本发明涉及机器人领域，涉及机器人缓冲减振与自发电应用技术，更具体地说，涉及一种机器人腿足缓冲减振与自发电一体化装置。
背景技术
机器人能够较为理想地适应人类的生存环境及使用的工具，并且能够进行人机对话、交流等；机器人广泛的应用价值体现在它不仅可以代替人们在有辐射、粉尘、有毒的环境中作业，并且能形成动力型假肢协助瘫痪病人行走。因此，机器人在医疗、海洋开发、教育、救灾、工程、军事、生物技术、机器维修、农林水产、交通运输等多个领域具有发展前景及广泛应用价值。
但是机器人在行走过程中，当跨步行走腿落地时会与地面发生碰撞冲击，来自地面的冲击反作用力会引起机器人一定程度的振动，并且随着行走速度的加快和步幅的加大，地面冲击力对机器人上部身体振动也将更加剧烈，从而影响了机器人行走的平稳性，限制了行走速度的提高，还会干扰机器人视觉系统及其它传感器件的正常工作。因此，人们必须设法阻断或减弱来自地面的冲击，及减缓对机器人上部身体的振动。为了克服来自地面的碰撞冲击力对机器人行走稳定性的影响，传统采用的方法主要有：在机器人足底添加橡胶、塑料或泡沫材料等一类的软性介质或金属弹簧设备，或者模仿人类脚部的生理特性，在脚掌的侧向与后方增大支撑面积，来缓冲并衰减来自地面的冲击，但此方法存在一定的缺点，如：引起踝关节与地面之间的转动灵活性不够，不利于步态规划设计等；另外由于金属弹簧阻尼较小，且沿弹簧垂直方向容易左右晃动，受力过程中又存在体态变形，因此不适宜用于要求减振系统本身形态变化较小的场合，更因为金属弹簧阻尼较小不能有效阻隔高频振动并且容易与减振对象在共振频率点形成共振等缺点。
当前，如何进一步有效缓冲机器人在跨步行走过程中造成的落地撞击力的影响，如何收集利用机器人行走时产生振动力的能量，如何将振动力的能量转换为电能，这些技术问题需要解决。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供了一种机器人腿足缓冲减振与自发电一体化装置。
本发明采用了一种技术方案：一种机器人腿足缓冲减振与自发电一体化装置，其特征在于，包括：液态金属橡胶型机器人缓冲减振自发电腿、金属橡胶型机器人缓冲减振自发电足；所述液态金属橡胶型机器人缓冲减振自发电腿，包括：液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器、金属橡胶型缓冲减振与压电发电器、大腿关节、小腿关节、关节驱动器、位移传感器；液态金属橡胶为液态金与金属橡胶紧密接触形成的结构；所述液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器，包括：液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器i、液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器ii；所述液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器为单活塞型液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器或双活塞型液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器；所述金属橡胶型缓冲减振与压电发电器为金属橡胶复合压杆弹簧型缓冲减振与压电发电器、金属橡胶复合钹鼓型缓冲减振与压电发电器或金属橡胶复合聚偏氟乙烯型缓冲减振与压电发电器；所述大腿关节与小腿关节通过关节轴相连接；所述关节驱动器与大腿中部和小腿中部相连接，构成可驱动产生形变的三角架结构；所述位移传感器装配在关节驱动器旁；所述液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器i与关节驱动器下部的弹簧并联连接，并可产生缓冲减振与温差发电效应；所述金属橡胶型缓冲减振与压电发电器装配在小腿关节中部；所述液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器ii装配在小腿关节下部，并通过腿关节连接机构与小腿关节中部的金属橡胶型缓冲减振与压电发电器相连接，并构成小腿关节整体联动结构；所述小腿关节下部通过足踝关节与金属橡胶型机器人缓冲减振自发电足相连接，并构成机器人腿足缓冲减振与自发电一体化装置。
上述方案中，所述金属橡胶型机器人缓冲减振自发电足,包括：足跟缓冲减振与压电发电器、足前端缓冲减振与压电发电器、足踝关节、足压力杆、足压力块、足压力板、压力传感器、超级电容、金属橡胶板层、碳纤维板层、足跟橡胶垫块、足前端橡胶垫块、足外层，所述足跟缓冲减振与压电发电器、足前端缓冲减振与压电发电器、足踝关节、足压力杆、足压力块、足压力板、压力传感器、超级电容、金属橡胶板层、碳纤维板层均装配在足外层内，构成金属橡胶型机器人缓冲减振自发电足一体化结构；所述金属橡胶型机器人缓冲减振自发电足的结构特征为：足踝关节与足压力杆相连接；所述足压力杆底部与足跟缓冲减振与压电发电器相连接，并与压力传感器和足压力块相连接；所述足压力块与足前端缓冲减振与压电发电器相连接；所述足跟缓冲减振与压电发电器和足前端缓冲减振与压电发电器，包括：金属橡胶型缓冲减振与压电发电器，并通过底部金属橡胶板层分别与足跟橡胶垫块、足前端橡胶垫块相连接。
