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带自主液压分布动的三关节仿生机械腿

阅读:441发布:2021-04-13

专利汇可以提供带自主液压分布动的三关节仿生机械腿专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且带自主液压分布动 力 的三关节仿生机械腿,包括大腿、小腿、足部,还设有连接架、液压动力系统和控制装置,连接架、大腿、小腿和足部依次通过关节相连;通过连接架将仿生机械腿与仿生 机器人 固定连接或拆卸,液压动力系统设在大腿和/或小腿和/或足部;控制装置设在大腿和/或小腿和/或连接架和/或足部。本实用新型之带自主液压分布动力的三关节仿生机械腿,可与仿生机器人快速固连和拆卸, 扭矩 更大,操作控制更简单。(ESM)同样的 发明 创造已同日 申请 发明 专利,下面是带自主液压分布动的三关节仿生机械腿专利的具体信息内容。

1.带自主液压分布动的三关节仿生机械腿,包括大腿、小腿和足部,其特征在于,还设有连接架、液压动力系统、控制装置,所述连接架、大腿、小腿和足部依次通过关节相连;
所述连接架用于将所述仿生机械腿与仿生机器人固定连接或拆卸;所述液压动力系统设在所述大腿和/或小腿和/或足部;所述控制装置设在所述大腿和/或小腿和/或连接架和/或足部。
2.如权利要求1所述带自主液压分布动力的三关节仿生机械腿,其特征在于,所述连接架设有螺栓孔和/或插销孔和/或卡槽;所述大腿、小腿和关节为具有空腔的框架构件,所述大腿、小腿中设有液压管路,所述关节中设有液压接口,所述液压接口与所述液压管路的一端相连。
3.如权利要求2所述带自主液压分布动力的三关节仿生机械腿,其特征在于,所述液压动力系统包括驱动电机液压、微型油箱、液压电磁组和电池组;所述驱动电机液压泵、微型油箱依次连接,并固定在所述大腿和/或小腿内;所述液压电磁阀组与所述液压泵通过所述液压管路连接,所述电池组与所述驱动电机相连,所述液压电磁阀组与所述电池组设在所述大腿和/或小腿和/或足部。
4.如权利要求1-3之一所述带自主液压分布动力的三关节仿生机械腿,其特征在于,所述控制装置包括控制器、充电口和电插件;所述控制器设在所述大腿和/或小腿,用于控制所述关节的运动,所述控制器还可为二级控制器,用于执行仿生机器人主体的指令信号;所述充电口设在所述足部和/或所述连接架和/或大腿和/或小腿,通过有线/无线连接方式对电池组充电;所述电插件一端与所述控制器连接,另一端与仿生机器人主体连接,通过有线或无线连接方式实现所述仿生机械腿与所述仿生机器人主体之间的通讯。
5.如权利要求3所述带自主液压分布动力的三关节仿生机械腿,其特征在于,所述关节为三维关节和/或二维关节,所述三维关节包括回转油缸、传感器和关节架,所述三维关节的回转油缸和传感器均为两组,两组所述传感器分别固定在所述回转油缸端部,两组所述回转油缸分别设置在所述关节架的两端,呈相互非平行状态,使所述三维关节实现三维空间的摆动。
6.如权利要求4所述带自主液压分布动力的三关节仿生机械腿,其特征在于,所述关节为三维关节和/或二维关节,所述三维关节包括回转油缸、传感器和关节架,所述三维关节的回转油缸和传感器均为两组,两组所述传感器分别固定在所述回转油缸端部,两组所述回转油缸分别设置在所述关节架的两端,呈相互非平行状态,使所述三维关节实现三维空间的摆动。
7.如权利要求5所述带自主液压分布动力的三关节仿生机械腿,其特征在于,所述二维关节包括回转油缸和传感器,所述传感器固定在所述回转油缸的端部,使所述二维关节实现二维平面的摆动。
