專利名稱：機(jī)器人腿緩沖裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種液壓驅(qū)動的移動機(jī)器人腿緩沖裝置。
背景技術(shù)：
目前，輪式和履帶式移動機(jī)器人的相關(guān)技術(shù)已得到充分發(fā)展，已有不少各種各樣的移動機(jī)器人產(chǎn)品被應(yīng)用到娛樂、反恐排爆、危險環(huán)境作業(yè)以及軍事等領(lǐng)域。輪式機(jī)器人具有摩擦阻力小、速度快等優(yōu)點，但只適應(yīng)于平坦的地面環(huán)境，越障能力差。履帶式機(jī)器人對環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)，可翻越障礙、攀爬樓梯、跨越壕溝等，但傳動效率低。無輪是輪式機(jī)器人還是履帶式機(jī)器人都只能在地球上不到一半的陸地上行走，而人類和動物卻可以在陸地上的任何地方行走。因此，腿式移動機(jī)器人比輪式和履帶式移動機(jī)器人具有更強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。發(fā)表于1999年7月份《上海交通大學(xué)學(xué)報》的文獻(xiàn)《四足步行機(jī)器人中一種新型腿結(jié)構(gòu)緩沖特性》介紹了一種彈性步行機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)由四組并聯(lián)彈性元件和以機(jī)器人腿外殼為機(jī)架的四連桿機(jī)構(gòu)復(fù)合而成，其工作原理是步行機(jī)器人足著地時，機(jī)體由于下踩的慣性，通過機(jī)器人腿帶動下連桿壓縮彈簧向下運(yùn)動，下連桿又帶動上連桿擺動，由于彈簧導(dǎo)向桿與支撐足相連，則上連桿的上鉸鏈與靜止端連接。在上、下連桿由于彈簧的壓縮而呈一條直線時，連桿機(jī)構(gòu)到達(dá)死點位置，通過控制電磁鐵吸住下連桿以使連桿機(jī)構(gòu)保持在死點位置，從而把彈簧中吸收的沖擊能鎖定在彈性腿中。然后在一定步態(tài)下控制彈性腿中的電磁吸盤使其失電而使彈性腿中存儲的能量釋放出來，輔助機(jī)器人抬腿擺動。該機(jī)構(gòu)在一定程度上緩解了足落地時受到的地面沖擊力，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且彈簧剛度不能根據(jù)不同硬度的地面環(huán)境進(jìn)行在線調(diào)節(jié)。

實用新型內(nèi)容(一 )要解決的技術(shù)問題本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種可根據(jù)地面硬度調(diào)節(jié)空氣彈簧剛度的機(jī)器人腿緩沖裝置，該裝置可用于液壓驅(qū)動的多足機(jī)器人腿部末節(jié)，減小地面對機(jī)器人的沖擊力，提高機(jī)器人動步態(tài)行走的穩(wěn)定性。( 二 )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的機(jī)器人腿緩沖裝置，包括連接塊、氣囊、 腿外筒、透蓋、伸縮桿和力傳感器；腿外筒設(shè)置在連接塊和透蓋之間；伸縮桿安裝在腿外筒內(nèi)，其下部伸出腿外筒，位于伸縮桿的上端活塞上部的腿外筒內(nèi)的空間為油室，油室通過一隔板分為上下兩部分，油室上部設(shè)置有預(yù)先充氣的封閉氣囊，下部貯存有液壓油并與外部的壓力調(diào)節(jié)回路相連，隔板上設(shè)有阻尼孔，伸縮桿的下端安裝有用來測量足與地面之間的接觸力大小和方向的力傳感器；力傳感器的外部罩有橡膠套；壓力調(diào)節(jié)回路包括恒壓油源、電液伺服閥、液控單向閥和壓力傳感器，恒壓油源、電液伺服閥和液控單向閥依次連接， 液控單向閥與油室連接，壓力傳感器安裝在油室與液控單向閥之間。