采用双关节机构形式的气动肌肉驱动仿青蛙弹跳腿机构，它涉及一种气动肌肉驱动仿青蛙弹跳腿机构。本发明专利技术解决现有的仿青蛙跳跃机器人的弹跳腿存在运动不灵活，结构复杂，弹跳能力差的问题。本发明专利技术的躯干本体(1)、大腿本体(2)和小腿本体(3)均采用气动肌肉作为关节伸展的驱动器，躯干本体(1)、大腿本体(2)、小腿本体(3)和足部(4)之间分别通过髋关节(5)、膝关节(6)和踝关节(7)可转动连接，躯干本体(1)、大腿本体(2)和小腿本体(3)的结构相同，髋关节(5)和膝关节(6)的结构相同。本发明专利技术用于弹跳机器人的仿青蛙弹跳机构中。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种气动肌肉驱动仿青蛙弹跳腿机构，具体涉及一种采用双关节机构形式的气动肌肉驱动仿青蛙弹跳腿机构，属于机器人领域。
技术介绍
1984年美国麻省理工大学腿实验室的莱伯特教授开创跳跃方式运动的单腿机器人以来，国内外许多机构展开了关于弹跳机器人的研究。青蛙有着颀长的弹跳腿和优异的弹跳能力，成为研究仿生机器人的对象。哈尔滨工业大学研制的仿青蛙跳跃机器人是以五杆机构作为弹跳腿，通过弹簧驱动的，五杆机构的同步齿轮限制腿部只有一个自由度。设计的机器腿由直流电机、跳跃腿驱动机和跳跃腿执行机构组成。为了减轻质量，降低能耗，机器腿仅由一个电机驱动，并通过跳跃腿的驱动机构，使电机一个方向的转动通过一绳索实现腿的收放，另一个方向的转动通过另一绳索实现弹簧能量的储存和调节，通过分时控制实现跳跃、空中收腿和能量调节动作。但是该机构的腿部使用特定机构实现单自由度伸展，因此腿部各肢体运动相互耦合，运动不够灵活。同时腿部驱动少，力量较弱，而其结构又较为复杂，因此难以模仿生物青蛙在跳跃过程中腿部各关节转角的变化规律，导致弹跳能力不足。综上所述，现有的仿青蛙跳跃机器人的弹跳腿存在运动不灵活，结构复杂，弹跳能力差的问题。
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器人的弹跳腿存在运动不灵活，结构复杂，弹跳能力差的问题，进而提供一种采用双关节机构形式的气动肌肉驱动仿青蛙弹跳腿机构。本专利技术的技术方案是:采用双关节机构形式的气动肌肉驱动仿青蛙弹跳腿机构包括躯干本体、大腿本体、小腿本体、足部、髋关节、膝关节和踝关节，所述躯干本体、大腿本体和小腿本体均采用气动肌肉作为关节伸展的驱动器，所述髋关节和膝关节处设计有曲柄滑块机构，躯干本体、大腿本体、小腿本体和足部之间分别通过髋关节、膝关节和踝关节可转动连接，躯干本体、大腿本体和小腿本体的结构相同，髋关节和膝关节的结构相同。所述躯干本体包括第一轴、第一连接件、气动肌肉、第二连接件、第二轴和支架，第一轴和第二轴分别设置在支架的两侧，气动肌肉的两端分别通过第一连接件和第二连接件与第一轴和第二轴可转动连接，大腿本体或小腿本体的气动肌肉，一端通过膝关节或踝关节的第二连接件、第二轴连接，另一端通过髋关节或者膝关节处曲柄滑块机构中的滑块连接，使大腿本体和小腿本体中的气动肌肉形成双关节安装方式。所述大腿本体的气动肌肉和小腿本体的气动肌肉的长度和直径均小于躯干本体的气动肌肉的长度和直径 。所述气动肌肉驱动仿青蛙弹跳腿机构还包括多个复位弹簧，躯干本体、大腿本体和小腿本体之间通过复位弹簧连接，并实现弹跳腿机构的复位收缩。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青蛙弹跳腿的关节腿式结构，利用多个不同大小的气动肌肉驱动器，以双关节肌肉的安装方式，腿部力量和行程增大40%，弹跳能力增加了 20% -30%,达到驱动的合理布置。起跳时，髋关节、膝关节和踝关节伸展所需的输出，依靠气动肌肉驱动实现，使气动肌肉的收缩行程完全工作在关节伸展，当各个关节的收缩需要恢复力矩时，由复位弹簧完成，这样能够充分利用气动肌肉驱动的输出，有效的解决了气动肌肉输出力大收缩行程短的矛盾。2.本专利技术的安装方式为:将大腿、小腿和足的尺寸与质量参数减小到原来尺寸的75 %，使机器人的质量分布更加集中在躯干部分，并且简化了腿部结构，运动灵活，有效地利用了驱动，提高了弹跳水平。附图说明图1是本专利技术收缩状态下的整体结构示意图；图2是本专利技术展开状态下的主视图；图3是图2的俯视图。具体实施例方式具体实施方式一:结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式的采用双关节机构形式的气动肌肉驱动仿青蛙弹跳腿机构包括躯干本体1、大腿本体2、小腿本体3、足部4、髋关节5、膝关节6和踝关节7，所述躯干本体1、大腿本体2和小腿本体3均采用气动肌肉作为关节伸展的驱动器，躯干本体1、大腿本体2、小腿本体3和足部4之间分别通过髋关节5、膝关节6和踝关节7可转动连 接，躯干本体1、大腿本体2和小腿本体3的结构相同，髋关节5和膝关节6的结构相同。