8.如权利要求5所述带自主液压分布动力的三关节仿生机械腿,其特征在于,所述控制装置还包括辅助传感器,所述辅助传感器为压力传感器应力传感器、油温传感器、声波传感器、激光传感器中的一种或多种。
9.如权利要求7所述带自主液压分布动力的三关节仿生机械腿,其特征在于,所述控制装置还包括辅助传感器,所述辅助传感器为压力传感器、应力传感器、油温传感器、超声波传感器、激光传感器中的一种或多种。
10.如权利要求1-3之一所述带自主液压分布动力的三关节仿生机械腿,其特征在于,所述大腿、小腿为轻质高强合金和/或材料制成;所述足部还设有弹性合金材料构件、弹性储能材料构件、压电材料构件中的一种或多种。
11.如权利要求4所述带自主液压分布动力的三关节仿生机械腿,其特征在于,所述大腿、小腿为轻质高强合金和/或钛材料制成;所述足部还设有弹性合金材料构件、弹性储能材料构件、压电材料构件中的一种或多种。
12.如权利要求5所述带自主液压分布动力的三关节仿生机械腿,其特征在于,所述大腿、小腿为轻质高强合金和/或钛材料制成;所述足部还设有弹性合金材料构件、弹性储能材料构件、压电材料构件中的一种或多种。
13.如权利要求7所述带自主液压分布动力的三关节仿生机械腿,其特征在于,所述大腿、小腿为轻质高强合金和/或钛材料制成;所述足部还设有弹性合金材料构件、弹性储能材料构件、压电材料构件中的一种或多种。
14.如权利要求3所述带自主液压分布动力的三关节仿生机械腿,其特征在于,所述液压动力系统还包括冷却装置和/或发电装置,所述冷却装置为冷却扇和/或冷却片,用于对所述驱动电机和所述微型油箱进行冷却;所述发电装置为温差发电片、太阳能板或太阳能薄膜片,所述温差发电片设置在所述微型油箱上,所述太阳能板或太阳能薄膜片设于大腿、小腿外壁上。
15.如权利要求5所述带自主液压分布动力的三关节仿生机械腿,其特征在于,所述液压动力系统还包括冷却装置和/或发电装置,所述冷却装置为冷却扇和/或冷却片,用于对驱动电机和微型油箱进行冷却;所述发电装置为温差发电片、太阳能板或太阳能薄膜片,所述温差发电片设置在所述微型油箱上,所述太阳能板或太阳能薄膜片设于大腿、小腿外壁上。
16.如权利要求7所述带自主液压分布动力的三关节仿生机械腿,其特征在于,所述液压动力系统还包括冷却装置和/或发电装置,所述冷却装置为冷却扇和/或冷却片,用于对驱动电机和微型油箱进行冷却;所述发电装置为温差发电片、太阳能板或太阳能薄膜片,所述温差发电片设置在所述微型油箱上,所述太阳能板或太阳能薄膜片设于大腿、小腿外壁上。
17.如权利要求8所述带自主液压分布动力的三关节仿生机械腿,其特征在于,所述液压动力系统还包括冷却装置和/或发电装置,所述冷却装置为冷却扇和/或冷却片,用于对驱动电机和微型油箱进行冷却;所述发电装置为温差发电片、太阳能板或太阳能薄膜片,所述温差发电片设置在所述微型油箱上,所述太阳能板或太阳能薄膜片设于大腿、小腿外壁上。
18.如权利要求7所述带自主液压分布动力的三关节仿生机械腿,其特征在于,所述回转油缸为双端动力输出的螺旋回转油缸,所述传感器为度传感器,所述驱动电机为直流电机,所述液压泵为齿轮泵和/或柱塞泵,所述微型油箱为金属材质油箱和/或带弹性橡胶壳体的油箱,所述液压电磁阀组采用集成电磁阀和/或多个三位四通电磁阀组成,所述电池组采用一组或多组可充电的锂电池组和/或固态电池组和/或石墨烯电池组。

说明书全文

带自主液压分布动的三关节仿生机械腿

技术领域

[0001] 本实用新型涉及仿生机器人,尤其是涉及仿生机器人的带自主液压分布动力的三关节仿生机械腿。

