[发明专利]一种多工况气动机器人

说明书

本发明涉及一种多工况气动机器人，固定板上一侧设置四个短支腿，另一侧设置两个长支腿，短支腿和长支腿分别通过摆动气缸固定在固定板上，短支腿和长支腿分别设置支腿第一段，支腿第二段，支腿第一段和支腿第二段通过支腿中间连接轴连接。本发明精确气动伺服轨迹控制、实现气动伺服轨迹控制与跳跃运动切换、气动肌肉与摆动气缸相结合驱动、同时实现关节多个方向运动、具有较大的功率质量比、较好的柔顺性、结构紧凑、实现跳跃越障和多个方向伺服轨迹运动控制。

技术领域

本发明涉及机器人设备技术领域，特别是一种精确气动伺服轨迹控制、实现气动伺服轨迹控制与跳跃运动切换、气动肌肉与摆动气缸相结合驱动、同时实现关节多个方向运动、具有较大的功率质量比、较好的柔顺性、结构紧凑、实现跳跃越障和多个方向伺服轨迹运动控制的多工况气动机器人。

背景技术

软体机器人具有轻量化、大负载自重比、可变刚度、冗余灵巧作业等优点。气动肌肉机器人具有以下优点:(1)在不充气的状态下,关节可以自由运动,表现出类似人关节的特性；(2)在充气状态下,可以实现对关节的位移和刚度独立控制。同时气动肌肉能够减轻关节的惯量和质量,因此在适应性、灵敏性、灵活性存在较大的优越性。

气动人工肌肉由外部提供的压缩空气驱动，作拉动作，其过程就像人体的肌肉运动。它可以提供很大的力量，而重量却比较小，最小的气动人工肌肉重量只有10g。气动人工肌肉由外部提供的压缩空气驱动，作推拉动作，其过程就像人体的肌肉运动。它可以提供很大的力量，而重量却比较小，最小的气动人工肌肉重量只有10g。气动人工肌肉会在达到可收缩长度的极限时自动制动，不会突破预定的范围。多个气动人工肌肉可以按任意方向、位置组合，不需要整齐的排列。

脉冲宽度调制(PWM)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。PWM控制技术以其控制简单，灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限，结合现代控制理论思想或实现无谐振波开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一

气动肌肉具有与人肌肉相类似的特性，由于气动肌肉仅可以提供拉力，因此其往往成组的构建拮抗剂驱动关节转动。中国专利CN107972014A、CN102126210A、CN108858147A、CN108724163A均采用成组对拉气动肌肉驱动关节运动。此外，气动肌肉另外还具有较大的功率/质量比，通过控制开关阀充气可以驱动关节跳跃，已经被用于仿生机器人设计，中国专利CN103241302A、CN108773427A分别设计了单根气动肌肉驱动关节跳跃的青蛙、机器人系统，上述机器人可以实现开关阀充气的弹跳运动，但是不能够进行精确的气动伺服轨迹控制、气动伺服轨迹控制与跳跃运动切换。其中气动伺服轨迹控制主要用于机器人轨迹规划运动控制，跳跃则用于障碍物较高的越障。

需要一种精确气动伺服轨迹控制、实现气动伺服轨迹控制与跳跃运动切换、气动肌肉与摆动气缸相结合驱动、同时实现关节多个方向运动、具有较大的功率质量比、较好的柔顺性、结构紧凑、实现跳跃越障和多个方向伺服轨迹运动控制的多工况气动机器人。

发明内容

本发明的目的是提供一种精确气动伺服轨迹控制、实现气动伺服轨迹控制与跳跃运动切换、气动肌肉与摆动气缸相结合驱动、同时实现关节多个方向运动、具有较大的功率质量比、较好的柔顺性、结构紧凑、实现跳跃越障和多个方向伺服轨迹运动控制的多工况气动机器人。

一种多工况气动机器人，包括：