本专利技术是通过将肌肉着力点连接于两个关节的运动肢体上实现的。因此肌肉的驱动行程除了自身的收缩外，还有因双关节方式产生的肌肉整体移动，这样增加了肌肉的实际驱动行程，有利于解决气动肌肉驱动器行程短的问题，同时这种方式还有利于增强气动肌肉的输出力。在本专利技术中，其中一个着力点连接在躯干本体1、大腿本体2、小腿本体3和足部4，另一着力点则连接在滑块上，通过曲柄滑块机构间接连接于关节上，形成双关节安装方式。具体实施方式二:结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式的躯干本体I包括第一轴8、第一连接件9、气动肌肉10、第二连接件11、第二轴12和支架13，第一轴8和第二轴12分别设置在支架13的两侧，气动肌肉10的两端分别通过第一连接件9和第二连接件11与第一轴8和第二轴12可转动连接。如此设置，结构简单。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。具体实施方式三:结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式的大腿本体2的气动肌肉10和小腿本体3的气动肌肉10的长度和直径均小于躯干本体I的气动肌肉10的长度和直径。如此设置，力量和收缩行程更大。其它组成和连接关系与具体实施方式二相同。具体实施方式四:结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式的髋关节5包括曲柄14、连杆15和滑块16，曲柄14固定连接在躯干本体I或小腿本体3的支架13上，滑块16可在大腿本体2或小腿本体3的支架13上滑动，曲柄14与滑块16之间通过连杆15连接，连杆15带动滑块16在大腿本体2或小腿本体3的支架13轨道内滑动。如此设置，肌肉只受拉力，不产生弯矩。其它组成和连接关系与具体实施方式三相同。本实施方式的气动肌肉驱动仿青蛙弹跳腿机构还包括多个挡块17，挡块17设置在支架13的端部，躯干本体I的支架13受大腿本体2的支架13上的挡块17限制。如此设置，限制髋关节和膝关节的最大伸展角。具体实施方式五:结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式的气动肌肉驱动仿青蛙弹跳腿机构还包括多个复位弹簧18，躯干本体1、大腿本体2和小腿本体3之间通过复位弹簧18连接，并实现弹跳腿机构的复位收缩。多个复位弹簧18为多个线性弹簧。如此设置，便于实现收腿动作。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。具体实施方式六:结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式的气动肌肉驱动仿青蛙弹跳腿机构还包括足垫19，足垫19设置在足部4的底端面上。如此设置，着陆时更加稳定。其它组成和连接关系与具体实施方式五相同。 本专利技术工作时，依靠气动肌肉类似生物肌肉的收缩特点，即快速收缩，收缩力大，通过对气动肌肉冲入压缩空气，使髋关节气动肌肉、膝关节气动肌肉和踝关节气动肌肉分别拉动躯干本体1、大腿本体2和小腿本体3运动，驱动各个关节伸展，实现机器人的跳跃。同时，由于本专利技术中对部分相对较小肌肉采用双关节肌肉的安装方式，使粗大强劲的髋关节气动肌肉在驱动髋关节伸展时，还能通过膝部双关节结构提高膝关节气动肌肉的输出，从而实现相对较小的小驱动能够正常带动膝关节的伸展。驱动踝关节气动肌肉同样靠双关节安装方式的影响，以相对较小的小尺寸肌肉驱动踝关节的伸展。这样在双关节安装方式条件下，驱动的分布实现质量像躯干集中的趋势，充分发挥气动肌本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种采用双关节机构形式的气动肌肉驱动仿青蛙弹跳腿机构，其特征在于：所述气动肌肉驱动仿青蛙弹跳腿机构包括躯干本体(1)、大腿本体(2)、小腿本体(3)、足部(4)、髋关节(5)、膝关节(6)和踝关节(7)，所述躯干本体(1)、大腿本体(2)和小腿本体(3)均采用气动肌肉作为关节伸展的驱动器，躯干本体(1)、大腿本体(2)、小腿本体(3)和足部(4)之间分别通过髋关节(5)、膝关节(6)和踝关节(7)可转动连接，躯干本体(1)、大腿本体(2)和小腿本体(3)的结构相同，髋关节(5)和膝关节(6)的结构相同，且均为曲柄滑块机构。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵杰，樊继壮，刘玉斌，张伟，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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