背景技术

[0002] 相对轮式、履带移动机器人,仿生机器人运动时只需离散的点接触地面,可跨越较大的障碍,对复杂地形适应能力更强,且仿生机器人的腿部可具有多个自由度,使运动灵活性和表演性大大增强,可通过调节支撑度和足部落点位置保持身体平衡,不易倾翻,稳定性高。未来,仿生机器人将在生活服务、管道检修、抗洪救灾、影视表演、安保及军事等方面具有更为广阔的应用前景。
[0003] 对于仿生机器人的关键部件——仿生机械腿,国内外的研究成果丰富,种类很多,主要可以概括为如下几类。
[0004] 第一类,采用“伺服电机+减速机”驱动仿生机械腿关节回转运动,如CN 201220166860.9公开的一种电子机器人,以髋伺服机、腿伺服机、脚踝伺服机等伺服电机来实现腿部摆动或转动运动,可执行跳舞、扭腰、步行和多种复杂运动;CN 201110142086.8公开了一种十二足机器人,以主伺服电机、活动伺服电机、旋转伺服电机驱动腿部关节运动;
这类仿生机械腿存在以下不足:其一,自身无动力,动力主要集中在机器人主体上,仿生机械腿中各个关节的驱动机构、控制线缆与机器人主体直接连接,连接线缆多,极易因连接线缆磨损而整机瘫痪;其二,在仿生机械腿拆装维护时,由于连接线缆多,拆装维护颇为不便;
其三,仿生机械腿动力装置——电池布置在仿生机器人主体上,仅有一个充电口,对大容量电池来说,充电时间长,充电效率低;其四,采用集中的控制器来控制所有仿生机械腿的各个关节运动,控制程序复杂,编程工作量大。
[0005] 第二类,采用机械传动的仿生机械腿,如CN 201510404058.7公开了一种足式机器人的腿部结构,采用链条、链轮、多连杆机构实现腿部运动;这类仿生机械腿存在以下缺陷:一是仅适用于轻型或轻载机器人,关节扭矩小,无法应用于大型或重载型仿生机器人;二是这些仿生机械腿上无自身动力,动力集中在主体框架上,其结构复杂,安装维护不便,可靠性差;三是运动模式单一,仅适合特定路面,无法适应崎岖复杂地形;四是驱动器和关节运动呈非线性关系,导致控制系统复杂;五是其整体式集中电源存在充电时间长、充电效率低的问题。
[0006] 第三类,是采用液压动力驱动的仿生机械腿,如CN201510644743.7公开的一种四足机器人,采用电动伺服液压源驱动系统驱动仿生机械腿关节运动;这些机器人的仿生机械腿存在如下问题:其一,动力源集中在主体框架上,需由机器人主体框架上的液压动力系统提供各个仿生机械腿的关节液压动力,极易因连接线缆或液压管道磨损而瘫痪;其二,其整体式集中电源布置在仿生机器人主体上,存在充电时间长、充电效率低的问题;其三,采用直线油缸的关节运动和驱动器呈现非线性关系,导致控制系统复杂;其四,仿生机械腿及其中布置的连接线缆或/和液压管道与机器人主体框架须直接相连接,拆装维护极不方便。实用新型内容
[0007] 本实用新型所要解决的技术问题是,克服上述现有技术中存在的拆装维护极不方便、关节扭矩小,结构复杂,充电效率低的缺陷,提供一种安装拆卸方便、关节扭矩大,结构较简单,工作可靠性充电效率高的带自主液压分布动力的三关节仿生机械腿。
[0008] 本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是,带自主液压分布动力的三关节仿生机械腿,包括大腿、小腿、足部、连接架、液压动力系统和控制装置,所述连接架、大腿、小腿和足部依次通过关节相连;所述连接架用于将所述仿生机械腿与仿生机器人固定连接或拆卸;所述液压动力系统设在所述大腿和/或小腿和/或足部;所述控制装置设在所述大腿和/或小腿和/或连接架和/或足部。