上述方案中，所述金属橡胶复合压杆弹簧型缓冲减振与压电发电器，包括：压力杆、弹簧、压力活塞、导电压板、压电陶瓷、弹性保护层、金属橡胶块、导电板、金属橡胶板、缸体、垫板；所述弹簧装配在压力杆上；所述压力杆一端连接压力活塞一端；所述压力活塞另一端连接导电压板一端；所述压电陶瓷外层有弹性保护层；所述弹性保护层周边装配有金属橡胶块；所述导电压板另一端连接压电陶瓷一端；所述压电陶瓷另一端与导电板一端连接；所述导电板一端与垫板相连接；所述垫板另一端与金属橡胶相连接；所述压力活塞将导电压板、压电陶瓷、弹性保护层、导电板、金属橡胶板、垫板封装于缸体内一侧，并构成具有一体化结构的金属橡胶复合压杆弹簧型缓冲减振与压电发电器。
上述方案中，所述金属橡胶复合钹鼓型缓冲减振压电发电器，包括：压力杆、弹簧、上金属钹片、上压电陶瓷、上金属薄片、金属橡胶环、下金属钹片、下压电陶瓷、下金属薄片、钹鼓盒；所述弹簧装配在压力杆上；所述压力杆一端与上金属钹片顶端相连接；所述上金属钹片下端与上压电陶瓷一端相连接；所述上压电陶瓷另一端与上金属薄片一端相连接；所述上金属薄片另一端与金属橡胶环一端相连接；所述金属橡胶环另一端与下金属薄片相连接；所述下金属薄片另一端与下压电陶瓷一端相连接；所述下压电陶瓷另一端与下金属钹片相连接；所述压力杆、弹簧、上金属钹片、上压电陶瓷、上金属薄片、金属橡胶环、下金属钹片、下压电陶瓷、下金属薄片均装配在钹鼓盒内，并构成具有一体化结构的金属橡胶复合钹鼓型缓冲减振压电发电器。
上述方案中，所述单活塞型液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器，包括：液态金属橡胶、带液态金属阻尼调节阀型活塞、缸体、活塞杆、石墨烯层、热温差发电器件、散热器件、超级电容、温度传感器、绝热层；所述液态金属橡胶中的金属橡胶经过将金属丝绕丝、拉伸、编织、制作毛坯和冷压工艺加工成型，并经过表面物理化学修饰处理；所述液态金属橡胶、带液态金属阻尼调节阀型活塞、缸体、活塞杆、石墨烯层、热温差发电器件、散热器件、超级电容、温度传感器、绝热层共同构成具有一体化结构的单活塞型液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器。
上述方案中，所述液态金属橡胶、带液态金属阻尼调节阀型活塞、温度传感器均装配在缸体内；所述金属橡胶装配在缸体内时，与缸体内壁间有细小间隙；所述带液态金属阻尼调节阀型活塞包括：一个或多个液态金属阻尼调节阀及液态金属可流通的阀口；所述带液态金属阻尼调节阀型活塞将金属橡胶与部分液态金属封闭于缸体一侧；所述液态金属在外振动压力作用下，通过带液态金属阻尼调节阀型活塞的液态金属阻尼调节阀及液态金属可流通的阀口进入缸体另一侧；所述带液态金属阻尼调节阀型活塞与活塞杆一端相连接；所述活塞杆另一端与机器人需要缓冲减振一端相连接；所述石墨烯层将缸体外侧面与热温差发电器件热端相连接；所述热温差发电器件冷端与散热器件相连接；所述缸体的顶端、底端均有绝热层；所述缸体外面装配有超级电容；所述超级电容与热温差发电器件相连接；所述液态金属橡胶中的金属橡胶为块状金属橡胶或颗粒状金属橡胶。
上述方案中，所述双活塞型液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器为具有双活塞、双缸体与液态金属橡胶组合的协同结构；所述双活塞型液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器，包括：块状金属橡胶或颗粒状金属橡胶、液态金属、带液态金属阻尼调节阀型上活塞、下活塞、上缸体、下缸体、上活塞杆、下活塞杆、带液态金属阻尼调节阀型隔板、弹簧、石墨烯层、热温差发电器件、散热器件、超级电容、温度传感器、绝热层；所述块状金属橡胶或颗粒状金属橡胶经过绕丝、拉伸、编织、制作毛坯和冷压工艺加工成型，并经过表面物理化学修饰处理；所述块状金属橡胶或颗粒状金属橡胶与液态金属共同形成阻尼结构，即能够协同抑制振动，还能够快速传输阻尼减振产生的热量来实现热温差发电效应；所述块状金属橡胶或颗粒状金属橡胶、液态金属、带液态金属阻尼调节阀型上活塞、下活塞、上缸体、下缸体、上活塞杆、下活塞杆、带液态金属阻尼调节阀型隔板、弹簧、石墨烯层、热温差发电器件、散热器件、超级电容、温度传感器、绝热层共同构成双活塞型液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器。
上述方案中，所述带液态金属阻尼调节阀型隔板将缸体分为上缸体、下缸体；所述块状金属橡胶或颗粒状金属橡胶、液态金属、带液态金属阻尼调节阀型上活塞、温度传感器均装配在上缸体内；所述带液态金属阻尼调节阀型上活塞包括：一个或多个液态金属阻尼调节阀及液态金属可流通的阀口；所述带液态金属阻尼调节阀型活塞将块状金属橡胶或颗粒状金属橡胶和部分液态金属封闭于上缸体一侧；所述液态金属在外振动压力作用下，能够通过带液态金属阻尼调节阀型上活塞的液态金属阻尼调节阀及液态金属可流通的阀口流进入上缸体另一侧，也可以通过带液态金属阻尼调节阀型隔板流进入下缸体的一侧；所述带液态金属阻尼调节阀型上活塞与上活塞杆一端相连接；所述上活塞杆另一端与机器人需要缓冲减振一端相连接；所述下活塞装配在下缸体内；所述下活塞与下活塞杆一端相连接；所述弹簧装配在下活塞杆上；所述石墨烯层将上缸体和下缸体的外侧面与热温差发电器件热端相连接；所述热温差发电器件冷端与散热器件相连接；所述上缸体的顶端和下缸体底端均有绝热层；所述上缸体外面装配有超级电容；所述超级电容与热温差发电器件相连接。
