一种三自由度仿生跳跃机械腿制造技术

本发明专利技术公开了一种三自由度仿生跳跃机械腿，属于仿生机械人领域。它包括脚掌、机械小腿、机械大腿和躯体，此外还包括复合踝关节，复合膝关节和复合髋关节；每个关节均包括关节本体、关节动力装置和关节能储存机构，踝动力装置与膝动力装置、髋动力装置结构相同，均包括双程记忆材料和加热元件；踝关节能储存机构与膝关节能储存机构、髋关节能储存机构结构相同，均包括弹性储存元件、装设于凸台A上的热粘结涂层A、装设于凸台B上的热粘结涂层B，凸台A与凸台B由压电材料组成，热粘结涂层A与热粘结涂层B内部设有用于加热的电阻丝。本发明专利技术是一种结构简单、依靠记忆材料驱动关节运动、三自由度仿生跳跃机械腿。

A Bionic Jumping Mechanical Leg with Three Degrees of Freedom

The invention discloses a three-degree-of-freedom bionic jumping mechanical leg, which belongs to the field of bionic robots. It includes the sole, leg, leg and body, as well as ankle joint, knee joint and hip joint. Each joint includes joint body, joint power device and joint energy storage mechanism. Ankle power device has the same structure as knee power device and hip power device, including two-way memory materials and heating elements; Ankle joint energy storage mechanism and knee joint energy storage mechanism. Joint energy storage mechanism and hip energy storage mechanism have the same structure. They all include elastic storage element, thermal bonding coating A mounted on convex A, thermal bonding coating B mounted on convex B. Convex A and convex B are composed of piezoelectric materials. Thermal bonding coating A and thermal bonding coating B are internally equipped with resistance wires for heating. The invention is a bionic jumping mechanical leg with simple structure, joint motion driven by memory material and three degrees of freedom.