[0009] 进一步地,所述连接架设有螺栓孔和/或插销孔和/或卡槽;所述大腿、小腿和关节为具有空腔的框架构件,所述大腿、小腿中设有液压管路,所述关节中设有液压接口,所述液压管路的一端与所述液压接口相连。
[0010] 进一步地,所述液压动力系统包括驱动电机液压、微型油箱、液压电磁组和电池组;所述驱动电机、液压泵、微型油箱依次连接,并固定在所述大腿和/或小腿内;所述液压电磁阀组与所述液压泵通过所述液压管路连接,所述电池组与所述驱动电机相连,所述液压电磁阀组与所述电池组设在所述大腿和/或小腿和/或足部。
[0011] 进一步地,所述控制装置包括控制器、充电口和电插件;所述控制器设在所述大腿和/或小腿,用于控制所述关节的运动,所述控制器还可为二级控制器,用于执行仿生机器人主体的指令信号;所述充电口设在所述足部和/或所述连接架和/或大腿和/或小腿,通过有线/无线连接方式对所述电池组充电;所述电插件一端与所述控制器连接,另一端与仿生机器人主体连接,通过有线/无线连接方式实现所述仿生机械腿与所述仿生机器人主体之间的通讯。
[0012] 进一步地,所述关节为三维关节和/或二维关节,所述三维关节包括回转油缸、传感器和关节架,所述三维关节的回转油缸和传感器均为两组,两组所述传感器分别固定在所述回转油缸端部,两组所述回转油缸分别设置在所述关节架的两端,呈相互非平行状态,使所述三维关节实现三维空间的摆动。
[0013] 进一步地,所述二维关节包括回转油缸和传感器,所述传感器固定在所述回转油缸的端部,使所述二维关节实现二维平面的摆动。
[0014] 进一步地,所述控制装置还包括辅助传感器,所述辅助传感器为压力传感器应力传感器、油温传感器、声波传感器、激光传感器中的一种或多种。
[0015] 进一步地,所述大腿、小腿为轻质高强合金和/或材料制成;所述足部还可设有弹性合金材料构件、弹性储能材料构件、压电材料构件中的一种或多种。
[0016] 进一步地,所述液压动力系统还可包括冷却装置和/或发电装置,所述冷却装置为冷却扇和/或冷却片,用对于所述驱动电机和所述微型油箱进行冷却;所述发电装置为温差发电片、太阳能板或太阳能薄膜片,所述温差发电片设置在所述微型油箱上,用于收集所述微型油箱的热量进行发电,所述太阳能板或太阳能薄膜片设置大腿、小腿外壁上,用于吸收太阳光进行自我发电。
[0017] 进一步地,所述回转油缸为双端动力输出的螺旋回转油缸,所述传感器为角度传感器,所述驱动电机为直流电机,所述液压泵为齿轮泵和/或柱塞泵,所述微型油箱为金属材质油箱和/或带弹性橡胶壳体的油箱,所述液压电磁阀组可采用集成电磁阀和/或多个三位四通电磁阀组成,所述电池组可采用一组或多组可充电的锂电池组和/或固态电池组和/或石墨烯电池组。
[0018] 与现有各类仿生机械腿比较,本实用新型带自主液压分布动力的三关节仿生机械腿具体有如下有益效果:
[0019] 1、采用带自主分布液压动力的三关节仿生机械腿结构,仅需连接架及电插件就可实现和仿生机器人主体固连及通讯,无需大量液压管路和电气线路的连接,结构简单,安装和拆卸方便;同时管线磨损故障大幅降低,整机可靠性提高;
[0020] 2、各个仿生腿的关节动作可实现分级式控制器控制,相对于集中在仿生机器人主体上的集成控制,可大幅降低控制系统的复杂程度;
[0021] 3、采用高扭矩的液压回转油缸驱动仿生机械腿关节摆动,相对伺服电机+减速机方式驱动关节摆动,动作比较柔和,关节扭矩大,承载能力高,可满足大型足式机器人抗冲击能力和复杂地形运动能力的需求;
