体(2)分别通过一个髋关节(5)可转动安装在基体本体
(1)的一侧，每个小腿本体(3)通过一个膝关节(6)与一个大腿本体(2)可转动连接，
每个足部(4)通过一个踝关节(7)与一个小腿本体(3)可转动连接，
基体本体(1)包括密封舱(1-1)、两个支撑板(1-2)、两个基体骨骼上(1-3)、两个
基体骨骼下(1-4)、四个气动肌肉第一连接件(1-5)、四个髋关节驱动气动肌肉(1-6)、
两个基体骨骼连接件(1-7)和供气气动系统，供气气动系统安装在密封舱(1-1)内，两
个支撑板(1-2)分别安装在密封舱(1-1)的左右两侧，一个基体骨骼上(1-3)和一个基
体骨骼下(1-4)为一组气动肌肉架体，一个基体骨骼上(1-3)和一个基体骨骼下(1-4)
由上至下依次分别安装在一个支撑板(1-2)上，每组气动肌肉架体之间分别通过一个基体
骨骼连接件(1-7)支撑连接，两个髋关节驱动气动肌肉(1-6)安装在一组气动肌肉架体
上，两个髋关节驱动气动肌肉(1-6)的一端通过两个气动肌肉第一连接件(1-5)安装在
气动肌肉架体的左右两端，两个髋关节驱动气动肌肉(1-6)的另一端通过一个髋关节(5)
与大腿本体(2)连接，
两个大腿本体(2)和两个小腿本体(3)的结构相同，每个大腿本体(2)均包括密封
壳上(2-1)、大腿密封壳(2-2)、大腿骨骼上(2-3)、大腿骨骼下(2-4)、大腿骨骼连接
件(2-5)和两个膝关节驱动气动肌肉(2-6)，大腿骨骼上(2-3)和大腿骨骼下(2-4)上
下设置，大腿骨骼上(2-3)和大腿骨骼下(2-4)之间通过大腿骨骼连接件(2-5)连接，
两个膝关节驱动气动肌肉(2-6)的一端与大腿骨骼上(2-3)和大腿骨骼下(2-4)的一端
连接，两个膝关节驱动气动肌肉(2-6)的另一端与膝关节(6)连接，密封壳上(2-1)和
大腿密封壳(2-2)分别密封盖装在大腿骨骼上(2-3)和大腿骨骼下(2-4)的上下两端；
足部(4)包括脚蹼连杆(4-1)、脚掌(4-2)、脚掌支撑(4-3)、四个脚趾(4-4)和
脚蹼(4-5)，脚掌(4-2)通过脚掌支撑(4-3)与脚蹼连杆(4-1)连接，每个脚趾(4-4)
与脚掌(4-2)转动连接，脚蹼(4-5)与四个脚趾(4-4)连接；
膝关节(6)包括固定基座(A-1)、旋转基座(A-2)、旋转轴(A-3)、静密封机构(A-4)、
动密封机构(A-5)、第一轴承(A-6)、杠杆(A-7)、两个驱动器(A-8)和编码器(A-9)，
固定基座(A-1)和旋转基座(A-2)上下设置，旋转轴(A-3)竖直穿设在固定基座(A-1)
和旋转基座(A-2)内，旋转轴(A-3)与固定基座(A-1)和旋转基座(A-2)之间的连接
处通过动密封机构(A-5)密封，旋转基座(A-2)内通过静密封机构(A-4)与旋转轴(A-3)
密封连接，编码器(A-9)安装在固定基座(A-1)内的旋转轴(A-3)的上端，杠杆(A-7)
\t和第一轴承(A-6)依次套装在旋转轴(A-3)上，杠杆(A-7)与旋转轴(A-3)的上部相
互配合实现联动，两个驱动器(A-8)的末端分别与杠杆(A-7)的一端连接；
静密封机构(A-4)包括第一密封圈(A-4-1)、旋转筋骨(A-4-2)和螺钉(A-4-3)，
伸入到旋转基座(A-2)内的旋转轴(A-3)下部设有静密封阶梯台肩，旋转筋骨(A-4-2)
的设有多个筋骨台肩，旋转筋骨(A-4-2)套装在旋转轴(A-3)下部的静密封阶梯台肩上，
静密封阶梯台肩上部外侧壁与旋转筋骨(A-4-2)之间留有静密封空隙，第一密封圈(A-4-1)
套装在静密封空隙内，螺钉(A-4-3)穿设在旋转筋骨(A-4-2)的下部；
动密封机构(A-5)包括第二密封圈(...
【专利技术属性】
技术研发人员：樊继壮，赵杰，张伟，孔彭城，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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