【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机器人关节系统，具体属于一种基于仿生肌肉驱动的三自由度拮抗关节。
技术介绍
1、近年来，机器人在环境探测、物资运输、军事侦察、家庭服务等领域应用越来越广。其中，仿壁虎的黏附爬行机器人由于其足端的黏附特性，具有在多类型表面(光滑/粗糙、硬质/软质、平面/曲面)自由巡游的能力，被逐步应用于高价值航天器的在轨巡检等任务中。普通机器人的足端与支撑面的接触为点接触，因此其腿部最少有三个自由度，满足位置要求即可；而黏附爬行机器人的足端需要保证黏附面与支撑面平行，其腿部最少有六个自由度，其中的三个自由度布置在踝关节，需满足位置和姿态的要求。
2、传统的机器人关节由电机、减速器、传感器等组成，要实现踝关节的三个自由度，只能将三个关节串联起来，造成踝关节体积质量庞大，无法用于体现较小的黏附爬行机器人。仿生肌肉是一种新型智能驱动材料，它形态上类似一根条状绳索，通过外加电场的调控可以实现主动收缩和回复，利用收缩时产生的拉力即可作为关节的驱动源，可以替代传统的机器人关节电机等，在极小的体积质量下实现三自由度的集成。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的是机器人关节的三个主动自由度如何轻巧紧凑的集成的问题。
2、为了解决上述问题，本专利技术提供一种基于仿生肌肉驱动的三自由度拮抗关节，包含：
3、基座组件，包含关节上基座和关节下基座，两者相对表面的中心区域设有配合形成球铰的球形凹槽和球形体；关节上基座和关节下基座之间设有四个仿生肌肉固定座，分布在球铰的外围，且
4、四组直拉仿生肌肉，位于基座组件的四边，各自连接在关节上基座和关节下基座之间；其中两组对向设置的第一直拉仿生肌肉和第三直拉仿生肌肉，伸缩状态相互配合，用于驱动拮抗关节的第一个自由度转动；另两组对向设置的第二直拉仿生肌肉和第四直拉仿生肌肉，伸缩状态相互配合，用于驱动拮抗关节的第二个自由度转动；
5、八组斜拉仿生肌肉，位于关节上基座和关节下基座之间，且各自从基座组件的一个角落连接到对应的一个仿生肌肉固定座；基座组件每一边两侧的两个角落，和朝着这一边的仿生肌肉固定座相对应，用于分别固定其中两组斜拉仿生肌肉；八组斜拉仿生肌肉分为两个驱动组，一个驱动组用于共同驱动拮抗关节的第三自由度的一个转动方向，另一个驱动组用于共同驱动所述第三个自由度的另一个转动方向；每一组斜拉仿生肌肉和与其相邻一组的斜拉仿生肌肉处在不同的驱动组；
6、四个弹簧，位于基座组件的四个角落，各自连接在关节上基座和关节下基座之间；初始状态时，弹簧、直拉仿生肌肉和斜拉仿生肌肉均处在原长状态，关节上基座和关节下基座平行设置；所述第一个自由度、第二个自由度平行于关节上基座和关节下基座，所述第三个自由度垂直于关节上基座和关节下基座。
7、进一步，所述关节上基座具有四个弹簧配合槽，对各弹簧的一端进行固定；所述关节下基座具有四个柱轴，各柱轴的中心设有配合槽，对各弹簧的另一端进行固定。
8、进一步，所述关节下基座具有四个固定环，与四个柱轴相对应；每个柱轴的外侧与一个对应固定环的内侧滑动配合，形成滑动轴承。
9、进一步，所述四个仿生肌肉固定座，分别对各组斜拉仿生肌肉的靠近于基座组件中心区域的一端进行固定；
10、四个固定环的外侧，分别对各组斜拉仿生肌肉的靠近于基座组件角落的一端进行固定；每个固定环连接了与其所在角落相对应的两组斜拉仿生肌肉，且这两组斜拉仿生肌肉分别连接到了靠近该角落的两个仿生肌肉固定座。
11、进一步，第一直拉仿生肌肉、第三直拉仿生肌肉分别通电时，第一个自由度有两相反的转动方向，其中：
12、当第一直拉仿生肌肉通电收缩时，第三直拉仿生肌肉被拉伸，位于第一直拉仿生肌肉同一边两侧的第一弹簧、第四弹簧被压缩，对边的第二弹簧、第三弹簧被拉伸，拮抗关节绕第一个自由度的第一个方向转动；
13、当第一直拉仿生肌肉断电后，通过第三直拉仿生肌肉和四个弹簧各自恢复到原长时产生的回复力，使第一个自由度转回到初始状态；