[0022] 4、采用回转油缸驱动方式,无直线油缸的有杆腔和无杆腔差异,正反转转速一致;且摆动角度大,最大可以达到270度;同时回转油缸摆动角度和传感器摆动角度呈现线性关系,程序编制简单,方便调试和运行;
[0023] 5、在每条仿生机械腿上设置分布式电池组和充电口,无需大量电气线路连接到主体上,即提高可靠性,又提高充电效率;同时每个仿生腿上设置的温差发电片/太阳能膜/压电发电片等,可对所在的仿生机械腿上电池组进行充电、减少对外部能源的依赖。附图说明
[0024] 图1 为本实用新型实施例1的结构示意图;
[0025] 图2 为本实用新型实施例1的三维结构示意图;
[0026] 图3 为本实用新型实施例2的三维结构示意图;
[0027] 图4 为本实用新型实施例2的结构示意图;
[0028] 图5 为本实用新型实施例3的三维结构示意图;
[0029] 图6 为本实用新型实施例3的结构示意图。

具体实施方式

[0030] 以下结合附图及实施例,对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。
[0031] 实施例1
[0032] 参照图1、图2,本实施例带自主液压分布动力的三关节仿生机械腿,具有4个自由度,主要包括连接架1、三维关节A、大腿2、二维关节B、小腿3、二维关节C、足部4、液压动力系统5、控制装置6;三维关节A固定在连接架1上并和大腿2相连,大腿2通过二维关节B和小腿3相连,小腿3通过二维关节C和足部4相连,液压动力系统5固定在大腿2和小腿3的腿体的空腔内,通过液压管路分别与三维关节A、二维关节B、二维关节C的液压接口相连,控制装置6固定在小腿3的空腔内,控制装置6分别与液压动力系统5、三维关节A、二维关节B、二维关节C电连接。
[0033] 所述的连接架1设有螺栓安装孔11A,用于将多个带自主分布动力的三关节仿生腿,快速连接固定在仿生机器人主体框架上。所述的大腿2、小腿3为具有空腔的框架构件,方便腿节空腔内部布置液压动力系统5、控制装置6。所述足部4采用状并设有弹性橡胶构件401,以减缓运动过程中地面冲击并吸能。所述三维关节A主要包括回转油缸ⅠA01、传感器ⅠA02、关节架A03、回转油缸ⅡA04、传感器ⅡA05;传感器ⅠA02固定在回转油缸ⅠA01端部,传感器ⅡA05固定在回转油缸ⅡA04端部,回转油缸ⅠA01、回转油缸ⅡA04以非平行交错设置固定在关节架A03的两端,可使三维关节A实现三维空间摆动;所述二维关节B主要包括回转油缸ⅢB01及固定在其端部的传感器ⅢB02,所述二维关节C主要包括回转油缸ⅣC01及固定在其端部的传感器ⅣC02,可使二维关节B、二维关节C实现二维平面摆动。
[0034] 所述的液压动力系统5主要包含电池组501、驱动电机502、液压泵503、微型油箱504和液压电磁阀组505;驱动电机502、液压泵503、微型油箱504依次连接并固定在大腿2的空腔内,液压电磁阀组505固定在在大腿2的空腔内,和液压泵503通过液压管路相连;电池组501固定在在小腿3的空腔内,并和驱动电机502电连接;液压动力系统5通过液压动力驱动回转油缸ⅠA01、回转油缸ⅡA04、回转油缸ⅢB01及回转油缸ⅣC01正转、反转、止,实现对三维关节A、二维关节B、二维关节C运动和停止。
[0035] 所述的控制装置6主要包含控制器601、充电口602;控制器601固定在小腿3框架内,根据传感器ⅠA02、传感器ⅡA04、传感器ⅢB02、传感器ⅣC02反馈的关节角度信号,来控制仿生腿的三维关节A、二维关节B、二维关节C精确运动;充电口602布置在足部4上,用于对仿生机械腿内部的电池组501充电,所述的控制器601和机器人主体上的通讯系统通过无线连接。