[0008]在腿外筒與伸縮桿之間設(shè)置有用于減小摩擦的兩個直線軸承，在兩個直線軸承之間設(shè)置有軸套。在透蓋與伸縮桿之間設(shè)有防塵密封圈。在伸縮桿的上端活塞與腿外筒之間設(shè)有油封。(三)有益效果本實用新型的優(yōu)點在于該裝置直接利用機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)的液壓油源，機(jī)器人控制系統(tǒng)可根據(jù)傳感裝置檢測到的地面硬度信息在線調(diào)節(jié)空氣彈簧剛度，減小地面對機(jī)器人的沖擊力，提高機(jī)器人動步態(tài)行走的穩(wěn)定性，使機(jī)器人行走在最穩(wěn)定的狀態(tài)。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，可應(yīng)用于液壓驅(qū)動的雙足、四足、六足或八足等仿生機(jī)器人上。

圖1是本實用新型的機(jī)器人腿緩沖裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型的壓力調(diào)節(jié)回路原理示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不能用來限制本實用新型的范圍。圖1是本裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖1可知，本緩沖裝置包括連接塊1、氣囊2、腿外筒3、伸縮桿13、力傳感器14和橡膠套15。本實用新型作為機(jī)器人腿部的末節(jié)，連接塊1安裝在腿外筒3的上端，用來與機(jī)器人腿部其它部分相連接。伸縮桿13通過直線軸承8和10 定位安裝在腿外筒3內(nèi)，其下部伸出腿外筒3，兩個直線軸承8和10之間設(shè)有起隔離定位作用的軸套9，伸縮桿13可相對腿外筒3做往復(fù)直線運(yùn)動。透蓋11對直線軸承10起定位作用，內(nèi)嵌的防塵密封圈12防止灰塵從伸縮桿13與透蓋11之間的間隙進(jìn)入直線軸承10。 伸縮桿13的上端活塞部與腿外筒3內(nèi)頂端之間的空間為油室6。油室6的中部設(shè)置有橫向的隔板，隔板上開有阻尼孔4。隔板上方裝有預(yù)先充氣的封閉氣囊2，用來緩沖地面對機(jī)器人的沖擊，油室6內(nèi)貯存有液壓油。阻尼孔4增加液壓油從隔板一側(cè)流向另一側(cè)的阻力， 消耗地面對機(jī)器人的沖擊能量。阻尼孔4的大小根據(jù)需要加工，較大的阻尼孔4阻力較小， 氣囊2在機(jī)器人落地時吸收的能量可在機(jī)器人離地時作為動力輸出。由于油室6的容積一定，當(dāng)向油室6充油時，氣囊2被進(jìn)一步壓縮，氣囊2內(nèi)的氣體壓力升高，其彈簧剛度相應(yīng)增大。伸縮桿13上端活塞部安裝有油封7，用來封閉油室6內(nèi)的液壓油，保持油室內(nèi)的壓力。 液壓油接口 5與圖2所示的壓力調(diào)節(jié)液壓回路相連。伸縮桿13的下端安裝有力傳感器14， 用來測量機(jī)器人足與地面之間的接觸力的大小和方向，并提供給機(jī)器人控制系統(tǒng)。力傳感器14外部罩有橡膠套15，用來增加足與地面間的摩擦力，并起一定的緩沖和減振作用。與油室6連接的壓力調(diào)節(jié)回路如圖2所示。圖中恒壓油源19和油箱20均采用機(jī)器人液壓驅(qū)動系統(tǒng)的恒壓油源和油箱，也可單獨設(shè)置。油室6與液壓單向閥17之間安裝有壓力傳感器16，用來測量油室6內(nèi)液壓油的壓力，并傳送給機(jī)器人的控制系統(tǒng)。液控單向閥17用來切斷液壓油從油室6向電液伺服閥18的通路，防止機(jī)器人在落地瞬間油室6內(nèi)液壓油過高的壓力沖擊電液伺服閥18。但在主動調(diào)節(jié)油室6內(nèi)壓力時，液控單向閥17可在電液伺服閥18的控制下雙向流通。電液伺服閥18根據(jù)壓力傳感器16測量的油室6內(nèi)液壓油壓力和由地面硬度決定的氣囊2的彈簧剛度所對應(yīng)的液壓油壓力快速調(diào)整油室6內(nèi)的油量。