【技术实现步骤摘要】
一种三自由度仿生跳跃机械腿
本专利技术主要涉及仿生机械人领域，特指一种三自由度仿生跳跃机械腿。
技术介绍
随着机器人技术的不断发展，机器人的应用将要求牠具有较强的越障能量，以适应自然界复杂的地貌环境。现有技术中仿生跳跃机器人的跳跃主要有退步的弹跳来实现，主要依靠液压驱动器或者弹簧来完成，从而导致体积较大，结构与控制复杂，自重较大，使得机器人跳跃时消耗较多的能量。
技术实现思路
本专利技术需解决的技术问题是：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种结构简单、依靠记忆材料驱动关节运动、三自由度仿生跳跃机械腿。为了解决上述问题，本专利技术提出的解决方案为：一种三自由度仿生跳跃机械腿，它包括脚掌、机械小腿、机械大腿和躯体，此外还包括装设于所述脚掌与机械小腿之间的复合踝关节，装设于所述机械小腿与所述机械大腿之间的复合膝关节，以及装设于所述机械大腿与所述躯体之间的复合髋关节；其特征在于：所述复合踝关节包括踝关节本体、踝动力装置和踝关节能储存机构；所述复合膝关节包括膝关节本体、膝动力装置和膝关节能储存机构；所述复合髋关节包括髋关节本体、髋动力装置和髋关节能储存机构；所述踝关节本体、所述膝关节本体与所述髋关节本体均为铰链；所述踝动力装置与所述膝动力装置、所述髋动力装置结构相同，均包括双程记忆材料和加热元件；所述踝关节能储存机构与所述膝关节能储存机构、所述髋关节能储存机构结构相同，均包括弹性储存元件、装设于凸台A上的热粘结涂层A、装设于凸台B上的热粘结涂层B，所述凸台A与所述凸台B由压电材料组成，所述热粘结涂层A与所述热粘结涂层B内部设有用于加热的电阻丝。所述双程记忆材料的高温母相为直线形奥氏体，室温为U形马氏体；所述复合踝关节附近的所述脚掌和所述机械小腿上均设有可放置所述踝动力装置的凹槽；所述复合膝关节附近的所述机械小腿和所述机械大腿上均设有可放置所述膝动力装置的凹槽；所述复合髋关节附近的所述机械大腿和所述躯体上均设有可放置所述髋动力装置的凹槽；所述三个关节动力装置均可沿相应的凹槽壁自由滑动。所述热粘结涂层A与所述热粘结涂层B粘结在一起时，所述弹性储能元件因压缩储存弹性势能，对应的弹性力刚好与粘结力构成平衡；所述双程记忆材料在所述加热元件的作用下由U形马氏体转变为直线形奥氏体，破坏掉所述热粘结涂层A与所述热粘结涂层B的粘结力，释放所述弹性储能元件储存的能量。所述踝关节能储存机构中的所述凸台A与所述凸台B分别装设于所述脚掌和所述机械小腿上；所述膝关节能储存机构的所述凸台A与所述凸台B分别装设于所述机械小腿和所述机械大腿上；所述髋关节能储存机构中的所述凸台A与所述凸台B分别装设于所述机械大腿和所述躯体上。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：(1)本专利技术的一种三自由度仿生跳跃机械腿，设有关节动力装置，通过加热元件对双程记忆材料的加热驱动脚掌、机械小腿、机械大腿、躯体之间的相对正向转动，增加关节角度；停止加热后双程记忆材料在冷却过程中再次驱动脚掌、机械小腿、机械大腿躯体之间的相对反向转动，缩小关节角度。(2)本专利技术的一种三自由度仿生跳跃机械腿，还设有关节能储存机构，在粘结力与弹性力的不稳定平衡状态存储能量，双程记忆材料变形时打破这种平衡，弹性力爆发式释放，从而有助于跳跃。由此可知，本专利技术结构简单合理、借助双程记忆材料和关节能储存机构实现了关节能量的快速释放，从而缩小了关节体积、简化了关节运动的控制结构，提高了机械腿的跳跃能力。附图说明图1是本专利技术的一种三自由度仿生跳跃机械腿的复合膝关节储存能量时的结构示意图。图2是本专利技术的一种三自由度仿生跳跃机械腿的复合膝关节释放能量后的结构示意图。图中，1—脚掌；2—机械小腿；3—机械大腿；4—躯体；5—复合踝关节；52—踝关节能储存机构；6—复合膝关节；611—双程记忆材料；612—加热元件；621—弹性储能元件；622—热粘结涂层A；623—热粘结涂层B；624—凸台A；625—凸台B；7—复合髋关节；72—髋关节能储存机构。具体实施方式以下将结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。参见图1和图2所示，本专利技术的一种三自由度仿生跳跃机械腿，包括脚掌1、机械小腿2、机械大腿3和躯体4，此外还包括装设于脚掌1与机械小腿2之间的复合踝关节5，装设于机械小腿2与机械大腿3之间的复合膝关节6，以及装设于机械大腿3与躯体4之间的复合髋关节7。参见图1和图2所示，复合踝关节5包括踝关节本体、踝动力装置和踝关节能储存机构52；复合膝关节6包括膝关节本体、膝动力装置和膝关节能储存机构；复合髋关节7包括髋关节本体、髋动力装置和髋关节能储存机构72；踝关节本体、膝关节本体与髋关节本体均为铰链。参见图1和图2所示，踝动力装置与膝动力装置、髋动力装置结构相同，均包括双程记忆材料611和加热元件612。参见图1和图2所示，踝关节能储存机构52与膝关节能储存机构、髋关节能储存机构72结构相同，均包括弹性储存元件621、装设于凸台A624上的热粘结涂层A622、装设于凸台B625上的热粘结涂层B623，凸台A624与凸台B625由压电材料组成，热粘结涂层A622与热粘结涂层B623内部设有用于加热的电阻丝。参见图1和图2所示，根据权利要求1的一种三自由度仿生跳跃机械腿，其特征在于：双程记忆材料611的高温母相为直线形奥氏体，室温为U形马氏体；复合踝关节5附近的脚掌1和机械小腿2上均设有可放置踝动力装置的凹槽；复合膝关节6附近的机械小腿2和机械大腿3上均设有可放置膝动力装置的凹槽；复合髋关节7附近的机械大腿3和躯体4上均设有可放置髋动力装置的凹槽；三个关节动力装置均可沿相应的凹槽壁自由滑动。参见图1和图2所示，热粘结涂层A622与热粘结涂层B623粘结在一起时，弹性储能元件621因压缩储存弹性势能，对应的弹性力刚好与粘结力构成平衡；双程记忆材料611在加热元件612的作用下由U形马氏体转变为直线形奥氏体，破坏掉热粘结涂层A622与热粘结涂层B623的粘结力，释放弹性储能元件621储存的能量。参见图1和图2所示，踝关节能储存机构52中的凸台A与凸台B分别装设于脚掌1和机械小腿2上；膝关节能储存机构的凸台A与凸台B分别装设于机械小腿2和机械大腿3上；髋关节能储存机构72中的凸台A与凸台B分别装设于机械大腿3和躯体4上。作为优选的，弹性储能元件选择可显著发生弹性变形的金属抗压弹簧；双程记忆材料611的表面可涂一层润滑剂，减小它在凹槽内的摩擦力。工作原理：下面以复合膝关节6快速释放能量为例讲述一下工作原理。热粘结涂层A622与热粘结涂层B623在粘结力的作用下粘结在一起，弹性储能元件621因压缩变形储存了大量的弹性势能，此时粘结力与弹性力组成平衡；加热元件612开始对双程记忆材料611加热，双程记忆材料611将由U形转变为直线形，由于双程记忆材料611位于复合膝关节6附件的机械小腿2和机械大腿3附件的凹槽内，从而带动机械小腿2相对于机械大腿3向外转动；在弹性力与双程记忆材料611的共同作用下，热粘结涂层A622与热粘结涂层B623突然分开，弹性储能元件621快速释放能量，加速机械小腿2与机械大腿3的相对转动，从而驱动躯体4弹跳；加热元件612停止加热后，双程记忆材料611冷却将由直线向转变为U形，凸台A624和凸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三自由度仿生跳跃机械腿，包括脚掌(1)、机械小腿(2)、机械大腿(3)和躯体(4)，此外还包括装设于所述脚掌(1)与机械小腿(2)之间的复合踝关节(5)，装设于所述机械小腿(2)与所述机械大腿(3)之间的复合膝关节(6)，以及装设于所述机械大腿(3)与所述躯体(4)之间的复合髋关节(7)；其特征在于：所述复合踝关节(5)包括踝关节本体、踝动力装置和踝关节能储存机构(52)；所述复合膝关节(6)包括膝关节本体、膝动力装置和膝关节能储存机构；所述复合髋关节(7)包括髋关节本体、髋动力装置和髋关节能储存机构(72)；所述踝关节本体、所述膝关节本体与所述髋关节本体均为铰链；所述踝动力装置与所述膝动力装置、所述髋动力装置结构相同，均包括双程记忆材料(611)和加热元件(612)；所述踝关节能储存机构(52)与所述膝关节能储存机构、所述髋关节能储存机构(72)结构相同，均包括弹性储存元件(621)、装设于凸台A(624)上的热粘结涂层A(622)、装设于凸台B(625)上的热粘结涂层B(623)，所述凸台A(624)与所述凸台B(625)由压电材料组成，所述热粘结涂层A(622)与所述热粘结涂层B(623)内部设有用于加热的电阻丝。...