上述方案中，所述金属橡胶采用材料包括：不锈钢丝、铜丝、钨丝、形状记忆合金丝或金属合金丝；所述液态金属包括：液态镓、液态镓合金或液态镓纳米流体；所述液态镓纳米流体为分散碳纳米管、石墨烯纳米片或纳米导热颗粒的液态镓或液态镓合金，所述液态金属可采用导热性良好的液体或气体替代；所述石墨烯层为石墨烯薄膜、石墨烯涂层或石墨烯复合材料层；所述热温差发电器件，包括若干块串联的或/和并联的温差发电片单体，所述温差发电片单体与温差发电片单体之间通过绝热材料隔开；所述散热器件包括：风冷翅片散热器件或工质循环散热器件；所述工质包括：水、纳米流体或导热流体。
上述方案中，所述关节驱动器包括：电机驱动器、液压驱动器、气压驱动器、压电驱动器、形状记忆合金驱动器、聚合物人工肌肉驱动器或磁致伸缩驱动器。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
(1)本发明的液态金属橡胶型机器人缓冲减振自发电腿，采用了液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器、金属橡胶型缓冲减振与压电发电器，因此能够将机器人跨步行走腿落地时与地面发生碰撞冲击力收集起来，转换为温差发电与压电发电的电能，并达到有效缓冲减振发电的多重目的。因此，本发明适用于装配了本装置的机器人在救灾、工程、军事、生物技术、机器维修、农林水产、交通运输、医疗、海洋开发、教育等多个领域的应用。
(2)本发明采用了液态金属橡胶，包括：液态金属、金属橡胶，两者呈紧密接触结构形成液态金属橡胶；采用了石墨烯层与包含液态金属橡胶的缸体与热温差发电器件相连接，通过缸体、液态金属橡胶和石墨烯层的快速导热协同效应，将装置的多重阻尼协同缓冲减振效应产生热量快速带给热温差发电器来产生发电效应，提高了机器人腿足缓冲减振与自发电一体化装置的能量利用效率。
(3)本发明采用了液态金属橡胶，其金属橡胶包括：不锈钢丝、铜丝、钨丝、形状记忆合金丝或金属合金丝；在机器人腿足缓冲减振与自发电一体化装置中，液态金属橡胶的刚度和阻尼特性与变形有关，呈现非线性特性。当振幅不断改变时，会呈现不同的刚度和阻尼特性。在振幅很小时，液态金属橡胶中的金属丝之间滑移量很小，主要是液态金属橡胶中螺旋弹簧自身的受载变形，其刚度几乎不变，即力与位移呈线性，阻尼很小。当振幅增大时，液态金属橡胶中的螺旋弹簧相互接触，并带有不同程度的滑移现象发生，接触滑移产生摩擦，从而耗散能量，具有了阻尼特性。当振幅继续增大时，液态金属橡胶中的螺旋弹簧相互接触挤压，滑移现象减弱，刚度增大，即出力与变形呈现硬化特性。在液态金属橡胶的内部，金属丝之间的相对滑移形成摩擦，从而消耗大量的振动能量并产生大量热量，产生液态金属橡胶的阻尼减振效应；在振动力作用下，液态金属与带液态金属阻尼调节阀型活塞的液态金属阻尼调节阀或带液态金属阻尼调节阀型隔板形成协同作用，产生减振阻尼协同效应；由于液态金属橡胶由液态金属与金属橡胶紧密接触构成，因此能够产生液态金属减振与金属橡胶减振的多重阻尼协同减振效应，其装置总体缓冲减振效能明显提高。
附图说明
图1是本发明的机器人腿足缓冲减振与自发电一体化装置的结构剖面示意图；
图2是本发明的金属橡胶型机器人缓冲减振自发电足的结构剖面示意图；
图3是本发明的金属橡胶复合压杆弹簧型缓冲减振与压电发电器的结构剖面示意图；
图4是本发明的金属橡胶复合钹鼓型缓冲减振压电发电器的结构剖面示意图；
图5是本发明的单活塞型液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器的结构剖面示意图；
图6是本发明的双活塞型液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器的结构剖面示意图。
其中：机器人腿足缓冲减振与自发电一体化装置1、液态金属橡胶型机器人缓冲减振自发电腿2、金属橡胶型机器人缓冲减振自发电足3、大腿关节4、小腿关节5、关节驱动器6、位移传感器7、足跟缓冲减振与压电发电器8、足前端缓冲减振与压电发电器9、足踝关节10、足压力杆11、足压力块12、足压力板13、压力传感器14、超级电容15、金属橡胶板层16、碳纤维板层17、足跟橡胶垫块18、足前端橡胶垫块19、足外层20、关节轴21、大腿关节连接轴22、小腿关节连接轴23、金属橡胶型缓冲减振与压电发电器24、小腿关节下部25、腿关节连接机构26、金属橡胶复合压杆弹簧型缓冲减振与压电发电器27、金属橡胶复合钹鼓型缓冲减振与压电发电器28、第一压力杆29、第一弹簧30、压力活塞31、导电压板32、压电陶瓷33、弹性保护层34、导电板35、金属橡胶板36、缸体37、垫板38、金属橡胶块39、第二压力杆40、第二弹簧41、上金属钹片42、上压电陶瓷43、上金属薄片44、金属橡胶环45、下金属钹片46、下压电陶瓷47、下金属薄片48、钹鼓盒49、单活塞型液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器50、双活塞型液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器51、液态金属橡胶52、带液态金属阻尼调节阀型活塞53、缸体54、活塞杆55、第一石墨烯层56、第一热温差发电器件57、第一散热器件58、第一超级电容59、第一温度传感器60、第一绝热层61、间隙62、第一阀口63、颗粒状金属橡胶64、上活塞65、下活塞66、上缸体67、下缸体68、上活塞杆69、下活塞杆70、带液态金属阻尼调节阀型隔板71、第三弹簧72、第二石墨烯层73、第二热温差发电器件74、第二散热器件75、第二超级电容76、第二温度传感器77、第二绝热层78、第二阀口79、液态金属阻尼调节阀80。
具体实施方式
实施例一