氣囊2的彈簧剛度與其內(nèi)的氣體壓力有關(guān)，氣體壓力與油室6內(nèi)的液壓油的壓力是相同的。油室6內(nèi)液壓油壓力的調(diào)節(jié)須在腿位于懸空時進(jìn)行，因為此時壓力傳感器16測量的壓力是氣囊2內(nèi)氣體的靜態(tài)壓力。控制系統(tǒng)根據(jù)地面信息確定最佳彈簧剛度，并根據(jù)該彈簧剛度對應(yīng)的氣體壓力與壓力傳感器16測量的壓力相比較，然后向電液伺服閥18發(fā)出相應(yīng)的電流信號。電液伺服閥18根據(jù)電流信號迅速調(diào)整油室6內(nèi)的油量，直至壓力傳感器16測量的壓力與最佳彈簧剛度對應(yīng)的氣體壓力相等。以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種機(jī)器人腿緩沖裝置，其特征在于包括連接塊(1)、氣囊O)、腿外筒(3)、透蓋 (11)和伸縮桿(13)；所述腿外筒(3)設(shè)置在所述連接塊⑴和所述透蓋(11)之間；所述伸縮桿(13)安裝在所述腿外筒(3)內(nèi)，其下部伸出所述腿外筒(3)，位于所述伸縮桿的上端活塞上部的所述腿外筒(3)內(nèi)的空間為油室(6)，所述油室(6)通過一隔板分為上下兩部分， 所述油室(6)上部設(shè)置有預(yù)先充氣的封閉氣囊O)，下部貯存有液壓油并與外部的壓力調(diào)節(jié)回路相連，隔板上設(shè)有阻尼孔G)，所述伸縮桿(1 的下端安裝有用來測量足與地面之間的接觸力大小和方向的所述力傳感器(14)；所述力傳感器(14)的外部罩有所述橡膠套 (15)；所述壓力調(diào)節(jié)回路包括恒壓油源(19)、電液伺服閥(18)、液控單向閥(17)和壓力傳感器(16)，所述恒壓油源(19)、所述電液伺服閥(18)和所述液控單向閥(17)依次連接，所述液控單向閥(17)與所述油室(6)連接，所述壓力傳感器(16)安裝在所述油室(6)與所述液控單向閥(17)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緩沖裝置，其特征在于在所述腿外筒與所述伸縮桿之間設(shè)置有兩個直線軸承(8、10)，在兩個所述直線軸承(8、10)之間設(shè)置有軸套(9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緩沖裝置，其特征在于在所述透蓋(11)與所述伸縮桿(13) 之間設(shè)有防塵密封圈(12)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緩沖裝置，其特征在于在所述伸縮桿的上端活塞與所述腿外筒⑶之間設(shè)有油封(7)。
專利摘要本實用新型公開了一種機(jī)器人腿緩沖裝置，腿外筒設(shè)置在連接塊和透蓋之間；伸縮桿安裝在腿外筒內(nèi)，其下部伸出腿外筒，位于伸縮桿的上端活塞上部的腿外筒內(nèi)的空間為油室，油室通過一隔板分為上下兩部分，油室上部設(shè)置有預(yù)先充氣的封閉氣囊，下部貯存有液壓油并與外部的壓力調(diào)節(jié)回路相連，隔板上設(shè)有阻尼孔，伸縮桿的下端安裝有用來測量足與地面之間的接觸力大小和方向的力傳感器；力傳感器的外部罩有橡膠套；壓力調(diào)節(jié)回路中恒壓油源、電液伺服閥和液控單向閥依次連接，液控單向閥與油室連接，壓力傳感器安裝在油室與液控單向閥之間。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，可應(yīng)用于液壓驅(qū)動的雙足、四足、六足或八足等仿生機(jī)器人上。
文檔編號B62D57/032GK202243769SQ201120412610
公開日2012年5月30日 申請日期2011年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月26日
發(fā)明者張衛(wèi)珠 申請人:寧波力匠機(jī)械制造有限公司