[0036] 所述的大腿2、小腿3采用轻质高强的合金制成具有空腔的方型构件。所述的回转油缸ⅠA01、回转油缸ⅡA04、回转油缸ⅢB01、回转油缸ⅣC01采用双端动力输出的螺旋回转油缸,可实现关节90-270°大角度大扭矩摆动,且方便两端连接及定位。所述传感器ⅠA02、传感器ⅡA05、传感器ⅢB02、传感器ⅣC02采用转角传感器,可实时传递回转角度给控制器601。所述驱动电机502采用24V直流电机,所述液压泵503采用高压齿轮泵,所述微型油箱
504采用金属材质油箱,所述液压电磁阀组505采用集成电磁阀。所述电池组501采用可充电的锂电池组。
[0037] 本实施例带自主液压分布动力的三关节仿生机械腿,自带控制装置6和液压动力系统5,可以自主控制每条仿生机械腿独立运动;每条仿生机械腿整体通过连接架1可以快速地和仿生机器人主体框架固定连接,在需要维修、拆卸、保养及更换时,可实现快速拆除及更换仿生机械腿。在仿生机器人运动过程中,仿生腿的控制器601可根据仿生机器人主体上控制指令,计算确定各自仿生腿上三维关节A、二维关节B、二维关节C的运动参数和运动轨迹。每条仿生机械腿的驱动电机502在电池组501提供动力支持下,驱动液压泵503抽取微型油箱504中液压油;液压油经过液压电磁阀组505、液压管路进入回转油缸ⅠA01、回转油缸ⅡA04、回转油缸ⅢB01、回转油缸ⅣC01,实现三维关节A、二维关节B、二维关节C大扭矩、大角度范围内摆动;同时,控制器601根据关节油缸上传感器ⅠA02、传感器ⅡA05、传感器ⅢB02、传感器ⅣC02的角度信号来调整液压电磁阀组505的通断,实现对关节回转油缸ⅠA01、回转油缸ⅡA04、回转油缸ⅢB01、回转油缸ⅣC01的正转、反转并锁止到相应角度。
[0038] 控制装置6还包含多种辅助传感器,用于提高安装带自主分布动力的三关节仿生腿的仿生机器人整体动作协调性和平稳性。所述辅助传感器优选压力传感器安装在足部4上,用于监测足底支撑力情况;在连接架1、大腿2和小腿3上优选安装应力传感器,用于监测结构件上应力变化;优选油温传感器安装在液压管路上,用于监测液压油温变化;在足部4或/和小腿3上优选安装超声波传感器、激光测距器,用于探测障碍物的位置及距离和各腿节之间的距离及状态。
[0039] 足部4还可采用异形状,可采用板簧、弹性棒、螺旋弹簧扭簧等弹性构件进行减振缓冲。
[0040] 实施例2
[0041] 参照图3、图4,本实施例带自主液压分布动力的三关节仿生机械腿,具有4个自由度,主要包括连接架1、三维关节A、大腿2、二维关节B、小腿3、二维关节C、足部4、液压动力系统5、控制装置6;三维关节A固定在连接架1上并和大腿2相连,大腿2通过二维关节B和小腿3相连,小腿3通过二维关节C和足部4相连,液压动力系统5固定在大腿2和小腿3的腿节腔体内,通过液压管路分别与三维关节A、二维关节B、二维关节C的液压接口相连,控制装置6固定在连接架1和大腿2和足部4腔体内,控制装置6分别与液压动力系统5、三维关节A、二维关节B、二维关节C电连接。