本发明的实施例提供了一种机器人腿足缓冲减振与自发电一体化装置1(见图1)，包括：包括：液态金属橡胶型机器人缓冲减振自发电腿2、金属橡胶型机器人缓冲减振自发电足3(见图2)；所述液态金属橡胶型机器人缓冲减振自发电腿2(见图1)，包括：液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器、金属橡胶型缓冲减振与压电发电器、大腿关节4、小腿关节5、关节驱动器6、位移传感器7；液态金属橡胶，包括：液态金属、金属橡胶，并呈紧密接触结构；液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器，包括：液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器i、液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器ii；金属橡胶型机器人缓冲减振自发电足3(见图2)，包括：足跟缓冲减振与压电发电器8、足前端缓冲减振与压电发电器9、足踝关节10、足压力杆11、足压力块12、足压力板13、压力传感器14、超级电容15、金属橡胶板层16、碳纤维板层17、足跟橡胶垫块18、足前端橡胶垫块19、足外层20；大腿关节4与小腿关节5通过关节轴21相连接(见图1)；关节驱动器6通过大腿关节连接轴22和小腿关节连接轴23与大腿中部和小腿中部相连接，构成可驱动产生形变的三角架结构；位移传感器7装配在关节驱动器6旁；液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器i与关节驱动器6下部弹簧并联连接，并可产生缓冲减振与温差发电效应；金属橡胶型缓冲减振与压电发电器24装配在小腿关节中部；液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器ii装配在小腿关节下部25，并通过腿关节连接机构26与小腿关节中部的金属橡胶型缓冲减振与压电发电器24相连接，并构成小腿关节5整体联动结构；小腿关节下部25通过足踝关节10与金属橡胶型机器人缓冲减振自发电足3(见图1)相连接，并构成机器人腿足缓冲减振与自发电一体化装置1。
金属橡胶型机器人缓冲减振自发电足3(见图2)的结构特征为：足踝关节10与足压力杆11相连接；足压力杆11底部与足跟缓冲减振与压电发电器8相连接，并与压力传感器14和足压力块12相连接；足压力块12通过足压力板13与足前端缓冲减振与压电发电器9相连接；足跟缓冲减振与压电发电器8和足前端缓冲减振与压电发电器9，包括：金属橡胶型缓冲减振与压电发电器24，并通过底部金属橡胶板层16分别与足跟橡胶垫块18、足前端橡胶垫块19相连接；足跟缓冲减振与压电发电器8、足前端缓冲减振与压电发电器9、足踝关节10、足压力杆11、足压力块12、足压力板13、压力传感器14、超级电容15、金属橡胶板层9、碳纤维板层17均装配在足外层20内，构成金属橡胶型机器人缓冲减振自发电足3一体化结构。
金属橡胶型缓冲减振与压电发电器24，包括：金属橡胶复合压杆弹簧型缓冲减振与压电发电器27(见图3)、金属橡胶复合钹鼓型缓冲减振与压电发电器28(见图4)、金属橡胶复合聚偏氟乙烯型缓冲减振与压电发电器或金属橡胶复合压杆弹簧型缓冲减振与压电发电器27，其包括：第一压力杆29、第一弹簧30、压力活塞31、导电压板32、压电陶瓷33、弹性保护层34、导电板35、金属橡胶板36、缸体37、垫板38、金属橡胶块39；第一弹簧30装配在第一压力杆29上；第一压力杆29一端连接压力活塞31一端；压力活塞31另一端连接导电压板32一端；压电陶瓷33外层有弹性保护层34；弹性保护层34周边装配有金属橡胶块39；导电压板32另一端连接压电陶瓷33一端；压电陶瓷33另一端与导电板35一端连接；导电板35另一端与垫板38相连接；垫板38另一端与金属橡胶板36相连接；压力活塞31将导电压板32、压电陶瓷33、弹性保护层34、导电板35、垫板38、金属橡胶板36封装于缸体37内一侧，并构成具有一体化结构的金属橡胶复合压杆弹簧型缓冲减振与压电发电器27。
金属橡胶复合钹鼓型缓冲减振压电发电器28(见图4)，包括：第二压力杆40、第二弹簧41、上金属钹片42、上压电陶瓷43、上金属薄片44、金属橡胶环45、下金属钹片46、下压电陶瓷47、下金属薄片48、钹鼓盒49；第二弹簧41装配在第二压力杆40上；第二压力杆40一端与上金属钹片42顶端相连接；上金属钹片42下端与上压电陶瓷43一端相连接；上压电陶瓷43另一端与上金属薄片44一端相连接；上金属薄片44另一端与金属橡胶环45一端相连接；金属橡胶环45另一端与下金属薄片46相连接；下金属薄片46另一端与下压电陶瓷47一端相连接；下压电陶瓷47另一端与下金属薄片48相连接；第二压力杆40、第二弹簧41、上金属钹片42、上压电陶瓷43、上金属薄片44、金属橡胶环45、下金属薄片48、下压电陶瓷47、下金属薄片46均装配在钹鼓盒49，并构成具有一体化结构的金属橡胶复合钹鼓型缓冲减振压电发电器28。
金属橡胶型缓冲减振与压电发电器24采用金属橡胶复合压杆弹簧型缓冲减振与压电发电器27，并装配在小腿关节中部；足跟缓冲减振与压电发电器8采用金属橡胶复合钹鼓型缓冲减振与压电发电器28，并装配在足跟部位置；足前端缓冲减振与压电发电器9采用金属橡胶复合聚偏氟乙烯型缓冲减振与压电发电器，并装配在足前端位置。