14、当第三直拉仿生肌肉通电收缩时，第一直拉仿生肌肉被拉伸，位于第三直拉仿生肌肉同一边两侧的第二弹簧、第三弹簧被压缩，对边的第一弹簧、第四弹簧被拉伸，拮抗关节绕第一个自由度的第二个方向转动；
15、当第三直拉仿生肌肉断电后，通过第一直拉仿生肌肉和四个弹簧各自恢复到原长时产生的回复力，使第一个自由度转回到初始状态。
16、进一步，第二直拉仿生肌肉、第四直拉仿生肌肉分别通电时，第二个自由度有两个相反的转动方向，其中：
17、当第二直拉仿生肌肉通电收缩时，第四直拉仿生肌肉被拉伸，位于第二直拉仿生肌肉同一边两侧的第一弹簧、第二弹簧被压缩，对边的第三弹簧、第四弹簧被拉伸，拮抗关节绕第二个自由度的第一个方向转动；
18、当第二直拉仿生肌肉断电后，通过第四直拉仿生肌肉和四个弹簧各自恢复到原长时产生的回复力，使第二个自由度转回到初始状态；
19、当第四直拉仿生肌肉通电收缩时，第二直拉仿生肌肉被拉伸，位于第四第四直拉仿生肌肉同一边两侧的第三弹簧、第四弹簧被压缩，对边的第一弹簧、第二弹簧被拉伸，拮抗关节绕第二个自由度的第二个方向转动；
20、当第四直拉仿生肌肉断电后，通过第二直拉仿生肌肉和四个弹簧各自恢复到原长时产生的回复力，使第二个自由度转回到初始状态。
21、进一步，基座组件的第一角落，分别连接第一斜拉仿生肌肉、第八斜拉仿生肌肉各自的一端；
22、基座组件的第二角落，分别连接第二斜拉仿生肌肉、第三斜拉仿生肌肉各自的一端；
23、基座组件的第三角落，分别连接第四斜拉仿生肌肉、第五斜拉仿生肌肉各自的一端；
24、基座组件的第四角落，分别连接第六斜拉仿生肌肉、第七斜拉仿生肌肉各自的一端；
25、基座组件的第一边在第一角落、第二角落之间，第一仿生肌肉固定座朝向该第一边，分别连接第一斜拉仿生肌肉、第二斜拉仿生肌肉各自的另一端；
26、基座组件的第二边在第二角落、第三角落之间，第二仿生肌肉固定座朝向该第二边，分别连接第三斜拉仿生肌肉、第四斜拉仿生肌肉各自的另一端；
27、基座组件的第三边在第三角落、第四角落之间，第三仿生肌肉固定座朝向该第三边，分别连接第五斜拉仿生肌肉、第六斜拉仿生肌肉各自的另一端；
28、基座组件的第四边在第四角落、第一角落之间，第四仿生肌肉固定座朝向该第四边，分别连接第七斜拉仿生肌肉、第八斜拉仿生肌肉各自的另一端。
29、进一步，第一斜拉仿生肌肉、第三斜拉仿生肌肉、第五斜拉仿生肌肉、第七斜拉仿生肌肉，属于第一个驱动组；
30、第二斜拉仿生肌肉、第四斜拉仿生肌肉、第六斜拉仿生肌肉、第八斜拉仿生肌肉，属于第二个驱动组；
31、两个驱动组的斜拉仿生肌肉分别通电时，关节上基座相对于关节下基座有两个相反的转动方向，其中：
32、当第一个驱动组的斜拉仿本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于仿生肌肉驱动的三自由度拮抗关节，其特征在于，包含：
2.如权利要求1所述的三自由度拮抗关节，其特征在于，
3.如权利要求2所述的三自由度拮抗关节，其特征在于，
4.如权利要求3所述的三自由度拮抗关节，其特征在于，
5.如权利要求1所述的三自由度拮抗关节，其特征在于，
6.如权利要求1所述的三自由度拮抗关节，其特征在于，
7.如权利要求1～6中任意一项所述的三自由度拮抗关节，其特征在于，
8.如权利要求7所述的三自由度拮抗关节，其特征在于，
9.如权利要求1所述的三自由度拮抗关节，其特征在于，
10.如权利要求9所述的三自由度拮抗关节，其特征在于，
【技术特征摘要】
1.一种基于仿生肌肉驱动的三自由度拮抗关节，其特征在于，包含：
2.如权利要求1所述的三自由度拮抗关节，其特征在于，
3.如权利要求2所述的三自由度拮抗关节，其特征在于，
4.如权利要求3所述的三自由度拮抗关节，其特征在于，
5.如权利要求1所述的三自由度拮抗关节，其特征在于，
<...【专利技术属性】
技术研发人员：李钻，王国鹏，孙俊，刘丰瑞，姚森纯，张晓龙，李云涛，
申请(专利权)人：上海航天控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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