[发明专利]一种双关节气动人工肌肉驱动的仿生跳跃腿

权利要求书

1.一种双关节气动人工肌肉驱动的仿生跳跃腿，包括膝关节模块（Ⅰ）、踝关节模块（Ⅱ）、缓冲足模块（Ⅲ）和气动人工肌肉驱动模块（Ⅳ）；其特征在于：所述膝关节模块（Ⅰ）和踝关节（Ⅱ）模块通过连接支架上下铰接，缓冲足模块（Ⅲ）和踝关节模块（Ⅱ）通过连接杆连接；踝关节模块（Ⅱ）和膝关节模块（Ⅰ）的旋转轴平行；所述气动人工肌肉驱动模块（Ⅳ）由2条气动人工肌肉驱动2个关节，一条肌肉通过连接件与机体和膝关节连接，构成单关节肌肉布置，一条肌肉通过连接件分别与膝关节和踝关节连接，为双关节肌肉；仿生腿骨骼机构均采用轻质空心管和打印树脂，轻质空心管端面均开有导向槽，与对应支架内部的限位槽配合，防止跳跃过程中连接杆发生扭转；

所述膝关节模块（Ⅰ）由胫骨上支架（6）、股骨下支架（5）、关节轴套A（3）、关节轴套B（8）、法兰轴承（4、7）、膝关节角度传感器支架（11）、膝关节角度传感器（10）、气动人工肌肉连接支架（2）、股骨连接杆（1）、联轴器（9）构成；法兰轴承（4、7）外径与股骨下支架（5）的轴承孔过盈配合；关节轴套A（3）和关节轴套B（8）与胫骨上支架（6）连接，轴套凸台与支架限位槽对应，轴身与法兰轴承（4、7）的内径过盈配合，构成膝关节，通过螺栓连接进行轴向固定；股骨连接杆（1）依次接入股骨下支架（5）、气动人工肌肉连接支架（2）、膝关节角度传感器支架（11），通过螺栓压紧固定；膝关节角度传感器（10），主体与膝关节角度传感器支架（11）连接，主轴通过联轴器（9）与膝关节螺杆连接。

2.根据权利要求1所述的双关节气动人工肌肉驱动的仿生跳跃腿，其特征在于：所述踝关节模块（Ⅱ）由胫骨连接杆（12、26）、胫骨下支架（13）、回复弹簧（14）、跖骨上支架（17）、足端连接杆（18）、关节轴套A（15）、关节轴套B（23）、法兰轴承（16、19）、联轴器（22）、踝关节角度传感器支架（20）、踝关节角度传感器（21）、胫骨固定支架（25）、固定螺杆（24）构成；所述跖骨上支架（17）与足端连接杆（18）连接，通过螺栓固定；胫骨连接杆（12、26）分别布置于胫骨下支架（13）两侧，插入支架的导向槽中，通过螺栓压紧固定；胫骨固定支架（25）通过通孔穿入两根胫骨连接杆（12、26）中，通过螺栓连接压紧固定；通过调节胫骨固定支架（25）在胫骨连接杆的位置，调节机体的初始位姿和关节运动范围；固定螺杆（24）布置于胫骨下支架（13）和胫骨固定支架（25）的通孔，通过螺纹固定防止胫骨固定支架（25）受力滑动；回复弹簧（14）一端与跖骨上支架（17）连接，另一端与胫骨固定支架（25）连接，为两个关节回复运动提供拉力。

3.根据权利要求2所述的双关节气动人工肌肉驱动的仿生跳跃腿，其特征在于：法兰轴承（16、19）外径与跖骨上支架（17）的轴承过盈配合；关节轴套A（15）和关节轴套B（23）与胫骨下支架（13）连接，轴套凸台与支架限位槽对应，轴身与法兰轴承（16、19）的内径过盈配合，构成踝关节。

4.根据权利要求1所述的双关节气动人工肌肉驱动的仿生跳跃腿，特征在于：所述缓冲足模块（Ⅲ）由缓冲足端（31）、两个缓冲支撑脚（29、33）、压紧端盖（28、34）、法兰轴承（30、32）和缓冲扭簧（27）构成；两个缓冲支撑脚（29、33）中之一的缓冲支撑脚（29）与缓冲足端（31）通过法兰轴承（30）连接，两个缓冲支撑脚（29、33）中之二的缓冲支撑脚（33）对称布置于缓冲足端的另一侧；缓冲扭簧（27）布置于缓冲支撑脚（29、33）的限位槽中，一端支脚与缓冲足端（31）连接固定，一端支脚与缓冲支撑脚（29、33）连接固定；所述压紧端盖（28、34）分别布置于缓冲支撑脚（29、33）外侧，通过螺栓压紧固定；所述足端连接杆（18）布置于缓冲足端（31）的导向孔中；所述缓冲足端（31）和缓冲支撑脚（29、33）与地面接触，缓冲扭簧（27）提供支撑力，根据接触面角度不同，自适应调整缓冲足端与缓冲支撑脚之间的夹角。

5.根据权利要求1所述的双关节气动人工肌肉驱动的仿生跳跃腿，特征在于：所述气动人工肌肉驱动模块（Ⅳ）由四个肌肉连接件（35、37、38、40）、胫骨前气动人工肌肉（36）、腓肠肌气动人工肌肉（39）构成；所述胫骨前气动人工肌肉（36）与四个肌肉连接件（35、37、38、40）中的两个肌肉连接件（35、37）通过螺纹连接；腓肠肌气动人工肌肉（39）与四个肌肉连接件（35、37、38、40）中的另两个肌肉连接件（38、40）通过螺纹连接；其中，四个肌肉连接件（35、37、38、40）中之一的肌肉连接件（35）与膝关节模块的股骨下支架（5），通过螺栓连接；四个肌肉连接件（35、37、38、40）中之二的肌肉连接件（37）与踝关节的胫骨固定支架（25），通过螺栓连接；胫骨前气动人工肌肉（36）充气收缩带动股骨下支架（5）旋转，控制膝关节运动；四个肌肉连接件（35、37、38、40）中之三的肌肉连接件（40）与膝关节模块的气动人工肌肉连接支架（2）通过螺柱连接；四个肌肉连接件（35、37、38、40）中之四的所述肌肉连接件（38）与踝关节模块的跖骨上支架（17）通过螺柱连接；腓肠肌气动人工肌肉（39）为双关节肌肉，驱动踝关节和膝关节运动；仿生腿起跳时，胫骨前气动人工肌肉（36）充气收缩，驱动膝关节转动，通过腓肠肌气动人工肌肉（39）将一部分的机械能传递到踝关节，同时腓肠肌气动人工肌肉（39）充气，进一步带动踝关节转动。