[发明专利]基于气动肌肉的仿猎豹机器人后肢

说明书

技术领域

本发明涉及一种特种机器人，具体是一种基于气动肌肉的仿猎豹机器人后肢结构。 

背景技术

从解剖学角度分析，哺乳动物的肌体具有“肌肉—骨骼”结构，其中骨骼具有相对高的刚度以承担身体自重，同时附着于骨骼上的肌肉具有相对高的柔性以产生运动和减少损伤，这种可根据外界环境变化自行调整刚度的特殊结构为提高生物与环境的交互能力和高能效运动提供了先天优势。 

在仿生机器人方面，人们将动物的生理结构运用到仿生机器人学当中。机器人的腿部关节包括转动式关节和移动式关节，四足机器人多采用的是转动式关节。随着技术的发展越来越快，与此同时研究者们对机器人关节所应具有的运动柔顺性的要求越来越高，随之出现了很多增强关节柔顺性的设计，包括由弹簧为主要部件设计的柔顺性关节、由球齿轮相互啮合而设计的柔顺性关节、根据万向节而设计的柔顺性关节、以橡胶作为弹性材料而设计的柔顺性关节等，除了在关节的结构形式上的创新来增强关节的柔顺性以外，研究者们还通过采取不同的驱动形式来进一步增强关节的柔顺性，以传统的电机驱动与纯刚性杆件组合的机构不具备柔性，近年来国内外已出现柔性气动肌肉驱动、柔索式驱动、特殊功能材料驱动等。虽然依目前的科技水平无法完全达到生物体所具有的柔性躯体构型，但能在最大程度上模拟和逼近生物的结构和运动特性一直是国内外研究人员的追求目标。 

现在机器人大多数是由电机、液压缸、气缸等方式来驱动的，以此驱动的机器人在很多场合进行了应用。但也正因为由于驱动方式自身的限制，许多机器人的本体结构非常的复杂，使用传统的驱动形式去开发具有柔顺性非常好的机器人已经很难，因此近年来人们研究得到，气动肌肉驱动在很好的继承了传统驱动的特点的同时，还拥有了许多类似于生物肌肉的特性，如结构简单、功率/重量比更大、价格更便宜、柔顺性更好、能量的利用率更高等。 

发明内容

本发明目的在于提供一种柔顺性好、刚度可调、对环境有很好适应能力的仿猎豹机器人后肢结构。 

该后肢结构包括髋部单元、大腿部单元、胫部单元和足部单元。其中髋部单元、大腿部单元、胫部单元分别由骨干、关节和气动肌肉部分构成。在腿部运动时，运动控制板根据角度传感器反馈回来关节当前的角度值来进行运动控制计算，控制伺服阀给定气动肌肉的气压，进而控制每个关节对拉肌肉之间的压差，从而得到期望的关节旋转角度。后肢的骨干包括髋骨骨干、大腿骨骨干、胫骨骨干、踝骨骨干，腿部的骨干尺寸是根据猎豹腿部的实际平均尺寸和仿真之后得到的最优尺寸而设计，可以使机器人后肢获得更大的步距和更大的腿部力量。机器人后肢整体采用骨干在内，气动肌肉在外包裹在骨干四周的结构形式，这种形式与生物体的真实形体结构更加相似，与猎豹后肢的出力形式更加接近。机器人后肢关节采用非对称杠杆式的对拉方式，由连接轴穿过上下骨干的连接头，轴的两端由滚动轴承支撑，这样可以 减小关节转动的阻力，轴的一端伸出轴承连接角度传感器以获得关节转角的实时信息，为运动控制提供必要的数据。气动肌肉的上端通过螺母带螺纹套筒在支撑座上，支撑座再通过螺栓与骨干支架相连，这样肌肉拉力的支点可以转移到骨干上，气动肌肉的下端通过带包裹在关节杠杆结构的两端，同时带通过压块的独特结构牢牢的压紧在气动肌肉的下端。 

附图说明

图1为基于气动肌肉的仿猎豹机器人后肢的总体结构示意图； 

图2为基于气动肌肉的仿猎豹机器人后肢的髋关节结构示意图； 

图3为基于气动肌肉的仿猎豹机器人后肢的膝关节结构示意图。 

图4为基于气动肌肉的仿猎豹机器人后肢的踝关节结构示意图。 

图5为基于气动肌肉的仿猎豹机器人后肢的足结构示意图。 

图6为基于气动肌肉的仿猎豹机器人后肢的气动肌肉连接示意图。 

具体实施方式