本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于多氣動(dòng)肌肉的仿落貓機(jī)器人。機(jī)器人腰部的兩端通過對(duì)應(yīng)的柔性脊柱與頭部和尾部相連，電路控制系統(tǒng)安裝在腰部，頭部和尾部中均安裝有對(duì)應(yīng)的壓力控制組件，每個(gè)壓力控制組件與對(duì)應(yīng)的柔性脊柱相連，電路控制系統(tǒng)均與頭部和尾部中的壓力控制組件相連，頭部和尾部遠(yuǎn)離腰部的一端面均安裝有對(duì)應(yīng)的腿部。柔性脊柱的伸縮用于控制前半體、后半體相對(duì)腰部的彎曲與旋轉(zhuǎn)。腿部承擔(dān)著仿落貓機(jī)器人在完成翻正動(dòng)作后支撐機(jī)器人的作用，可以實(shí)現(xiàn)自由擺動(dòng)。本發(fā)明專利技術(shù)可以在仿落貓機(jī)器人落地時(shí)為其軀體提供緩沖，實(shí)現(xiàn)了更加靈活平穩(wěn)的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)過程；能夠充分發(fā)揮氣動(dòng)肌肉及其并聯(lián)關(guān)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、成本低、運(yùn)動(dòng)平滑等諸多優(yōu)點(diǎn)。等諸多優(yōu)點(diǎn)。等諸多優(yōu)點(diǎn)。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種基于多氣動(dòng)肌肉的仿落貓機(jī)器人
[0001]本專利技術(shù)涉及了機(jī)器人
的一種機(jī)器人，具體是涉及一種基于多氣動(dòng)肌肉的仿落貓機(jī)器人。
技術(shù)介紹
[0002]貓?jiān)诮德溥^程中，具有動(dòng)作靈活、翻正速度快、落地輕、對(duì)自身傷害小等特點(diǎn)。對(duì)于“落貓現(xiàn)象”，各種落貓翻正模型都有一定的適用性和局限性。目前翻正原理主要有“彎脊柱論”，“四肢開合論”，“轉(zhuǎn)尾巴論”。其中“彎脊柱論”具有較好的理論證明，翻正的轉(zhuǎn)角更大，可能具有更好的適應(yīng)性。研究落貓過程翻正的原理結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)，研制出仿落貓機(jī)器人，對(duì)外星球探測(cè)器著陸、深井救援機(jī)器人著陸、跳躍機(jī)器人緩沖腿以及高空救援機(jī)器人等有著重要的研究意義，同時(shí)研究貓自由下落時(shí)的轉(zhuǎn)體運(yùn)動(dòng)對(duì)探索宇航員在太空失重狀態(tài)下的空間運(yùn)動(dòng)規(guī)律具有重要的參考價(jià)值。
[0003]現(xiàn)有的仿落貓機(jī)器人在翻正原理、關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)形式和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上仍存在較多不足。在翻正原理上，大多數(shù)是基于雙剛體模型研制樣機(jī)，沒有考慮四肢、尾巴以及頭部等其他部件對(duì)仿落貓機(jī)器人翻正的影響；在關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)形式上多為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，落地時(shí)剛性軀體無法提供緩沖，容易導(dǎo)致電機(jī)損壞；在控制系統(tǒng)上基本都是基于前饋軌跡擬合，沒有通過加速度計(jì)、陀螺儀等傳感器來監(jiān)測(cè)樣機(jī)翻轉(zhuǎn)過程的實(shí)時(shí)位姿變化。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本專利技術(shù)提供一種基于氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的仿落貓機(jī)器人。本專利技術(shù)給出了由頭部、腰部、尾部的三剛體結(jié)構(gòu)，三剛體結(jié)構(gòu)之間通過氣動(dòng)肌肉組成機(jī)器人的柔性脊柱進(jìn)行連接，通過氣動(dòng)肌肉的伸縮用于控制前半體、后半體相對(duì)腰部的彎曲與旋轉(zhuǎn)，通過壓力控制組件來控制氣動(dòng)肌肉的充氣壓力實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)肌肉的收縮和并聯(lián)平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制仿落貓機(jī)器人的翻正運(yùn)動(dòng)。
[0005]本專利技術(shù)的采用如下技術(shù)方案：
[0006]本專利技術(shù)包括頭部、腰部、尾部、腿部、電路控制系統(tǒng)、壓力控制組件和柔性脊柱，腰部的兩端通過對(duì)應(yīng)的柔性脊柱與頭部和尾部相連，電路控制系統(tǒng)安裝在腰部，頭部和尾部中均安裝有對(duì)應(yīng)的壓力控制組件，每個(gè)壓力控制組件與對(duì)應(yīng)的柔性脊柱相連，電路控制系統(tǒng)均與頭部和尾部中的壓力控制組件相連，頭部和尾部遠(yuǎn)離腰部的一端面均安裝有對(duì)應(yīng)的腿部。
