CN101244729B - 仿袋鼠腿形跳跃机器人结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种仿袋鼠腿形跳跃机器人结构，在机体上安装负载，机体下侧通过支撑架连接机器人膝关节，机器人膝关节通过腿部轴与机器人小腿连接，小腿的下端为机器人踝关节，脚掌与小腿在踝关节处通过脚掌轴连接，踝关节同时位于脚掌的1/3处，脚掌与脚趾通过脚趾轴连接，脚趾轴位于脚掌前端，下置弹簧一端安装于脚掌后端，一端安装于小腿的2/5处，上置弹簧一端安装于小腿上端，一端安装于机体的1/2处；动力机构通过上耳环和下耳环分别与小腿和脚掌连接。本发明提高了机器人的跳跃效率，增强了跳跃能力。

Description

仿袋鼠腿形跳跃机器人结构
技术领域
本发明涉及一种机器人结构，具体的说是一种跳跃机器人结构。
背景技术
目前，对于跳跃型机器人的研究在国际上尚处于研究性阶段，国内也仅有个别院校开展了相关研究。1984年美国麻省理工大学腿实验室的M.H.Raibert教授做了开创性的贡献。他设计了世界上第一个以跳跃方式运动的单腿机器人，解决了单足跳跃机器人的起跳姿态控制和落地时足部定位算法问题，并在简单模型下进行了一系列仿真分析及实验。
专利申请号为200710072236.6，名称为仿生蝗虫跳跃机器人的专利申请，公开了一种仿生蝗虫跳跃机器人。它包括机体、前腿支撑减震机构、后腿起跳机构；前腿支撑减震机构包括铰接在机体上的套筒，一端穿在套筒上、另一端与掌片固定的支撑杆，支撑杆上套有压簧；后腿起跳机构包括机体支撑杆、过渡连杆、小腿、大腿、蹬地爪片，机体支撑杆固定在机体上、一端与大腿铰接、另外一端与过渡连杆铰接，小腿中部与过渡连杆铰接、一端与大腿铰接、末端与蹬地爪片相连，大腿与小腿的铰接点与机体支撑杆与过渡杆的铰接点之间连接有弹簧；机体两侧的小腿，通过小腿连杆连接在一起；在机体内设置有能量储存装置、能量释放装置、控制电路和电源。
但该方案采用的仿蝗虫结构使得机器人腿部过短，重心过低，并且没有考虑脚趾在机器人跳跃中的作用，因此跳跃效率较低。
发明内容
为了克服现有技术重心过低、跳跃效率不高的不足，本发明提供一种跳跃效率高的仿袋鼠腿形跳跃机器人结构。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括机体1、小腿4、脚掌6和脚趾7，机体1上安装负载，机体1下侧通过支撑架2连接机器人膝关节3，机器人膝关节3通过腿部轴12与机器人小腿4连接，小腿4的下端为机器人踝关节5，脚掌6与小腿4在踝关节5处通过脚掌轴13连接，踝关节5同时位于脚掌6的1/3处，脚掌6与脚趾7通过脚趾轴18连接，脚趾轴18位于脚掌6前端，下置弹簧8一端安装于脚掌6后端，一端安装于小腿4的2/5处，上置弹簧17一端安装于小腿4上端，一端安装于机体1的1/2处。动力机构9通过上耳环10和下耳环11分别与小腿4和脚掌6连接。
本发明工作时，动力机构9通过上耳环10和下耳环11分别向小腿4和脚掌6提供推力，小腿4和脚掌6在短时间内打开一个角度，机器人起跳；当机器人落地时，动力机构9收缩，同时由于重力作用，小腿4和脚掌6间夹角缩小，上置弹簧17和下置弹簧8被拉伸，继续能量，帮助下一次起跳。
作为本发明的优选方案，所述机器人仿照袋鼠设计，小腿4和脚掌6的长度比例为2∶1，脚掌6和脚趾7的长度比例为3∶1。
作为本发明的优选方案，机器人机体1采用双层结构。机体中的上层板14上安装负载，下层板15连接支撑架2，上层板14和下层板15之间安装有一层上身弹簧16，用来减少跳跃对负载的震动影响。
作为本发明的优选方案，脚趾7通过脚趾轴18和脚掌6连接，并且脚趾7以脚掌轴18为中心可以转动，转动角度受到脚趾弹簧20的限制，脚趾弹簧20一端安装在脚趾7的1/5处，一端安装在脚趾弹簧轴19上，脚趾弹簧轴19固定在脚掌6上。机器人腾空时，受脚趾弹簧20的拉力作用，脚趾7与脚掌6位于同一轴线上；机器人落地时，受机器人本身的重力作用，脚趾7向上翻转，拉伸脚趾弹簧20，起到减震缓冲的作用，并能在脚趾弹簧中积蓄能量，帮助下一次起跳。同时，翻转的脚趾能与地面平行，保证机器人能够稳定在地面上。
本发明的有益效果是：由于采用了仿袋鼠腿形结构，因此腿部长度可以占到机器人总长度的四分之三以上，增强了跳跃和越障能力。由于将机器人的负载安装在机体之上，因此机器人的重心靠上，能有效提高跳跃的能量利用率。由于采用活动脚趾，更符合跳跃生物特点，提高跳跃效率。由于以上的特点，本发明提高了机器人的跳跃效率，增强了跳跃能力。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图说明
图1是本发明的结构正视图。
图2是本发明的结构侧视图。
图3是机体双层结构示意图。
图4(a)是机器人脚趾腾空姿态示意图；图4(b)是机器人脚趾落地姿态示意图。
图中，1-机体，2-支撑架，3-膝关节，4-小腿，5-踝关节，6-脚掌，7-脚趾，8-下置弹簧，9-驱动元件，10-上耳环，11-下耳环，12-腿部轴，13-脚掌轴，14-上层板，15-下层板，16-上身弹簧，17-上置弹簧，18-脚趾轴，19-脚趾弹簧轴，20-脚趾弹簧。
具体实施方式
装置实施例：参照图1和图2，本发明包括机体1，机体1上安装负载，机体1下侧通过支撑架2连接机器人膝关节3，机器人膝关节3通过腿部轴12与机器人小腿4连接，小腿4的下端为机器人踝关节5，脚掌6与小腿4在踝关节5处通过脚掌轴13连接，踝关节5同时位于脚掌6的1/3处，脚掌6与脚趾7通过脚趾轴18连接，脚趾轴18位于脚掌6前端，下置弹簧8一端安装于脚掌6后端，一端安装于小腿4的2/5处，上置弹簧17一端安装于小腿4上端，一端安装于机体1的1/2处。动力机构9通过上耳环10和下耳环11分别与小腿4和脚掌6连接。驱动元件9可以使用液压缸或者气缸。其中机器人小腿4、脚掌6和脚趾7的尺寸是按照6∶3∶1比例设计的。
本发明工作时，动力机构9通过上耳环10和下耳环11分别向小腿4和脚掌6提供推力，小腿4和脚掌6在短时间内打开一个角度，机器人起跳；当机器人落地时，动力机构9收缩，同时由于重力作用，小腿4和脚掌6间夹角缩小，上置弹簧17和下置弹簧8被拉伸，继续能量，帮助下一次起跳。
参照图3，为仿袋鼠腿形机器人机体双层结构，机体中的上层板14上安装负载，下层板15连接支撑架2，上层板14和下层板15之间安装有一层上身弹簧16，用来减少跳跃对负载的震动影响，上层板14和下层板15通过螺栓固定。
参照图4，为机器人脚趾腾空与落地姿态示意图，脚趾7通过脚趾轴18和脚掌6连接，并且脚趾7以脚掌轴18为中心可以转动，转动角度受到脚趾弹簧20的限制，脚趾弹簧20一端安装在脚趾7的1/5处，一端安装在脚趾弹簧轴19上，脚趾弹簧轴19固定在脚掌6上。因此在腾空和落地时脚趾有着不同的姿态。图4(a)为腾空时脚趾姿态，脚趾弹簧20收缩，脚趾与脚掌处于同一水平线上。图4(b)为落地时脚趾姿态，脚趾弹簧由于受力被拉伸，脚趾与地面的角度略小于脚掌与地面的角度，再次起跳时，脚趾弹簧20释放能量，提高跳跃能力。