【技术特征摘要】
1.一种三自由度仿生跳跃机械腿，包括脚掌(1)、机械小腿(2)、机械大腿(3)和躯体(4)，此外还包括装设于所述脚掌(1)与机械小腿(2)之间的复合踝关节(5)，装设于所述机械小腿(2)与所述机械大腿(3)之间的复合膝关节(6)，以及装设于所述机械大腿(3)与所述躯体(4)之间的复合髋关节(7)；其特征在于：所述复合踝关节(5)包括踝关节本体、踝动力装置和踝关节能储存机构(52)；所述复合膝关节(6)包括膝关节本体、膝动力装置和膝关节能储存机构；所述复合髋关节(7)包括髋关节本体、髋动力装置和髋关节能储存机构(72)；所述踝关节本体、所述膝关节本体与所述髋关节本体均为铰链；所述踝动力装置与所述膝动力装置、所述髋动力装置结构相同，均包括双程记忆材料(611)和加热元件(612)；所述踝关节能储存机构(52)与所述膝关节能储存机构、所述髋关节能储存机构(72)结构相同，均包括弹性储存元件(621)、装设于凸台A(624)上的热粘结涂层A(622)、装设于凸台B(625)上的热粘结涂层B(623)，所述凸台A(624)与所述凸台B(625)由压电材料组成，所述热粘结涂层A(622)与所述热粘结涂层B(623)内部设有用于加热的电阻丝。2.根据权利要求1所述的一种三自由度仿生跳跃机械腿，其特征在于：所述双程记忆材料(611)的高温母相为直...

【专利技术属性】
技术研发人员：班书昊，李晓艳，徐然，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32