[发明专利]采用钢丝绳传动和弹簧复位的气动肌肉驱动仿青蛙游动腿机构

说明书

采用钢丝绳传动和弹簧复位的气动肌肉驱动仿青蛙游动腿机构，它涉及一种仿青蛙游动腿，以解决现有气动肌肉驱动的仿青蛙游动机器人腿部结构复杂多样、运动不灵活、驱动单元过多、控制复杂及耗气量大的问题，它包括大腿和小腿；所述大腿包括气动肌肉一、气动肌肉二、大腿支架、髋关节轴、膝关节轴、弹簧组一和弹簧组二；气动肌肉一、气动肌肉二、弹簧组一、弹簧组二、髋关节轴和膝关节轴安装在大腿支架上；气动肌肉一的端部接头端与钢丝绳组一连接；大腿通过膝关节轴与小腿的一端转动连接，大腿通过髋关节轴与仿青蛙机器人的髋关节转动连接，小腿的另一端还设置有用于连接仿青蛙机器人足部的踝关节轴。本发明属于机器人技术领域。

技术领域

本发明具体涉及一种仿青蛙游动腿，具体涉及一种采用钢丝绳传动和弹簧复位的气动肌肉驱动仿青蛙游动腿机构，属于机器人领域。

背景技术

随着对海洋、湖泊等水环境的探索深入，不同仿生游动机器人作为重要研究对象采用不同的推进方式，有模仿水翼和鳍波动的仿生水下推进，模仿章鱼或水母等生物通过收缩自身容腔喷水实现推进，而仿青蛙机器人腿式结构的水下推进方式与企鹅海龟等水翼拍动推进不同，又区别于一般鱼类的胸鳍摆动和尾鳍波动等推进方式。

现有的一种多气动肌肉集中于躯干主体的仿青蛙游动机器人。为了减轻仿蛙机器人后肢的重量，将驱动髋关节和膝关节的气动肌肉集中到主体躯干上，膝关节处通过置于躯干主体上的气动肌肉迁动钢丝绳传动。踝关节气动肌肉采用双关节安装方式，通过膝关节气动肌肉的驱动提高踝关节气动肌肉的实际驱动行程。但该结构通过各关节的复位弹簧保证关节角度导致运动不稳定，通过单根钢丝绳长距离拉动膝关节转动，髋关节通过滑杆带动支架转动，结构复杂，运动不灵活，导致实际驱动能力差。

目前的气动肌肉拮抗式驱动的仿青蛙游动机器人。气动肌肉拮抗式驱动的腿部结构，单关节采用双气动肌肉以对拉形式安装，关节正反转由气动肌肉控制，在调节关节角度的同时控制关节刚度，但该结构关节需要气动肌肉数多，结构复杂。拮抗式驱动关节在初始位置时，两条肌肉可以通过冲入一定气压来调整初始刚度，然后一条肌肉继续充气而另一条肌肉放气来实现关节转动。但在气源有限的条件下，这种工作方式需要较大的耗气量，同时增加了控制复杂度。

发明内容

本发明是为解决现有气动肌肉驱动的仿青蛙游动机器人腿部结构复杂多样、运动不灵活、驱动单元过多、控制复杂及耗气量大的问题，进而提出一种采用钢丝绳传动和弹簧复位的气动肌肉驱动仿青蛙游动腿机构。

本发明的技术方案是：采用钢丝绳传动和弹簧复位的气动肌肉驱动仿青蛙游动腿机构，它包括大腿和小腿；所述大腿包括气动肌肉一、气动肌肉二、大腿支架、髋关节轴、膝关节轴、弹簧组一和弹簧组二；气动肌肉一、气动肌肉二、弹簧组一、弹簧组二、髋关节轴和膝关节轴安装在大腿支架上；髋关节轴和膝关节轴分别为带有轮槽的关节轴，髋关节轴邻近气动肌肉一的气动接头端设置并相对大腿支架转动，膝关节轴邻近气动肌肉一的端部接头端设置并相对大腿支架转动；气动肌肉一的端部接头端与钢丝绳组一连接，钢丝绳组一穿过膝关节轴的轮槽后与弹簧组一连接，气动肌肉二的端部接头端与钢丝绳组二连接，钢丝绳组二穿过髋关节轴的轮槽后与弹簧组二连接；大腿通过膝关节轴与小腿的一端转动连接，大腿通过髋关节轴与仿青蛙机器人的髋关节转动连接，小腿的另一端还设置有用于连接仿青蛙机器人足部的踝关节轴。

进一步地，小腿包括小腿气动肌肉、小腿支架、踝关节轴和小腿弹簧组；小腿气动肌肉、踝关节轴和小腿弹簧组分别安装在小腿支架上；踝关节轴邻近小腿气动肌肉的端部接头端设置，踝关节轴为带有轮槽的关节轴且能相对小腿支架转动，小腿支架固接在膝关节轴上，小腿气动肌肉的端部接头端与小腿钢丝绳连接，小腿钢丝绳穿过踝关节轴的轮槽并与小腿弹簧组连接。

进一步地，弹簧组一包括并列设置的两根弹簧，该两根弹簧一端与钢丝绳连接，该两根弹簧的另一端固定在弹簧固定柱上，弹簧固定柱安装在大腿支架上。