所述液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器i、液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器ii)均为单活塞型液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器50(见图5)；单活塞型液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器50，包括：液态金属橡胶52、带液态金属阻尼调节阀型活塞53、缸体54、活塞杆55、第一石墨烯层56、第一热温差发电器件57、第一散热器件58、第一超级电容59、第一温度传感器60、第一绝热层61；液态金属橡胶52中的金属橡胶经过将金属丝绕丝、拉伸、编织、制作毛坯和冷压工艺加工成型，并经过表面物理化学修饰处理；液态金属橡胶52、带液态金属阻尼调节阀型活塞53、缸体54、活塞杆55、第一石墨烯层56、第一热温差发电器件57、第一散热器件58、第一超级电容59、第一温度传感器60、第一绝热层61共同构成具有一体化结构的单活塞型液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器50。
单活塞型液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器50中，液态金属橡胶52、带液态金属阻尼调节阀型活塞53、第一温度传感器60均装配在缸体54内；金属橡胶装配在缸体内时，与缸体内壁间有细小间隙62；带液态金属阻尼调节阀型活塞53包括：一个或多个液态金属阻尼调节阀及液态金属可流通的第一阀口63；带液态金属阻尼调节阀型活塞53将金属橡胶与部分液态金属封闭于缸体54一侧；液态金属能够在外振动压力作用下，通过带液态金属阻尼调节阀型活塞53的液态金属阻尼调节阀及液态金属可流通的第一阀口63进入缸体54另一侧；带液态金属阻尼调节阀型活塞53与活塞杆55一端相连接；单活塞型液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器50装配在液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器ii位置(见图1)，即装配在小腿关节下部25，并通过腿关节连接机构23与小腿关节5中部的金属橡胶型缓冲减振与压电发电器24相连接，并构成小腿关节5整体联动结构；第一石墨烯层56将缸体54外侧面与第一热温差发电器件57热端相连接；第一热温差发电器件57冷端与散热器58件相连接；缸体54的顶端、底端均有第一绝热层61；缸体54外面装配有第一超级电容59；第一超级电容59与第一热温差发电器件57相连接；液态金属橡胶52中的金属橡胶包括：块状金属橡胶或颗粒状金属橡胶。
本实施例的工作过程如下：
当机器人在行走时，在关节驱动器6作用下，大腿关节4带动小腿关节5，小腿关节5通过踝关节10带动金属橡胶型机器人缓冲减振自发电足3，机器人向前迈进，此时位移传感器7将测量行走信息输送给机器人控制装置；跨步行走腿足落地时会与地面发生碰撞冲击，来自地面的冲击反作用力会引起机器人一定程度的振动，并且随着行走速度的加快和步幅的加大，地面冲击力对机器人上部身体振动也将更加剧烈，装配在小腿关节5部位的金属橡胶型缓冲减振与压电发电器24开始工作；由于本实施例的金属橡胶型缓冲减振与压电发电器24，采用金属橡胶复合压杆弹簧型缓冲减振与压电发电器27(见图3)，并装配在小腿关节中部；机器人行走产生的振动力通过第一压力杆29带动压力活塞31、导电压板32对金属橡胶块39、压电陶瓷33和金属橡胶板36产生振动作用力；当振动作用力变大时，金属橡胶块39和金属橡胶板36中的螺旋弹簧相互接触，并带有不同程度的滑移现象发生，接触滑移产生摩擦，从而耗散能量，具有了阻尼特性。当振幅继续增大时，金属橡胶中的螺旋弹簧相互接触挤压，滑移现象减弱，刚度增大，即出力与变形呈现硬化特性。在金属橡胶块39和金属橡胶板36的内部，金属丝之间的相对滑移形成摩擦，从而消耗大量的振动能量并产生大量热量；因此，金属橡胶块39和金属橡胶板36协同第一弹簧30，产生金属橡胶与第一弹簧30的协同阻尼缓冲减振效应；同时，压电陶瓷33受到机器人行走产生的振动力的影响，产生压电发电效应，并将压电发电产生的电能输送给超级电容储存备用。
当机器人在行走时，在关节驱动器6作用下，大腿关节4带动小腿关节5，小腿关节5通过踝关节10带动金属橡胶型机器人缓冲减振自发电足3，机器人向前迈进；小腿关节5装配的液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器ii，采用单活塞型液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器50(见图5)；机器人行走产生的振动力通过活塞杆55带动带液态金属阻尼调节阀型活塞53作用在液态金属橡胶52上；由于液态金属橡胶52具有液态金属与金属橡胶构成的紧密接触结构，其刚度和阻尼特性与变形有关，呈现非线性特性。当振幅不断改变时，会呈现不同的刚度和阻尼特性。在振幅很小时，液态金属橡胶52中的金属丝之间滑移量很小，主要是液态金属橡胶中螺旋弹簧自身的受载变形，其刚度几乎不变，即力与位移呈线性，阻尼很小。当振幅增大时，液态金属橡胶52中的螺旋弹簧相互接触，并带有不同程度的滑移现象发生，接触滑移产生摩擦，从而耗散能量，具有了阻尼特性。当振幅继续增大时，液态金属橡胶52中的螺旋弹簧相互接触挤压，滑移现象减弱，刚度增大，即出力与变形呈现硬化特性。在液态金属橡胶52的内部，金属丝之间的相对滑移形成摩擦，从而消耗大量的振动能量并产生大量热量，产生金属橡胶的阻尼减振效应；在振动力作用下，液态金属与带液态金属阻尼调节阀型活塞53的液态金属阻尼调节阀63形成协同作用，产生减振阻尼协同效应；由于液态金属橡胶52由液态金属与金属橡胶紧密接触构成，因此能够产生液态金属减振与金属橡胶减振的多重阻尼协同减振效应，其装置总体减振效能明显提高。由于采用石墨烯层与包含液态金属橡胶52的缸体54与第一热温差发电器件57相连接，通过缸体54、液态金属和第一石墨烯层56的快速导热协同效应，将装置的多重阻尼协同减振效应产生热量快速带给第一热温差发电器件57来产生发电效应，并将温差发电产生的电能输送给第一超级电容59储存备用。