[0007]所述腰部和頭部之間的柔性脊柱與腰部和尾部之間的柔性脊柱結(jié)構(gòu)相同，均包括長(zhǎng)軸軸座、球頭關(guān)節(jié)、長(zhǎng)軸、氣動(dòng)肌肉、球鉸接頭和球鉸底座；
[0008]長(zhǎng)軸軸座固定安裝在頭部的一端中部，球鉸底座固定安裝在腰部靠近頭部的一端中部，長(zhǎng)軸的一端固定安裝在長(zhǎng)軸軸座中，長(zhǎng)軸的另一端通過球鉸接頭與球鉸底座鉸接，長(zhǎng)軸的圓周側(cè)沿圓周間隔地布置多個(gè)氣動(dòng)肌肉，氣動(dòng)肌肉的兩端通過對(duì)應(yīng)的球頭關(guān)節(jié)與頭部的一端和腰部的一端相連，每個(gè)氣動(dòng)肌肉與對(duì)應(yīng)的壓力控制組件相連。
[0009]所述氣動(dòng)肌肉至少為3個(gè)。
[0010]所述頭部和尾部對(duì)稱布置，結(jié)構(gòu)相同，均包括剛性臺(tái)和長(zhǎng)鋁管；兩塊剛性臺(tái)之間通過多根長(zhǎng)鋁管相連，多根長(zhǎng)鋁管沿圓周間隔布置，靠近腰部的剛性臺(tái)中或者長(zhǎng)鋁管上安裝有壓力控制組件。
[0011]所述腰部包括柔性臺(tái)和短鋁管；兩塊柔性臺(tái)之間通過多根短鋁管相連，多根短鋁管沿圓周間隔布置，短鋁管上固定安裝有電路控制系統(tǒng)。
[0012]所述腿部包括兩條腿和腿連接件；兩條腿對(duì)稱地設(shè)置在頭部或尾部遠(yuǎn)離腰部的一端面，兩條腿通過對(duì)應(yīng)的腿連接件與頭部或尾部的端面相連。
[0013]所述腿為剛性關(guān)節(jié)腿，上下兩個(gè)關(guān)節(jié)之間成夾角布置，并且上下兩個(gè)關(guān)節(jié)之間固定連接。
[0014]所述腿為可驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)腿，可驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)腿由3個(gè)關(guān)節(jié)依次鉸接組成，每個(gè)關(guān)節(jié)通過對(duì)應(yīng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)或者每個(gè)關(guān)節(jié)為氣動(dòng)肌肉。
[0015]本專利技術(shù)可包括在此提到的特征和/或結(jié)構(gòu)的任何組合，除非這些特征的組合相互排斥。
[0016]本專利技術(shù)的有益效果為：
[0017]本專利技術(shù)能夠充分發(fā)揮氣動(dòng)肌肉及其并聯(lián)關(guān)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、成本低、運(yùn)動(dòng)平滑等諸多優(yōu)點(diǎn)，為擴(kuò)大氣動(dòng)肌肉系統(tǒng)的應(yīng)用提供了一種有益的探索。
[0018]相較于以往基于電機(jī)驅(qū)動(dòng)的剛性軀體，氣動(dòng)肌肉在落地時(shí)可以為仿落貓機(jī)器人軀體提供緩沖，實(shí)現(xiàn)了更加靈活平穩(wěn)的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)過程。同時(shí)為了改善現(xiàn)有仿落貓機(jī)器人的控制系統(tǒng)，增加姿態(tài)傳感器用于機(jī)器人翻正運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為腿式機(jī)器人高空墜落的安全著陸問題提供了可借鑒的解決方法。
附圖說明
[0019]為了更清楚地說明本專利技術(shù)實(shí)施方式的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施方式中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹。
[0020]圖1為本專利技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2是本專利技術(shù)在第一視角下的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖3是本專利技術(shù)在第二視角下的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖4是本專利技術(shù)氣動(dòng)肌肉并聯(lián)關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖標(biāo)：1、頭部；2、腰部；3、尾部；11、長(zhǎng)軸軸座；12、剛性臺(tái)；13、球鉸接頭；14、球鉸底座；15、球頭關(guān)節(jié)；16、柔性臺(tái)；17、球鉸上蓋；18、球鉸；19、長(zhǎng)軸；110、腿連接件；111、腿；112、長(zhǎng)鋁管；113、短鋁管；114、氣動(dòng)肌肉。
具體實(shí)施方式
