[发明专利]一种野外足式机器人腿部减震机构的能量回收装置及方法

权利要求书

1.一种野外足式机器人腿部减震机构的能量回收装置，其特征在于，包括关节驱动及连接机构(12)、远地点减震弹簧(4)、近地点减震弹簧(9)、电能存储单元、绕组线圈(6)、直线发电机定子铁芯(8)和直线发电机动子空心轴(7)，直线发电机动子空心轴(7)安装在直线发电机定子铁芯(8)的内腔中，并且直线发电机动子空心轴(7)与直线发电机定子铁芯(8)之间存在气隙，绕组线圈(6)缠绕在直线发电机定子铁芯(8)内表面上，直线发电机动子空心轴(7)的外壁上安装有空心圆柱永磁体(5)，直线发电机动子空心轴(7)的上部套装有远地点减震弹簧(4)，直线发电机动子空心轴(7)的下部套装有近地点减震弹簧(9)，直线发电机动子空心轴(7)与关节驱动及连接机构(12)、电能存储单元相连。

2.根据权利要求1所述的一种野外足式机器人腿部减震机构的能量回收装置，其特征在于，电能存储单元包括电能传输导线(10)、交流-直流转换电路调理模块(1)和能量回收蓄电池(11)，绕组线圈(6)伸入到直线发电机动子空心轴(7)内并与电能传输导线(10)相连，将电能输送到交流-直流转换电路调理模块(1)，交流-直流转换电路调理模块(1)与能量回收蓄电池(11)。

3.根据权利要求2所述的一种野外足式机器人腿部减震机构的能量回收装置，其特征在于，第一远地点减震弹簧(4)、第二远地点减震弹簧(9)、绕组线圈(6)以及空心圆柱永磁体(5)都封闭在直线发电机定子铁芯(8)的空心腔中。

4.根据权利要求2所述的一种野外足式机器人腿部减震机构的能量回收装置，其特征在于，远地点减震弹簧(4)的顶部设置有弹簧挡圈(3)，回收电能的交流-直流转换电路调理模块(1)外侧设置有能量回收电路模块防护罩(2)，弹簧挡圈(3)设置在能量回收电路模块防护罩(2)下方并与能量回收电路模块防护罩(2)相接触。

5.根据权利要求3所述的一种野外足式机器人腿部减震机构的能量回收装置，其特征在于，直线发电机动子空心轴(7)穿过能量回收电路模块防护罩(2)与关节驱动及连接机构(12)相连。

6.根据权利要求3所述的一种野外足式机器人腿部减震机构的能量回收装置，其特征在于，能量回收电路模块防护罩(2)与直线发电机动子空心轴(7)之间存在空心腔，固定交流-直流转换电路调理模块(1)和能量回收蓄电池(11)固定在空心腔中。

7.根据权利要求3所述的一种野外足式机器人腿部减震机构的能量回收装置，其特征在于，远地点减震弹簧(4)的顶部设置有弹簧挡圈(3)，并且远地点减震弹簧(4)顶部与弹簧挡圈(3)接触，弹簧挡圈(3)套装在直线发电机动子空心轴(7)上。

8.根据权利要求1所述的一种野外足式机器人腿部减震机构的能量回收装置，其特征在于，直线发电机定子铁芯(8)内表面开设有凹槽，绕组线圈(6)缠绕在直线发电机定子铁芯(8)的凹槽内。

9.根据权利要求1所述的一种野外足式机器人腿部减震机构的能量回收装置，其特征在于，直线发电机动子空心轴(7)外壁上等间距开设有若干圆柱形凹槽，圆柱形凹槽内安装有空心圆柱永磁体(5)。

10.一种基于权利要求2所述的装置的野外足式机器人腿部减震机构的能量回收方法，其特征在于，

1)通过关节驱动和连接机构(12)使机器人足末端着地，直线发电机定子铁芯(8)承受地面方向压力，直线发电机动子空心轴(7)承受机器人本体重力；

2)近地点减震弹簧(9)和远地点减震弹簧(4)分别承受直线发电机动子空心轴(7)的压力和拉力，并进行收缩和拉伸变形，将腿部运动动能部分转化为弹性势能存储，此时，直线发电机动子空心轴(7)与直线发电机定子铁芯(8)产生相对位移，即空心圆柱永磁体(5)和绕组线圈(6)相互移动产生电流，将腿部运动动能转化为电能；

3)绕阻线圈(6)穿过直线发电机动子空心轴(7)下端的孔进入到直线发电机动子空心轴(7)的空腔中，然后传输导线(10)穿过直线发电机动子空心轴(7)上端的孔将电能传输给交流-直流转换电路调理模块(1)，最后将调理好的稳定电流传输到能量回收蓄电池(11)进行存储；

4)当足式移动机器人通过驱动和连接机构(12)使机器人足末端离开地面时，由于直线发电机定子铁芯(8)失去了地面的作用力，使其与直线发电机动子空心轴(7)失去力平衡，此时被拉伸的远地点减震弹簧(4)和被压缩的近地点减震弹簧(9)将恢复原有形状；

5)随着远地点减震弹簧(4)和近地点减震弹簧(9)的形变复原，远地点减震弹簧(4)和近地点减震弹簧(9)将释放势能；同时直线发电机定子铁芯(8)和直线发电机动子空心轴(7)发生相对运动，即空心圆柱永磁体(5)和绕组线圈(6)相互移动产生电流，从而完成减震弹簧的势能转化为电能；

6)电能传输导线(10)将势能转化的电能存储到蓄电池(11)中；

7)重复步骤1)-6)，在使足式机器人在行走过程中，将腿部的部分动能进行回收。