一种燃爆-电磁复合驱动弹跳机构
技术领域
本实用新型涉及一种燃爆-电磁复合驱动弹跳机构。
背景技术
驱动器(执行器)按能源分主要有：机械式、电磁式、热机式和流体式等，燃爆驱动属于热机驱动器，相比于其他驱动方式，它具有结构简单、能量质量比大、瞬间冲击力大的特点，但其控制相对复杂，传统的热机式驱动是将直线运动转化为旋转运动对外进行做功。电磁式驱动方式控制简单，但由于功率质量比相对较低，需要功率放大机构，且能量质量比较燃爆驱动方式低。
美国Sandia国家实验室设计了一种燃气直线型驱动机构，将该驱动机构用于弹跳机器人，使机器人表现出优越的弹跳性能。缺点是该类驱动器很难实现主动地对输出性能进行控制，无法实现腿式机器人的连续弹跳驱动。
Byeonghun利用两直线电机研制了腿式机器人为高速移动的腿式机器人驱动研制提供了基础，利用双轨直线电机提高了髋关节所需的驱动力。
实用新型内容
本实用新型针对燃爆直线驱动器控制困难，无法实现连续驱动的问题，采用一种燃爆-电磁复合驱动弹跳机构。
本实用新型采取的技术方案是：
一种燃爆-电磁复合驱动弹跳机构，包括气缸活塞组件和直线电机，
气缸活塞组件包括缸体、活塞和点火器，缸体为一端开口一端密封的筒体，缸体密封端端面设置进气口和排气口，缸体开口端连接直线电机定子，活塞置于缸体内且底部连接直线电机动子一端，直线电机动子另一端连接负载，点火器设置在缸体密封端上。
本实用新型燃爆-电磁复合驱动弹跳机构，通过气缸活塞组件实现往复运动，对外输出力与位移，下端直线电机用于控制整个机构的输出力与输出位移，实现活塞复位，保证机构实现连续地对外做功。
对本实用新型技术方案优选，燃爆-电磁复合驱动弹跳机构还包括用来测量活塞运动行程的位移传感器，位移传感器的固定端设置在直线电机定子上，位移传感器的测量端设置在直线电机动子上。位移传感器用于测量驱动过程中的输出位移。
对本实用新型技术方案优选，缸体开口端与直线电机定子之间通过导向座连接，导向座固定在直线电机定子上，导向座的中心轴线处设置中心过孔。
对本实用新型技术方案优选，燃爆-电磁复合驱动弹跳机构还包括导向套，导向套插入导向座的中心过孔内，导向套的套孔与中心过孔同心，导向套通过在导向套外表面延伸设置的导向套环板固定在导向座上，活塞插入导向套的套孔内并沿导向套套孔上下运动。
对本实用新型技术方案优选，在缸体开口端内嵌入环状的缓冲垫，缓冲垫通过在缓冲垫外表面延伸设置的缓冲垫环板固定在导向座上，缓冲垫端面与活塞之间的垂直距离为活塞的最大行程。缓冲垫的设置降低活塞在运动到最大行程与缸体碰撞带来的损坏。
对本实用新型技术方案优选，点火器为火花塞或热火头。
对本实用新型技术方案优选，位移传感器为光栅传感器或电位计直线位移传感器。
对本实用新型技术方案优选，缓冲垫采用橡胶或聚氨酯或尼龙制成。
对本实用新型技术方案优选，活塞与缸体内壁之间设置密封圈。密封圈的设置保证了缸体与活塞之间组成的燃烧室的密封性。
本实用新型技术方案中的直线电机为外购件，直接购买获得；对于直线电机的结构和工作过程本实用新型不作详细说明。
本实用新型燃爆-电磁复合驱动弹跳机构的工作原理：采用气缸活塞组件和电磁驱动(直线电机)相结合，将气缸活塞组件的缸体与直线电机的电机壳固连，气缸活塞组件的活塞固连直线电机的电机轴一端，直线电机的电机轴另一端连接负载(比如机器人脚)。气缸活塞组件内充入燃料与氧化剂被点燃，推动活塞对外做功，推动缸体向上运动，同时直线电机除了电机轴也跟随向上运动，当缸体运动到最大行程，缸体与活塞发生碰撞，缸体带动活塞和直线电机整体一起向上运动，实现离地的弹跳运动。弹跳运动结束，排气口打开将燃爆产生的废气由排气口排出，实现完全排气，保证下一次冲入气体的成分，直线电机启动，由直线电机工作带动活塞复位。
有益效果
本实用新型燃爆-电磁复合驱动弹跳机构，用于弹跳机器人的弹跳驱动，能够满足弹跳机器人和腿式机器人瞬间输出力大、功率质量比高的特点，可以实现对燃爆驱动的主动控制与腿式机器人的连续弹跳驱动。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是充入燃料与氧化剂的结构图。
图3是混合气体点燃后的结构示意图。
图4是缸体运动到最大行程缸体与活塞发生碰撞实现离地弹跳的结构示意图。
图5是活塞复位的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的内容更加明显易懂，以下结合附图1-5和具体实施方式做进一步的描述。
如图1所示，本实用新型的燃爆-电磁复合驱动弹跳机构，包括气缸活塞组件和直线电机。本实施例中直线电机为外购件，直线电机的结构主要包括定子、动子和直线运动的导轨三部分。为了保证在行程范围内定子和动子之间具有良好的电磁场耦合，定子和动子的铁心长度不等。直线电机定子运行时是静止不动的，定子固定安装在机壳上，它的主要作用是产生旋转磁场。直线电机动子是来回进行往返运动的，动子的位置在由导轨系统支撑的两磁轨中间，是用环氧材料把线圈压缩在一起制成的。电机的动子包括线圈绕组，霍尔元件电路板等组成.