[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0026]如圖1和圖2所示，本專利技術(shù)包括頭部1、腰部2、尾部3、腿部、電路控制系統(tǒng)、壓力控制組件和柔性脊柱，腰部2的兩端通過對(duì)應(yīng)的柔性脊柱與頭部1 和尾部3相連，電路控制系統(tǒng)安裝在腰部2，電路控制系統(tǒng)包括電控箱等設(shè)備，頭部1和尾部3中均安裝有對(duì)應(yīng)的壓力控制組件，壓力控制組件包括壓力比例閥或開關(guān)閥等設(shè)備，每個(gè)壓力控制組件與對(duì)應(yīng)的柔性脊
柱相連，電路控制系統(tǒng)均與頭部1和尾部3中的壓力控制組件相連，頭部1和尾部3遠(yuǎn)離腰部2的一端面均安裝有對(duì)應(yīng)的腿部，頭部1、腰部2、尾部3、腿部和柔性脊柱形成仿貓結(jié)構(gòu)，頭部1、腰部2和尾部3形成鼠籠結(jié)構(gòu)，便于壓力比例閥、電控箱等設(shè)備的安裝以及整體的減重。
[0027]如圖4所示，柔性脊柱在仿落貓機(jī)器人中既可充當(dāng)驅(qū)動(dòng)元件，又可充當(dāng)關(guān)節(jié)元件，充分發(fā)揮氣動(dòng)肌肉的優(yōu)點(diǎn)。腰部2和頭部1之間的柔性脊柱與腰部2 和尾部3之間的柔性脊柱結(jié)構(gòu)相同，均包括長(zhǎng)軸軸座11、球頭關(guān)節(jié)15、長(zhǎng)軸19、氣動(dòng)肌肉114、球鉸接頭13和球鉸底座14；
[0028]長(zhǎng)軸軸座11固定安裝在頭部1一端的剛性臺(tái)12中部，球鉸底座14固定安裝在腰部2靠近頭部1一端的柔性臺(tái)16中部，長(zhǎng)軸19的一端固定安裝在長(zhǎng)軸軸座11中，為剛性連接，長(zhǎng)軸19的另一端通過球鉸接頭13與球鉸底座14鉸接，為球鉸連接，長(zhǎng)軸19的圓周側(cè)沿圓周等間隔地布置多個(gè)氣動(dòng)肌肉114，氣動(dòng)肌肉114的兩端通過對(duì)應(yīng)的球頭關(guān)節(jié)15與頭部1一端的剛性臺(tái)12和腰部2 一端的柔性臺(tái)16相連，球頭關(guān)節(jié)15與對(duì)應(yīng)的球鉸上蓋17相連。每個(gè)氣動(dòng)肌肉 114通過壓力控制組件控制，實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)肌肉的自由收縮，從而控制剛性臺(tái)與柔性臺(tái)兩個(gè)平臺(tái)的相對(duì)旋轉(zhuǎn)，最終控制整體結(jié)構(gòu)的翻正運(yùn)動(dòng)。
[0029]氣動(dòng)肌肉114至少為3個(gè)，頭部1或尾部3中的壓力控制組件的數(shù)量與一側(cè)的氣動(dòng)肌肉114的數(shù)量相同。六根氣動(dòng)肌肉的伸縮用于控制前半體、后半體相對(duì)腰部的彎曲與旋轉(zhuǎn)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于多氣動(dòng)肌肉的仿落貓機(jī)器人，其特征在于，包括頭部(1)、腰部(2)、尾部(3)、腿部、電路控制系統(tǒng)、壓力控制組件和柔性脊柱，腰部(2)的兩端通過對(duì)應(yīng)的柔性脊柱與頭部(1)和尾部(3)相連，電路控制系統(tǒng)安裝在腰部(2)，頭部(1)和尾部(3)中均安裝有對(duì)應(yīng)的壓力控制組件，每個(gè)壓力控制組件與對(duì)應(yīng)的柔性脊柱相連，電路控制系統(tǒng)均與頭部(1)和尾部(3)中的壓力控制組件相連，頭部(1)和尾部(3)遠(yuǎn)離腰部(2)的一端面均安裝有對(duì)應(yīng)的腿部。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多氣動(dòng)肌肉的仿落貓機(jī)器人，其特征在于，所述腰部(2)和頭部(1)之間的柔性脊柱與腰部(2)和尾部(3)之間的柔性脊柱結(jié)構(gòu)相同，均包括長(zhǎng)軸軸座(11)、球頭關(guān)節(jié)(15)、長(zhǎng)軸(19)、氣動(dòng)肌肉(114)、球鉸接頭(13)和球鉸底座(14)；長(zhǎng)軸軸座(11)固定安裝在頭部(1)的一端中部，球鉸底座(14)固定安裝在腰部(2)靠近頭部(1)的一端中部，長(zhǎng)軸(19)的一端固定安裝在長(zhǎng)軸軸座(11)中，長(zhǎng)軸(19)的另一端通過球鉸接頭(13)與球鉸底座(14)鉸接，長(zhǎng)軸(19)的圓周側(cè)沿圓周間隔地布置多個(gè)氣動(dòng)肌肉(114)，氣動(dòng)肌肉(114)的兩端通過對(duì)應(yīng)的球頭關(guān)節(jié)(15)與頭部(1)的一端和腰部(2)的一端相連，每個(gè)氣動(dòng)肌肉(114)與對(duì)應(yīng)的壓力控制組件相連。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于多氣動(dòng)肌肉的仿落貓機(jī)器人，其特征在于，所述氣動(dòng)肌肉(11...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：朱笑叢，曹劍，宋帥禮，宋磊，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：浙江大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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