[0042] 所述的连接架1设有快联销孔11A,用于将多个带自主分布动力的三关节仿生腿,快速连接固定在仿生机器人主体框架上。所述的大腿2、小腿3为具有空腔的框架构件,方便腿节空腔内部布置液压动力系统5、控制装置6。所述足部4采用弹性合金构件制成足状形式,减缓运动过程中地面冲击并吸能。所述三维关节A主要包括回转油缸ⅠA01、传感器ⅠA02、关节架A03、回转油缸ⅡA04、传感器ⅡA05、平衡阀ⅠA06、平衡阀ⅡA07;传感器ⅠA02固定在回转油缸ⅠA01端部,平衡阀ⅠA06固定在回转油缸ⅠA01侧面,传感器ⅡA05固定在回转油缸ⅡA04端部,平衡阀ⅡA07固定在回转油缸ⅡA04侧面,回转油缸ⅠA01、回转油缸ⅡA04以90度交错设置固定在关节架A03的两端,可使三维关节A实现三维空间摆动;所述二维关节B主要包括回转油缸ⅢB01及固定在其端部的传感器ⅢB02和固定在其侧部的平衡阀ⅢB03,所述二维关节C主要包括回转油缸ⅣC01及固定在其端部的传感器ⅣC02和固定在其侧部的平衡阀ⅣC03,可使二维关节B、二维关节C实现二维平面摆动。
[0043] 所述的液压动力系统5主要包含电池组501、驱动电机502、液压泵503、微型油箱504和液压电磁阀组505;驱动电机502、液压泵503、微型油箱504依次连接并固定在小腿3的腔体内,液压电磁阀组505固定在在小腿3的腔体内,和液压泵503通过液压管路相连;电池组501固定在在大腿2的腔体内,和驱动电机502电连接;液压动力系统5通过液压动力驱动回转油缸ⅠA01、回转油缸ⅡA04、回转油缸ⅢB01及回转油缸ⅣC01正转、反转、锁止,实现对三维关节A、二维关节B、二维关节C运动和停止。回转油缸ⅠA01、回转油缸ⅡA04、回转油缸ⅢB01、回转油缸ⅣC01或液压电磁阀组505上还可设置液压锁,确保回转油缸运行平稳性。
[0044] 所述的控制装置6主要包含控制器601、充电口602、电插件603、压力传感器605;控制器601固定在大腿2框体内,根据传感器ⅠA02、传感器ⅡA05、传感器ⅢB02、传感器ⅣC02反馈的关节角度信号,来控制仿生腿的三维关节A、二维关节B、二维关节C精确运动;充电口602布置在足部4上,用于对仿生腿内部的电池组充电,压力传感器605固定足部4上,用于检测足部受力变化情况,电插件603固定在连接架1上,用于仿生腿和机器人主体上通讯连接。
[0045] 所述的大腿2、小腿3采用轻质高强的钛合金制成具有空腔的异型构件,其中在内部设置加强筋202,并在外部填充浮力材料203。所述的回转油缸ⅠA01、回转油缸ⅡA04、回转油缸ⅢB01、回转油缸ⅣC01采用内径40的螺旋回转油缸,可实现关节90-270°大角度大扭矩摆动,且方便两端连接及定位。所述传感器ⅠA02、传感器ⅡA05、传感器ⅢB02、传感器ⅣC02采用倾角传感器,可实时传递回转角度给控制器601。所述驱动电机502采用48V直流电机,所述液压泵503采用高压柱塞泵,所述微型油箱504采用弹性橡胶材质油箱,所述液压电磁阀组505采用4个三位四通电磁阀组成。所述电池组501采用一组可充电的金属燃料电池。
[0046] 实施例3
[0047] 参照图5、图6,本实施例带自主液压分布动力的三关节仿生机械腿,具有4个自由度,主要包括连接架1、三维关节A、大腿2、二维关节B、小腿3、二维关节C、足部4、液压动力系统5、控制装置6;三维关节A固定在连接架1上并和大腿2相连,大腿2通过二维关节B和小腿3相连,小腿3通过二维关节C和足部4相连,液压动力系统5固定在大腿2和小腿3的腿节腔体内,通过液压管路分别与三维关节A、二维关节B、二维关节C的液压接口相连,控制装置6固定在连接架1和小腿3和足部4腔体内,控制装置6分别与液压动力系统5、三维关节A、二维关节B、二维关节C电连接。