直线电机定子通以交流电源，便在气隙中产生磁场，动子在磁场切割下，将感应出电动势并产生电流，该电流与气隙中的磁场相作用就产生电磁推力。如果定子固定，则动子在电磁推力作用下做直线运动。
本实施例中以给弹跳机器人提供驱动为例，进一步描述技术方案。本实施例中直线电机定子固联气缸活塞组件内的缸体9，直线电机动子一端连接气缸活塞组件内的活塞4，直线电机动子另一端连接弹跳机器人的脚。
如图1所示，气缸活塞组件包括缸体9、活塞4和点火器6，缸体9为一端开口一端密封的筒体，缸体9密封端端面设置进气口5和排气口7，缸体9开口端连接直线电机定子12，活塞4置于缸体9内且底部连接直线电机动子1一端，直线电机动子1另一端连接弹跳机器人的脚，点火器6设置在缸体9密封端上，点火器6为火花塞或热火头。活塞4与缸体9内壁之间设置密封圈8，密封圈的设置保证了缸体9与活塞4之间组成的燃烧室的密封性。
如图1所示，燃爆-电磁复合驱动弹跳机构还包括用来测量活塞运动行程的位移传感器2，位移传感器2的固定端设置在直线电机定子12上，位移传感器2的测量端设置在直线电机动子1上。位移传感器用于测量驱动过程中的输出位移。位移传感器2为光栅传感器或电位计直线位移传感器。
如图1所示，缸体9开口端与直线电机12的电机壳之间通过导向座11连接，导向座11固定直线电机定子12上，导向座11的中心轴线处设置中心过孔。燃爆-电磁复合驱动弹跳机构还包括导向套3，导向套3插入中心过孔内，导向套3的套孔与中心过孔同心，导向套3通过在导向套3外表面延伸设置的导向套环板固定在导向座11上，活塞4插入导向套3的套孔内并沿导向套3套孔上下运动。在缸体9开口端内嵌入环状的缓冲垫10，缓冲垫10通过在缓冲垫10外表面延伸设置的缓冲垫环板固定在导向座11上，缓冲垫10端面与活塞之间的垂直距离为活塞的最大行程。缓冲垫10采用橡胶或聚氨酯或尼龙制成。缓冲垫10的设置降低活塞在运动到最大行程与缸体碰撞带来的损坏。
如图2所示，充入燃料与氧化剂，燃料与氧化剂从进气口5冲入缸体9内腔，排气口7关闭，缸体9与活塞4之间组成的燃烧室。
如图3所示，进气口5关闭，点火器6点燃燃烧室内混合气体，燃爆产生的高温高压气体推动缸体9向上运动，同时直线电机12除了电机轴也跟随向上运动。
如图4所示，当缸体9运动到最大行程，缸体9与活塞4发生碰撞，缸体9带动活塞4和直线电机整体一起向上运动，实现离地的弹跳运动。在实施时，位移传感器用于测量驱动过程中的输出位移，位移传感器测得的信号可以反馈到控制系统，直线电机根据信号输出相应的力和位移。
如图5所示，弹跳运动结束，排气口7打开将燃爆产生的废气由排气口7排出，实现完全排气，保证下一次冲入气体的成分，直线电机启动，由直线电机工作带动活塞4复位。
本实施例的燃爆-电磁复合驱动弹跳机构，通过气缸活塞组件实现往复运动，对外输出力与位移，下端直线电机12用于控制整个机构的输出力与输出位移，实现活塞复位，保证机构实现连续地对外做功。
本实施例的燃爆-电磁复合驱动弹跳机构，应用于弹跳机器人领域作为弹跳机器人的驱动，该驱动能保证弹跳机器人具有长时间连续弹跳。
本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或采用现有技术加以实现。
本实用新型中所述具体实施案例仅为本实用新型的较佳实施案例而已，并非用来限定本实用新型的实施范围。即凡依本实用新型申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本实用新型的技术范畴。