当机器人在行走时，小腿关节下部25通过足踝关节10带动金属橡胶型机器人缓冲减振自发电足3(见图1)，行走产生振动力通过足压力杆11影响足跟缓冲减振与压电发电器8(见图2)，足压力杆11通过足压力块12、足压力板13影响足前端缓冲减振与压电发电器9。本实施例足跟缓冲减振与压电发电器8采用金属橡胶复合钹鼓型缓冲减振压电发电器28(见图4)；足前端缓冲减振与压电发电器9采用金属橡胶复合聚偏氟乙烯型缓冲减振与压电发电器。在行走振动力影响下，第二压力杆40将振动力传输给上金属钹片42；上金属钹片42将振动力传输给上压电陶瓷43；由于上压电陶瓷43通过上金属薄片44与金属橡胶环45相连接，金属橡胶环45通过下金属薄片46传输给下压电陶瓷47；因此，金属橡胶环45与第二弹簧41能够产生缓冲减振协同效应，同时上压电陶瓷43与下压电陶瓷47产生压电发电效应；足前端缓冲减振与压电发电器9采用金属橡胶复合聚偏氟乙烯型缓冲减振与压电发电器也能够产生压电发电效应，并将压电发电电能输送给超级电容。
本发明实施例的机器人腿足缓冲减振与自发电一体化装置1，由于采用了液态金属橡胶即将液态金属与金属橡胶紧密结合结构，因此比传统橡胶和单一金属橡胶适应环境能力更强，具有液态金属减振和金属橡胶减振的多重阻尼协同缓冲减振效应，且阻尼大、柔韧性好、缓冲性强、吸收冲击能强、不惧高低温作用、不易老化等特点，还能够收集多重阻尼协同缓冲减振效应产生的热量，并用来产生压电发电与热温差发电。本发明装置在机器人应用领域，具有多重缓冲减振功能，还具有多重温差发电与压电发电的自发电功能，因此具有更广阔应用前景。
实施例二
所述液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器i、液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器ii)均为双活塞型液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器51(见图6)
双活塞型液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器51装配在关节驱动器6旁，即装配在液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器i的位置(见图1)，其特征为：具有双活塞、双缸体与液态金属橡胶组合协同结构；双活塞型液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器51，包括：块状金属橡胶或颗粒状金属橡胶64、液态金属、带液态金属阻尼调节阀型上活塞65、下活塞66、上缸体67、下缸体68、上活塞杆69、下活塞杆70、带液态金属阻尼调节阀型隔板71、第三弹簧72、第二石墨烯层73、第二热温差发电器件74、第二散热器件75、第二超级电容76、第二温度传感器77、第二绝热层78；块状金属橡胶或颗粒状金属橡胶64经过绕丝、拉伸、编织、制作毛坯和冷压工艺加工成型，并经过表面物理化学修饰处理；块状金属橡胶或颗粒状金属橡胶64与液态金属共同形成阻尼结构，即能够协同抑制振动，还能够快速传输阻尼减振产生的热量来实现热温差发电效应；块状金属橡胶或颗粒状金属橡胶液态金属64、带液态金属阻尼调节阀型上活塞65、下活塞66、上缸体67、下缸体68、上活塞杆69、下活塞杆70、带液态金属阻尼调节阀型隔板71、第三弹簧72、第二石墨烯层73、第二热温差发电器件74、第二散热器件75、第二超级电容76、第二温度传感器77、第二绝热层78共同构成双活塞型液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器51。
双活塞型液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器51中，带液态金属阻尼调节阀型隔板71将缸体分为上缸体67、下缸体68；块状金属橡胶或颗粒状金属橡胶、液态金属、带液态金属阻尼调节阀型上活塞65、第二温度传感器77均装配在上缸体67内；带液态金属阻尼调节阀型上活塞65包括：一个或多个液态金属阻尼调节阀及液态金属可流通的第二阀口79；带液态金属阻尼调节阀型活塞65将块状金属橡胶或小颗粒状金属橡胶和部分液态金属封闭于上缸体67一侧；液态金属在外振动压力作用下，能够通过带液态金属阻尼调节阀型上活塞65的液态金属阻尼调节阀及液态金属可流通的第二阀口79流进入上缸体67另一侧，也可以通过带液态金属阻尼调节阀型隔板71的液态金属阻尼调节阀及液态金属可流通的阀口80流进入下缸体68的一侧；带液态金属阻尼调节阀型上活塞65与上活塞杆69一端相连接；上活塞杆69另一端和下活塞杆70另一端分别与机器人关节驱动器6弹簧两端并联相连接；下活塞66装配在下缸体68内；下活塞66与下活塞杆70一端相连接；第三弹簧72装配在下活塞杆70上；第二石墨烯层73将上缸体67和下缸体68的外侧面与第二热温差发电器件74热端相连接；第二热温差发电器件74冷端与第二散热器件75相连接；上缸体67的顶端和下缸体68底端均有第二绝热层78；上缸体67外面装配有第二超级电容76；第二超级电容76与第二热温差发电器件74相连接。
