详情

原文传递基于IPMC与硅胶材料的柔性关节四足机器人单腿系统

专利名称：	基于IPMC与硅胶材料的柔性关节四足机器人单腿系统
摘要：	本发明为基于IPMC与硅胶材料的柔性关节四足机器人单腿系统，包括小腿部分、大腿部分及髋关节部分，大腿部分一端与小腿部分通过旋转副连接固定，另一端连接髋关节部分；膝盖内、外侧的大腿部分和小腿部分之间均安装有IPMC曲线驱动器；每个IPMC曲线驱动器包括多个呈阵列排列的肌肉束；每个肌肉束包括多个肌肉元，多个肌肉元同轴依次固定连接在一起，每个肌肉元均包括硅胶结构件及对称安装在硅胶结构件上的多个IPMC片体，相邻两个肌肉元之间固定粘结在一起，且硅胶结构件内部连接有导线；一个IPMC曲线驱动器上的所有硅胶结构件上的导线串联后与外部电源连接。该系统结构简单、整体质量轻、关节柔性程度高，可以满足一般四足机器人的奔跑步态与方向调整。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	天津;12
申请人：	河北工业大学
发明人：	张小俊;王满;万媛;郭俊改;李满宏
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-17T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-29T00:00:00+0800
申请号：	CN201910642930.X
公开号：	CN110386204A
代理机构：	天津翰林知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	付长杰
分类号：	B62D57/032(2006.01);B;B62;B62D;B62D57
申请人地址：	300130 天津市红桥区丁字沽光荣道8号河北工业大学东院330#
主权项：	1.一种基于IPMC与硅胶材料的柔性关节四足机器人单腿系统，包括小腿部分、大腿部分及髋关节部分，大腿部分一端与小腿部分通过旋转副连接固定，另一端连接髋关节部分；其特征在于，在小腿部分和大腿部分连接位置附近为膝盖，膝盖内、外侧的大腿部分和小腿部分之间均安装有IPMC曲线驱动器；髋关节部分使用力矩电机和两组IPMC曲线驱动器进行混合驱动，力矩电机的输出轴通过联轴器及躯干轴与大腿部分形成旋转副，力矩电机的电机座两侧分别安装一个IPMC曲线驱动器；每个IPMC曲线驱动器包括多个呈阵列排列的肌肉束，所有肌肉束的两端均通过底盘固定在相应的部件上；每个肌肉束包括多个肌肉元，多个肌肉元同轴依次固定连接在一起，每个肌肉元均包括硅胶结构件及对称安装在硅胶结构件上的多个IPMC片体，相邻两个肌肉元之间固定粘结在一起，且硅胶结构件内部连接有导线；一个IPMC曲线驱动器上的所有硅胶结构件上的导线串联后与外部电源连接。 2.根据权利要求1所述的单腿系统，其特征在于，膝盖内、外侧的IPMC曲线驱动器由内环肌肉束和外环肌肉束构成，外环肌肉束的长度大于内环肌肉束长度；髋关节部分的IPMC曲线驱动器所有肌肉束长度相等。 3.根据权利要求1所述的单腿系统，其特征在于，所述小腿部分由两个3D打印的塑料小腿打印架构成，两个小腿打印架1平行放置，靠近大腿部分与小腿部分的旋转副一侧的两个小腿打印架之间的内外侧均固定一个连接板；大腿部分由两个3D打印的塑料大腿打印架构成，两个大腿打印架平行布置，靠近大腿部分与小腿部分的旋转副一侧的两个大腿打印架之间的内外侧也均固定一个连接板；每个连接板连接相应IPMC曲线驱动器的一个底盘。 4.根据权利要求1所述的单腿系统，其特征在于，髋关节部分的电机座两侧也分别安装有一个连接板，电机座上的两个连接板分别连接一个IPMC曲线驱动器的一端，电机座上的IPMC曲线驱动器另一端与四足机器人的躯干部分连接，连接处均使用连接板与IPMC曲线驱动器上的相应底盘进行螺栓连接。 5.根据权利要求1所述的单腿系统，其特征在于，膝盖内、外侧的IPMC曲线驱动器结构相同，电机座上的两个IPMC曲线驱动器结构相同。 6.根据权利要求2所述的单腿系统，其特征在于，膝盖内侧的IPMC曲线驱动器上有四个肌肉束，两个内环肌肉束和两个外环肌肉束，内环肌肉束中肌肉元的数量为三个，外环肌肉束的肌肉元数量为两个。 7.根据权利要求1所述的单腿系统，其特征在于，所述硅胶结构件由弹性硅胶材料3D打印制成，硅胶结构件整体呈沙漏型，包括两端的圆锥体和中间的球体，两端的圆锥体底面固定有硅胶圆盘，圆锥体的圆锥顶点与球体固定，球体的直径小于两个IPMC片体之间的距离，两个IPMC片体的两端固定在硅胶圆盘上，相邻两个肌肉元的硅胶圆盘粘结固定在一起。 8.根据权利要求7所述的单腿系统，其特征在于，两个硅胶圆盘上一个硅胶圆盘外侧设有连接凹槽，另一个硅胶圆盘外侧设有连接凸起，连接凹槽与相邻肌肉元上的连接凸起相配合插接后，并通过粘结将相邻两个肌肉元固定在一起，且连接凸起和连接凹槽位置设有通孔。 9.一种IPMC曲线驱动器，其特征在于，包括IPMC片体和硅胶结构件，IPMC片体固定在硅胶结构件上，该驱动器在弯曲状态下能够达到输出力矩的效果，并且在失电之后能在硅胶结构件的帮助下进行回弹。
所属类别：	发明专利