专利名称：膨胀肌肉驱动双柔性铰关节的弹跳机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种膨胀肌肉驱动双柔性铰关节的弹跳机器人，此机器人采 用微型气泵为动力源，以气动膨胀肌肉驱动双柔性铰关节的弯曲实现储存弹 性势能，双柔性铰关节既作为弯曲腿关节，又是弹性跳跃的动力元件，同时 还是降落时的缓冲元件；由带膨胀肌肉的腿关节构成弹跳机器人的跳跃部件， 属于机器人、机电一体化的应用技术领域。
背景技术：
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现有的弹跳机器人均采用电动装置(如电动机、电磁铁)，电动装置直接 作用于弹性元件(如螺旋弹簧、弹性橡胶)，使其变形，储存弹性势能，靠弹 性元件的弹性回复，产生弹跳机器人跳跃。本发明弹跳机器人采用微型气泵 为动力源，以气动膨胀肌肉驱动双柔性铰关节的弯曲实现储存弹性势能，靠 双柔性铰关节的弹性回复，产生弹跳机器人跳跃。
发明内容
本发明弹跳机器人采用微型气泵为动力源，以气动膨胀肌肉驱动双柔性 铰关节的弯曲实现储存弹性势能，双柔性铰关节既作为弯曲腿关节，又是弹 性跳跃的动力元件，同时还是降落时的缓冲元件；由带膨胀肌肉的腿关节构
成弹跳机器人的跳跃部件。
本发明的主要解决方案是这样实现的
如附图1、 2所示，弹跳机器人由三条完全相同的腿关节部件构成(左
腿关节部件la、右前腿关节部件lb、右后腿关节部件lc)，三条腿关节部件 120度对称分布，用螺栓倾斜地固定在壳体7上；锂电池3和微型气泵4用 钢链6挂在壳体7中心的下部，降落时起平衡作用；控制部件5固定在壳体 7中心部，微型气泵4的软管连接到控制部件5中的三位四通气阀上，三位 四通气阀的通、断和反向接通，控制膨胀肌肉12 (见附图3)的不断膨胀、 保持状态和排气收縮；安装在壳体7上的喷嘴2，在空中时沿切线方向喷气， 从而实现弹跳机器人的空中转向功能。控制部件5中也带有两个储气罐，大的储气罐是较低压力的，微型气泵 4直接与大的储气罐连接，由大的储气罐提供系统压力；小的储气罐的高压 的、不可补充的，提供超高、超远距离弹跳或瞬时要求的弹跳。
如附图3、 4、 5所示的腿关节部件(la、 lb、 lc)，骨管8靠螺纹旋在前 座10上，骨管8和前座10有调节垫片9调整骨管8相对前座IO的转动角度； 骨管8也靠螺纹旋在后座14上，骨管8和后座14也有调节垫片9调整骨管 8相对后座14的转动角度；双柔性铰13的两端分别用螺栓固定了前座10和 后座14，前座IO和后座14均有波纹状管接口，双柔性铰13有单向双柔性 铰13a和多向双柔性铰13b两种结构，一个橡胶波纹管的膨胀肌肉12的两端 由卡箍11分别夹紧在前座10和后座14的波纹状管接口上；膨胀肌肉12的 橡胶壁壳内有圆环形加强丝18和缠绕圆环形加强丝18的、沿橡胶波纹管纵 向轮廓分布的长加强丝17，长加强丝17和圆环形加强丝18限制膨胀肌肉12 径向膨胀，并提高膨胀肌肉12的承载能力；直角弯管接头16拧在后座14 上，密封圈15在直角弯管接头16和后座14之间；膨胀肌肉12、前座10和 后座14构成封闭空腔，压縮空气经软管、直角弯管接头16进入此封闭空腔， 因受到双柔性铰13的限制，膨胀肌肉12边膨胀、边产生顺应性弯曲；三个 膨胀肌肉12均位于最靠近弹跳机器人中心一侧。
如附图6、 7所示，单向双柔性铰13a的结构是板式结构，采用弹簧钢； 如附图8、9所示，多向双柔性铰13b的结构是圆柱式结构，在两端安装孔处， 自由锻钝扁成安装平面，也采用弹簧钢。
本发明与已有技术相比具有以下优点
本发明弹跳机器人采用微型气泵为动力源，以气动膨胀肌肉驱动双柔性 铰关节的弯曲实现储存弹性势能，双柔性铰关节既作为弯曲腿关节，又是弹 性跳跃的动力元件，同时还是降落时的缓冲元件。
气动膨胀肌肉的柔顺性好，各双柔性铰关节的弯曲角度可单独调节，因 此跳跃距离可调整；喷嘴在空中时沿切线方向喷气，从而实现弹跳机器人的 空中转向功能；在平地面，三个腿的双柔性铰关节的弯曲角度相同时，可以 垂直起跳、垂直降落；双柔性铰关节的缓冲性好，尤其是采用多向双柔性铰 13b，易于缓解降落时地面不平带来的翻转倾向；膨胀肌肉本身是可变刚度的 空气弹簧，在了解降落的地形情况下，三个腿的双柔性铰关节的膨胀肌肉内的气压在空中时调整，不同双柔性铰关节的弯曲角度不同，从而适合地形情 况，且三个膨胀肌肉成为不同刚度的空气弹簧，落地更加平稳。
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图1为弹跳机器人结构简图的主视图