本实施例的金属橡胶采用材料为不锈钢丝；液态金属采用液态镓合金；第二石墨烯层73采用石墨烯薄膜；第二热温差发电器件74采用若干块串联的或/和并联的温差发电片单体，温差发电片单体与温差发电片单体之间通过使用绝热材料隔开；第二散热器件75包括：风冷翅片散热器件。关节驱动器6采用：电机驱动器。其余同实施例一。
当机器人在行走时，装配在与关节驱动器弹簧并联的液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器i，采用双活塞型液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器51(见图6)；机器人行走产生的振动力通过上活塞杆69带动带液态金属阻尼调节阀型上活塞65，对液态金属橡胶64产生振动作用力影响，液态金属橡胶64的刚度和阻尼特性与变形有关，呈现非线性特性。当振幅不断改变时，会呈现不同的刚度和阻尼特性。在振幅很小时，液态金属橡胶64中的金属丝之间滑移量很小，主要是液态金属橡胶64中螺旋弹簧自身的受载变形，其刚度几乎不变，即力与位移呈线性，阻尼很小。当振幅增大时，液态金属橡胶64中的螺旋弹簧相互接触，并带有不同程度的滑移现象发生，接触滑移产生摩擦，从而耗散能量，具有了阻尼特性。当振幅继续增大时，液态金属橡胶64中的螺旋弹簧相互接触挤压，滑移现象减弱，刚度增大，即出力与变形呈现硬化特性。在液态金属橡胶64的内部，金属丝之间的相对滑移形成摩擦，从而消耗大量的振动能量并产生大量热量，产生金属橡胶的阻尼减振效应；在振动力作用下，液态金属与带液态金属阻尼调节阀型活塞65的液态金属阻尼调节阀79或带液态金属阻尼调节阀型隔板71的液态金属阻尼调节阀80形成协同作用，产生减振阻尼协同效应；由于液态金属橡胶64由液态金属与金属橡胶紧密接触构成，因此能够产生液态金属减振与金属橡胶减振的多重减振协同效应，其装置总体减振效能明显提高。
当外振动力呈周期性撤去时，外振动压减小，上缸体67上活塞65外部中的部分液态金属通过带液态金属阻尼调节阀型活塞65的液态金属阻尼调节阀及液态金属可流通的第二阀口79重新流进入上缸体67中；同时，下缸体68中的下活塞杆70上安装的第三弹簧72也发挥作用，促使下缸体68的下活塞66向上移动，使下缸体68下活塞66外的部分液态金属通过带液态金属阻尼调节阀型隔板71的液态金属阻尼调节阀80也重新回流到上缸体67中。
在双活塞型液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器51中，液态金属橡胶64能够产生阻尼减振效应，带液态金属阻尼调节阀型活塞65中的液态金属阻尼调节阀79、带液态金属阻尼调节阀型隔板71中的带液态金属阻尼调节阀80与液态金属能够产生多重阻尼协同减振效应，因此双活塞型液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器51具有多重阻尼协同减振效应；同时，采用了第二石墨烯层73将包含液态金属橡胶64的上缸体67与第二热温差发电器件74相连接，通过上缸体67、液态金属和第二石墨烯层73的快速导热协同效应，能够将液态金属阻尼减振产生的热量与金属橡胶阻尼减振产生的热量快速带给第二热温差发电器件74来产生发电效应，并能够将发电电能存储在第二超级电容76中。
实施例三
所述液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器i为单活塞型液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器50(见图5)，液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器ii为双活塞型液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器51(见图6)；单活塞型液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器50中，液态金属橡胶52、带液态金属阻尼调节阀型活塞53、第一温度传感器60均装配在缸体54内；金属橡胶装配在缸体内时，与缸体内壁间有细小间隙62；带液态金属阻尼调节阀型活塞53包括：一个或多个液态金属阻尼调节阀及液态金属可流通的第一阀口63；带液态金属阻尼调节阀型活塞53将金属橡胶与部分液态金属封闭于缸体54一侧；液态金属能够在外振动压力作用下，通过带液态金属阻尼调节阀型活塞53的液态金属阻尼调节阀及液态金属可流通的第一阀口63进入缸体54另一侧；带液态金属阻尼调节阀型活塞53与活塞杆55一端相连接；单活塞型液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器50装配在液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器ii位置(见图1)，即装配在小腿关节下部25，并通过腿关节连接机构23与小腿关节5中部的金属橡胶型缓冲减振与压电发电器24相连接，并构成小腿关节5整体联动结构；第一石墨烯层56将缸体54外侧面与第一热温差发电器件57热端相连接；第一热温差发电器件57冷端与散热器58件相连接；缸体54的顶端、底端均有第一绝热层61；缸体54外面装配有第一超级电容59；第一超级电容59与第一热温差发电器件57相连接；液态金属橡胶52中的金属橡胶包括：块状金属橡胶或颗粒状金属橡胶。