Claims (2)

1.仿袋鼠腿形跳跃机器人结构，包括机体、小腿、脚掌和脚趾，其特征在于：机体上安装负载，机体下侧通过支撑架连接机器人膝关节，机器人膝关节通过腿部轴与机器人小腿连接，小腿的下端为机器人踝关节，脚掌与小腿在踝关节处通过脚掌轴连接，踝关节同时位于脚掌的1/3处，脚掌与脚趾通过脚趾轴连接，脚趾轴位于脚掌前端，下置弹簧一端安装于脚掌后端，一端安装于小腿的2/5处，上置弹簧一端安装于小腿上端，一端安装于机体的1/2处；所述的小腿和脚掌的长度比例为2∶1，脚掌和脚趾的长度比例为3∶1；动力机构通过上耳环和下耳环分别与小腿和脚掌连接；脚趾以脚趾轴为中心可以转动，转动角度受到脚趾弹簧的限制，脚趾弹簧一端安装在脚趾的1/5处，一端安装在脚趾弹簧轴上，脚趾弹簧轴固定在脚掌上。
2.根据权利要求1所述的仿袋鼠腿形跳跃机器人结构，其特征在于：所述的机体采用双层结构，机体中的上层板上安装负载，下层板连接支撑架，上层板和下层板之间安装有一层上身弹簧。
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