图2为弹跳机器人结构简图的俯视图
图3为腿关节部件装配图的主视图
图4为腿关节部件装配图的A-A剖视图
图5为腿关节部件装配图的B处局部放大图
图6为单向双柔性铰13a零件图的主视图
图7为单向双柔性铰13a零件图的俯视图
图8为多向双柔性铰13b零件图的主视图
图9为多向双柔性铰13b零件图的俯视图
具体实施例方式
下面为本发明的工作原理及工作过程
左腿关节部件la的膨胀肌肉弯曲角度较小，右前腿关节部件lb和右后
腿关节部件lc的膨胀肌肉弯曲角度较大，则弹跳机器人向左侧前上方跳跃； 右前腿关节部件lb和右后腿关节部件lc的膨胀肌肉弯曲角度越大，因此向
左侧前上方跳跃距离越远。
喷嘴在空中时沿切线方向喷气，从而实现弹跳机器人的空中转向功能；
在平地面，三个腿的双柔性铰关节的弯曲角度相同时，可以垂直起跳、垂直
降落；原地垂直起跳，喷嘴在空中时沿切线方向喷气，相当于弹跳机器人在 原地转动方向。
双柔性铰关节的缓冲性好，尤其是采用多向双柔性铰13b，易于缓解降
落时地面不平带来的翻转倾向；膨胀肌肉本身是可变刚度的空气弹簧，在了
解降落的地形情况下，三个腿的双柔性铰关节的膨胀肌肉内的气压在空中时 调整，不同双柔性铰关节的弯曲角度不同，从而适合地形情况，且三个膨胀 肌肉成为不同刚度的空气弹簧，落地更加平稳。
权利要求
1. 一种膨胀肌肉驱动双柔性铰关节的弹跳机器人，其特征是弹跳机器人由三条完全相同的腿关节部件构成，也就是左腿关节部件(1a)、右前腿关节部件(1b)、右后腿关节部件(1c)，三条腿关节部件120度对称分布，用螺栓倾斜地固定在壳体(7)上；锂电池(3)和微型气泵(4)用钢链(6)挂在壳体(7)中心的下部，降落时起平衡作用；控制部件(5)固定在壳体(7)中心部，微型气泵(4)的软管连接到控制部件(5)中的三位四通气阀上，三位四通气阀的通、断和反向接通，控制膨胀肌肉(12)的不断膨胀、保持状态和排气收缩；安装在壳体(7)上的喷嘴(2)，在空中时沿切线方向喷气，从而实现弹跳机器人的空中转向功能。
2. 根据权利要求1所述的腿关节部件(la、 lb、 lc)，其特征是骨 管(8)靠螺纹旋在前座(10)上，骨管(8)和前座(10)有调节垫片(9) 调整骨管(8)相对前座(10)的转动角度；骨管(8)也靠螺纹旋在后座(14) 上，骨管(8)和后座(14)也有调节垫片(9)调整骨管(8)相对后座(14) 的转动角度；双柔性铰(13)的两端分别用螺栓固定了前座(10)和后座(14)， 前座(10)和后座(14)均有波纹状管接口， 一个橡胶波纹管的膨胀肌肉(12) 的两端由卡箍(11)分别夹紧在前座(10)和后座(14)的波纹状管接口上； 膨胀肌肉(12)的橡胶壁壳内有圆环形加强丝(18)和缠绕圆环形加强丝(18) 的、沿橡胶波纹管纵向轮廓分布的长加强丝(17),长加强丝(17)和圆环形 加强丝(18)限制膨胀肌肉(12)径向膨胀，并提高膨胀肌肉(12)的承载 能力；直角弯管接头(16)拧在后座(14)上，密封圈(15)在直角弯管接 头(16)和后座(14)之间；膨胀肌肉(12)、前座(10)和后座(14)构成 封闭空腔，压縮空气经软管、直角弯管接头(16)进入此封闭空腔，因受到 双柔性铰(13)的限制，膨胀肌肉(12)边膨胀、边产生顺应性弯曲；三个 膨胀肌肉(12)均位于最靠近弹跳机器人中心一侧。
3. 根据权利要求2所述的双柔性铰(13)，其特征是双柔性铰(13) 有单向双柔性铰(13a)和多向双柔性铰(13b)两种结构，均采用弹簧钢； 单向双柔性铰(13a)的结构是板式结构；多向双柔性铰(13b)是圆柱式结 构，在两端安装孔处，自由锻钝扁成安装平面。
全文摘要
本发明涉及一种膨胀肌肉驱动双柔性铰关节的弹跳机器人，属于机器人、机电一体化的应用技术领域。此机器人采用微型气泵为动力源，以气动膨胀肌肉驱动双柔性铰关节的弯曲实现储存弹性势能，双柔性铰关节既作为弯曲腿关节，又是弹性跳跃的动力元件，同时还是降落时的缓冲元件。气动膨胀肌肉的柔顺性好，各双柔性铰关节的弯曲角度可单独调节，因此跳跃距离可调整；切线方向的喷嘴在空中喷气，从而实现弹跳机器人的空中转向功能；采用多向双柔性铰13b，易于缓解降落时地面不平带来的翻转倾向；膨胀肌肉本身是可变刚度的空气弹簧，在了解降落的地形情况下，三个膨胀肌肉在空中时调整为不同刚度的空气弹簧，落地更加平稳。
文档编号B62D57/00GK101423076SQ20071013530
公开日2009年5月6日 申请日期2007年11月2日 优先权日2007年11月2日
发明者兵 吕, 张秋菊, 军 章 申请人:江南大学