[实用新型]弓弦式弹性缓冲蓄能仿生机械腿

说明书

弓弦式弹性缓冲蓄能仿生机械腿，包括弹性弓臂、弹性弓弦、弓弭腿、蓄能足和撑拉杆，所述弹性弓臂由弓弭臂、上弓臂、销孔弓弣和下弓臂依次固接构成，所述弓弭臂的下部或上弓臂的上部与弹性弓弦的上端相连接，所述销孔弓弣与撑拉杆铰接，所述下弓臂的下端与弓弭腿的上部铰接，所述弹性弓弦的下端与弓弭腿的上端相固接，所述弓弭腿的下端与蓄能足相连接。本实用新型结构简单、可轻量化、且便于安装，可高效连续蓄能释能、运动能耗较低，并可大幅减少运行中振动冲击。

技术领域

本实用新型涉及仿生机器人领域，具体涉及一种弓弦式弹性缓冲蓄能仿生机械腿。

背景技术

2000年以来，国内外涌现了大量的仿生足式机器人，包括BISAM，HyQ，KOLT，BigDog，Aibo，ScoutⅡ，TITAN，LittleDog，Tekken等。虽然国内外对仿生足式机器人的研究比较成熟，但是在仿生足式机器人腿部结构设计上还存在能耗高、能源利用率低等问题，尤其采用多级伺服电机驱动的仿生机械腿，不仅结构复杂、稳定性差，而且重量重、控制逻辑复杂，运行能耗高，同时现有仿生足式机械腿与地面接触时产生较大冲击力和振动，需设置陀螺仪、缓冲机构等维持稳定平衡，客观上限制了仿生足式机器人的高速行走运动。

当前，降低仿生足式机械腿运动能耗，采用的基本技术方案是多连杆机构实现单个电机驱动腿部运动；虽然相对于多级伺服驱动或可降低部分能耗，但仍然存在振动、冲击大等问题。而减振缓冲技术的研究虽有进步，但尚不尽人意。其中，较先进的技术方案如申请号201610604950.4的中国专利所公开的一种仿鸵鸟后肢运动功能特性的仿生机械腿，在膝关节上安装弹簧、扭簧来降低冲击和减震；申请号201510917098.1的中国专利所公开的一种仿鸵鸟后肢运动功能特性的节能步行腿机构，在其中设置复杂的回弹机构来降低冲击和减震；上述的技术方案均存在结构复杂，安装装配难度大，可靠性差等问题，虽然能吸收一定的冲击能，但仍不理想；而且在高速行走运动下增加了系统的不稳定性。

在弹性蓄能和缓冲技术的应用方面，早在古代人们即以弓作为弹性元器件进行发射箭、弩等远射兵器，弓即是人类制造早期应用的蓄能元器件之一。弓由弹性弓臂和高弹性弓弦等构成，具有很好的蓄能、吸能等作用；如今奥运会射箭比赛项目的弓箭，其在制作弓臂、弓弦等材料上亦已有大幅升级，广泛采用弹性合金、高弹性橡胶、高弹性纤维等材料，来提升弓弦弓臂弓弭的弹性、韧性，并使其轻量化。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，为仿生机器尤其是四足仿生机器，如仿生狗、牛、马等，提供一种结构简单、可轻量化、且便于安装，可高效连续蓄能释能、运动能耗较低，并可大幅减少运行中振动冲击的弓弦式弹性缓冲蓄能仿生机械腿。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种弓弦式弹性缓冲蓄能仿生机械腿，包括弹性弓臂、弹性弓弦、弓弭腿、蓄能足和撑拉杆，所述弹性弓臂由弓弭臂、上弓臂、销孔弓弣和下弓臂依次固接构成，所述弓弭臂的下部或上弓臂的上部与弹性弓弦的上端相连接，所述销孔弓弣与撑拉杆铰接，所述下弓臂的下端与弓弭腿的上部铰接，所述弹性弓弦的下端与弓弭腿的上端相固接，所述弓弭腿的下端与蓄能足相连接。

进一步，所述弹性弓臂可为整体式结构或分体式结构。

进一步，所述弓弭臂的上部设有用于悬挂整个机械腿的轴孔，为弹性弓臂的摆动轴心。

进一步，所述蓄能足为采用板簧式蓄能和/或螺旋弹簧式蓄能和/或扭簧式蓄能和/或空气压缩式蓄能（即气弹簧式蓄能）等机械式蓄能的足或蹄。所述蓄能足用于仿生机械腿行走过程中，吸收振动冲击力并蓄能。

进一步，所述撑拉杆两端均设有销孔，一端的销孔与弹性弓臂的销孔弓弣铰接，另一端的销孔可与外部设备动力机构铰接。

进一步，所述弓弭腿可为长度可调的弓弭腿，所述撑拉杆可为长度可调的撑拉杆，方便调整仿生机器的重心高低和步距长度。