[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

说明书

技术领域

本发明涉及一项能量回收系统明，具体涉及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。

背景技术

随着机器人技术的发展，从轮式机器人到适合野外作业的足式行走机器人的科技水平都在不断提高，而且探索和工作的环境也在不断扩大，已经从规范化的环境扩展到野外作业。但是在野外作业的机器人由于远离供能设备，因此机器人的作业续航能力有限不能长时间运行，而且随着机器人作业复杂程度的提高其对能量的需求也在增加。为此，如何使机器人在作业过程中进行能量的回收利用以减轻其能量耗损，从而提高其持续作业能力是重要技术之一。在现有的能量回收系统中，大多是基于汽车、液压传动设备等的能量回收装置，而这些装置都有较强的针对性，很难利用到其它能量回收设备中。目前，野外作业足式机器人能量回收的研究较少，特别是将能量回收装置嵌入到机器人的行走机构中与机械本体形成一体化设计的研究；同时，针对足式机器人足部运动的动能和电能之间的转化系统的研究更加缺乏。

在野外作业的足式机器人一般情况下远离供能设施，因此在作业过程中应尽可能减少能量的耗损从而延长工作时间。由于机器人在工作过程中必不可少的会产生无用功而增加能量耗损，若能很好的解决无用功能量的回收技术并将其存储循环利用，这将有效的减少能耗提高机器人的工作时长。

给机器人增加能量回收装置时，若增加了机器人的重量，虽然回收了部分能量但是给机器人带来了额外的能耗负担。

发明内容

本发明的目的是提供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。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

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

本发明进一步的改进在于，电能存储单元包括电能传输导线、交流-直流转换电路调理模块和能量回收蓄电池，绕组线圈伸入到直线发电机动子空心轴内并与电能传输导线相连，将电能输送到交流-直流转换电路调理模块，交流-直流转换电路调理模块与能量回收蓄电池。

本发明进一步的改进在于，第一远地点减震弹簧、第二远地点减震弹簧、绕组线圈以及空心圆柱永磁体都封闭在直线发电机定子铁芯的空心腔中。

本发明进一步的改进在于，远地点减震弹簧的顶部设置有弹簧挡圈，回收电能的交流-直流转换电路调理模块外侧设置有能量回收电路模块防护罩，弹簧挡圈设置在能量回收电路模块防护罩下方并与能量回收电路模块防护罩相接触。

本发明进一步的改进在于，直线发电机动子空心轴穿过能量回收电路模块防护罩与关节驱动及连接机构相连。

本发明进一步的改进在于，能量回收电路模块防护罩与直线发电机动子空心轴之间存在空心腔，固定交流-直流转换电路调理模块和能量回收蓄电池固定在空心腔中。

本发明进一步的改进在于，远地点减震弹簧的顶部设置有弹簧挡圈，并且远地点减震弹簧顶部与弹簧挡圈接触，弹簧挡圈套装在直线发电机动子空心轴上。

本发明进一步的改进在于，直线发电机定子铁芯内表面开设有凹槽，绕组线圈缠绕在直线发电机定子铁芯的凹槽内。

本发明进一步的改进在于，直线发电机动子空心轴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。

一种野外足式机器人腿部减震机构的能量回收方法，包括以下步骤：

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

2)近地点减震弹簧和远地点减震弹簧分别承受直线发电机动子空心轴的压力和拉力，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与直线发电机定子铁芯产生相对位移，即空心圆柱永磁体和绕组线圈相互移动产生电流，将腿部运动动能转化为电能；