双活塞型液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器51中，带液态金属阻尼调节阀型隔板71将缸体分为上缸体67、下缸体68；块状金属橡胶或颗粒状金属橡胶、液态金属、带液态金属阻尼调节阀型上活塞65、第二温度传感器77均装配在上缸体67内；带液态金属阻尼调节阀型上活塞65包括：一个或多个液态金属阻尼调节阀及液态金属可流通的第二阀口79；带液态金属阻尼调节阀型活塞65将块状金属橡胶或小颗粒状金属橡胶和部分液态金属封闭于上缸体67一侧；液态金属在外振动压力作用下，能够通过带液态金属阻尼调节阀型上活塞65的液态金属阻尼调节阀及液态金属可流通的第二阀口79流进入上缸体67另一侧，也可以通过带液态金属阻尼调节阀型隔板71的液态金属阻尼调节阀及液态金属可流通的阀口80流进入下缸体68的一侧；带液态金属阻尼调节阀型上活塞65与上活塞杆69一端相连接；上活塞杆69另一端和下活塞杆70另一端分别与机器人关节驱动器6弹簧两端并联相连接；下活塞66装配在下缸体68内；下活塞66与下活塞杆70一端相连接；第三弹簧72装配在下活塞杆70上；第二石墨烯层73将上缸体67和下缸体68的外侧面与第二热温差发电器件74热端相连接；第二热温差发电器件74冷端与第二散热器件75相连接；上缸体67的顶端和下缸体68底端均有第二绝热层78；上缸体67外面装配有第二超级电容76；第二超级电容76与第二热温差发电器件74相连接。其余同实施例一或二。
实施例四
所述液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器i为双活塞型液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器51(见图6)，液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器ii为单活塞型液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器50(见图5)；双活塞型液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器51中，带液态金属阻尼调节阀型隔板71将缸体分为上缸体67、下缸体68；块状金属橡胶或颗粒状金属橡胶、液态金属、带液态金属阻尼调节阀型上活塞65、第二温度传感器77均装配在上缸体67内；带液态金属阻尼调节阀型上活塞65包括：一个或多个液态金属阻尼调节阀及液态金属可流通的第二阀口79；带液态金属阻尼调节阀型活塞65将块状金属橡胶或小颗粒状金属橡胶和部分液态金属封闭于上缸体67一侧；液态金属在外振动压力作用下，能够通过带液态金属阻尼调节阀型上活塞65的液态金属阻尼调节阀及液态金属可流通的第二阀口79流进入上缸体67另一侧，也可以通过带液态金属阻尼调节阀型隔板71的液态金属阻尼调节阀及液态金属可流通的阀口80流进入下缸体68的一侧；带液态金属阻尼调节阀型上活塞65与上活塞杆69一端相连接；上活塞杆69另一端和下活塞杆70另一端分别与机器人关节驱动器6弹簧两端并联相连接；下活塞66装配在下缸体68内；下活塞66与下活塞杆70一端相连接；第三弹簧72装配在下活塞杆70上；第二石墨烯层73将上缸体67和下缸体68的外侧面与第二热温差发电器件74热端相连接；第二热温差发电器件74冷端与第二散热器件75相连接；上缸体67的顶端和下缸体68底端均有第二绝热层78；上缸体67外面装配有第二超级电容76；第二超级电容76与第二热温差发电器件74相连接。
单活塞型液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器50中，液态金属橡胶52、带液态金属阻尼调节阀型活塞53、第一温度传感器60均装配在缸体54内；金属橡胶装配在缸体内时，与缸体内壁间有细小间隙62；带液态金属阻尼调节阀型活塞53包括：一个或多个液态金属阻尼调节阀及液态金属可流通的第一阀口63；带液态金属阻尼调节阀型活塞53将金属橡胶与部分液态金属封闭于缸体54一侧；液态金属能够在外振动压力作用下，通过带液态金属阻尼调节阀型活塞53的液态金属阻尼调节阀及液态金属可流通的第一阀口63进入缸体54另一侧；带液态金属阻尼调节阀型活塞53与活塞杆55一端相连接；单活塞型液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器50装配在液态金属橡胶型缓冲减振与温差发电器ii位置(见图1)，即装配在小腿关节下部25，并通过腿关节连接机构23与小腿关节5中部的金属橡胶型缓冲减振与压电发电器24相连接，并构成小腿关节5整体联动结构；第一石墨烯层56将缸体54外侧面与第一热温差发电器件57热端相连接；第一热温差发电器件57冷端与散热器58件相连接；缸体54的顶端、底端均有第一绝热层61；缸体54外面装配有第一超级电容59；第一超级电容59与第一热温差发电器件57相连接；液态金属橡胶52中的金属橡胶包括：块状金属橡胶或颗粒状金属橡胶。其余同实施例一或二。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。