[0048] 所述的连接架1设有卡槽和固定销孔11C,用于将多个带自主分布动力的三关节仿生腿快速连接固定在仿生机器人主体框架上。所述的大腿2、小腿3为具有空腔的框架构件,方便腿节空腔内部布置液压动力系统5、控制装置6,所述足部4上设置有橡胶减振构件401和压电片构件402,减缓运动过程中振动冲击并吸能用于压电发电。所述三维关节A主要包括回转油缸ⅠA01、传感器ⅠA02、关节架A03、回转油缸ⅡA04、传感器ⅡA05;传感器ⅠA02固定在回转油缸ⅠA01端部,传感器ⅡA05固定在回转油缸ⅡA04端部,回转油缸ⅠA01、回转油缸ⅡA04以100度交错设置固定在关节架A03的两端,可使三维关节A实现三维空间摆动;所述二维关节B主要包括回转油缸ⅢB01及固定在其端部的传感器ⅢB02,所述二维关节C主要包括回转油缸ⅣC01及固定在其端部的传感器ⅣC02,可使二维关节B、二维关节C实现行二维平面摆动。
[0049] 所述的液压动力系统5主要包含电池组501、驱动电机502、液压泵503、微型油箱504和液压电磁阀组505;驱动电机502、液压泵503、微型油箱504依次连接并固定在大腿2的腔体内,液压电磁阀组505固定在在大腿2的腔体内,和液压泵503通过液压管路相连;电池组501固定在在小腿3的腔体内,和驱动电机502电连接;液压动力系统5通过液压动力驱动回转油缸ⅠA01、回转油缸ⅡA04、回转油缸ⅢB01及回转油缸ⅣC01正转、反转、锁止实现对三维关节A、二维关节B、二维关节C运动和停止。所述的控制装置6主要包含控制器601、无线充电口602、无线电插件603;控制器601固定在小腿3框体内,根据传感器ⅠA02、传感器ⅡA05、传感器ⅢB02、传感器ⅣC02反馈的关节角度信号,来控制仿生腿的三维关节A、二维关节B、二维关节C精确运动;充电口602布置小腿3上,方便给仿生腿内部的电池组501无线充电,无线电插件603固定在连接架1上,用于仿生腿和机器人主体上无线通讯连接。
[0050] 所述的大腿2、小腿3采用轻质高强的铝合金和钛合金制成具有空腔的异型构件,所述的大腿2主要包括腿节框架201、加强筋202、填充泡沫203、太阳能薄膜片204以及固定在腿节框架201端部的伸缩保护套205,其中太阳能薄膜片204设置在腿节框架201外部,伸缩保护套205采用可伸缩的弹性构件,用于保护关节。所述的小腿3采用类似大腿2的结构。所述的回转油缸ⅠA01、回转油缸ⅡA04、回转油缸ⅢB01、回转油缸ⅣC01采用螺旋回转油缸,可实现关节90-270°大角度大扭矩摆动,且方便两端连接及定位。所述传感器ⅠA02、传感器ⅡA05、传感器ⅢB02、传感器ⅣC02采用选拉线角度传感器,可实时传递回转角度给控制器
601。所述驱动电机502采用36V直流电机,所述液压泵503采用高压柱塞泵,所述微型油箱
504采用弹性橡胶材质油箱,所述液压电磁阀组505采用集成电磁阀。所述电池组501采用一组可充电的固体电池。
[0051] 实际运行中,太阳能薄膜片204、压电材料构件402通过控制器601给电池组501充电,也可通过无线充电口602给电池组501充电来提供能源。伸缩保护套205连接大腿2、小腿3,可根据关节摆动情况弹性变形伸缩,起到保护关节轴承以及美化仿生腿的功能。以上对本实用新型的较佳实施方式进行了描述,但本领域的技术人员应能理解,上述较佳实施方式仅用来说明本实用新型,并非用来限定本实用新型的保护范围,任何在本实用新型的精神和原则范围之内,所做的任何修饰、等效替换、改进等,均应包含在本实用新型的权利保护范围之内。
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