[发明专利]足式机器人关节用电肌复合驱动机构

说明书

本发明公开了一种足式机器人关节用电肌复合驱动机构，用于解决现有足式机器人关节驱动机构实用性差的技术问题。技术方案是包括右肌腱、下支架、左肌腱、连接壳、电机组件和控制器。当复合驱动机构从下支架斜向下运动至下支架水平的过程中，控制器将控制信号传给电机组件，使电机逆时针旋转，同时根据需求控制左肌腱和右肌腱的端电压，使左肌腱伸长，右肌腱收缩，给连接壳和电机组件逆时针转矩，带动下支架逆时针旋转。同理，当复合驱动机构从下支架水平运动至下支架斜向下的过程中，电机顺时针旋转，左肌腱收缩，右肌腱伸长，给连接壳和电机组件顺时针转矩，带动下支架顺时针旋转，实用性好。

技术领域

本发明涉及一种足式机器人关节驱动机构，特别是涉及一种足式机器人关节用电肌复合驱动机构。

背景技术

带足机器人与地面非连续接触的运动特点，使其能够适应山地等复杂地形，因而具有比轮式或履带式移动机器人更大的活动范围，而关节是带足机器人的核心部件之一。带足机器人的仿生动作特点，要求其关节驱动具有响应速度快、扭矩密度高、重量轻等特点。而电机驱动由其控制精准，响应快速的特点，在机器人关节驱动方面的应用较为广泛。

机器人关节由于自身重量而受重力(引力力矩)影响，负载增大。大多数机器人关节使用功率、重量较大的电机和减速器，为机器人关节运动提供足够的力矩。若由于机器人重量而产生的引力力矩以及部分负载力矩可以通过某种方式得到补偿，关节处需要的扭矩得以减小，电机的重量也会有所降低。

文献1“Multi-DOF Counterbalance Mechanism for a Service Robot Arm发表于期刊IEEE/ASME Transactions on Mechatronics，2014年19卷第6期1756–1763页”提出在机器人的关节部分使用弹簧来补偿力矩，减小引力力矩的影响。但是这种方式可控性差，精度低，且只能进行被动补偿，对于力矩补偿灵活性需求高的场合并不适用。因此，需要一种既能够精准控制，响应迅速，轻量化，又能够产生足够力矩的智能化力矩补偿驱动机构。

电活性聚合物(Electroactive Polymer,EAP)作为一种新型软质智能材料，能够在通电时产生一定的形变而体现出生物活性，也被称为“人造肌肉”。文献2“MusclelikeJoint Mechanism Driven by Dielectric Elastomer Actuator for RoboticApplications发表于期刊Smart Materials and Structures，2018年第27卷第7期”介绍了一种由EAP材料驱动的机器人关节机构。这种驱动结构包括支架，EAP驱动组件及转动关节，将4根条状EAP材料分别放在转动关节左右两边，每边2根。通电后EAP收缩或拉伸，带动关节左右旋转。但这种驱动方式产生的力矩有限，且非线性形变精确度较低，在高力矩需求场合难以精准施力。

发明内容

为了克服现有足式机器人关节驱动机构实用性差的不足，本发明提供一种足式机器人关节用电肌复合驱动机构。该机构包括右肌腱、下支架、左肌腱、连接壳、电机组件和控制器。当复合驱动机构从下支架斜向下运动至下支架水平的过程中，控制器将控制信号传给电机组件，使电机逆时针旋转，同时根据需求控制左肌腱和右肌腱的端电压，使左肌腱伸长，右肌腱收缩，给连接壳和电机组件逆时针转矩，带动下支架逆时针旋转。同理，当复合驱动机构从下支架水平运动至下支架斜向下的过程中，电机顺时针旋转，左肌腱收缩，右肌腱伸长，给连接壳和电机组件顺时针转矩，带动下支架顺时针旋转，实用性好。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种足式机器人关节用电肌复合驱动机构，其特点是包括上支架1、肌腱支撑架2、右肌腱3、柔性电极与固定器4、下支架5、左肌腱6、连接壳7、电机组件8、连接架9、控制器10、连接台11和控制器支架12。

所述上支架1上部为自由端，其他关节相连，上支架1下部与肌腱支撑架2固连。所述连接架9呈弧形结构，为控制器10提供安装空间，连接架9上部与肌腱支撑架2相连，下部与连接台11相连，中间与控制器支架12相连。控制器10放在控制器支架12上。