CN102815349B - 一种对称离心力动力单腿跳跃机器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种对称离心力动力单腿跳跃机器，包括提供动力的电机模组和质量块组、支撑板和储存能量的弹簧腿套筒，所述支撑板为轴对称体，质量块组包含偶数个质量块，质量块以支撑板对称轴轴对称分布，所述质量块组和电机模组通过传动轴连接，电机模组带动支撑板对称轴两侧的质量块朝相反方向旋转，产生的离心力在竖直方向分力叠加、水平方向分力抵消，所述电机组固定在支撑板一侧，弹簧腿套筒固定在支撑板另一侧。本发明具有跳跃稳定、控制简单等特点。

Description

一种对称离心力动力单腿跳跃机器

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种对称离心力动力单腿跳跃机器。同时，该发明可应用于健身器材领域，特别是自动弹跳杆。

背景技术

在跳跃机器人领域，美国在该领域的研究比较成熟。麻省理工学院的Raibert团队在研究Big Dog军用机器人之前，首先对跳跃机器人进行了深入研究，其团队所设计发明出的单腿多维稳定连续跳跃的机器人也代表了目前跳跃机器人领域的最高水平。但目前国内在该领域的研究尚不是特别充分。

发明内容

本发明要解决的技术问题：单腿跳跃机器人的连续稳定跳跃会不断损失能量，因此需要一种合适的动力输入装置提供动力，根据其跳跃特点，该动力输入应在其跳跃的竖直方向并且不影响机器人本身跳跃时的平衡；机器人的跳跃需要连贯，每次起跳都需要足够的能量的瞬时释放，并且又不能对机械结构造成太大的冲击，能量的瞬时释放与避免冲击难以同时实现，当机械结构复杂的时候，要实现连续的跳跃的时候会增大控制及调节的难度。

为了解决以上问题，本发明实施例公开了一种对称离心力动力单腿跳跃机器，包括提供动力的电机模组和质量块组、支撑板和储存能量的弹簧腿套筒，所述支撑板为轴对称体，质量块组包含偶数个质量块，质量块以支撑板对称轴轴对称分布，所述质量块组和电机模组通过传动轴连接，电机模组带动支撑板对称轴两侧的质量块朝相反方向旋转，产生的离心力在竖直方向分力叠加、水平方向分力抵消，所述电机组固定在支撑板一侧，弹簧腿套筒固定在支撑板另一侧。

进一步，作为一种优选，电机模组为同一电机通过齿轮换向带轮传动实现对称反向转动。

进一步，作为一种优选，电机模组包括：电机、电机板、联轴器、第一轴、第二轴、第三轴、第四轴、第一齿轮、第二齿轮、第一带轮、第二带轮、第三带轮、第四带轮、八个轴承、八个轴承座，所述电机通过螺栓固定在电机板上，电机板固定在支撑板上，第一轴、第二轴分别与支撑板中间的四个轴承座上的轴承构成转动副，第三轴、第四轴分别与支撑板两端的四个轴承座上的轴承构成转动副，第三轴、第四轴两端分别通过螺钉固定一个质量块，电机通过联轴器带动第一轴转动，第一轴通过键带动第一齿轮和第一带轮转动，第一带轮通过带传动带动第二带轮转动，第二带轮通过键连接带动第三轴上的质量块转动，第一齿轮啮合第二齿轮传动，第二齿轮通过键带动第二轴转动，第二轴带动第三带轮转动，第三带轮通过带传动带动第四带轮转动，第四带轮通过键连接带动第四轴上的质量块转动，第一齿轮和第二齿轮齿数相同，传动比为1，四个带轮直径相同，通过齿轮实现变向。

进一步，作为一种优选，电机模组为两套独立的离心动力质量块通过传动系统实现两侧对称反向转动。

进一步，作为一种优选，动力源为电机。

进一步，作为一种优选，质量块组为4个质量块。

进一步，作为一种优选，质量块为圆柱体。

进一步，作为一种优选，质量块为偏心轮。

进一步，作为一种优选，质量块为长杆。

进一步，作为一种优选，弹簧腿套筒包括：腿外筒、腿内筒、弹簧、销钉，腿外筒通过上部板与支撑板连接，腿外筒开有销孔，腿内筒开有通槽，销钉穿过销孔和通槽，三者构成滑动副，腿外筒内部有一弹簧固定在上部板。

本发明所涉及的单腿对称离心力动力跳跃机器人克服了离心力的水平分力造成的机械整体不稳定，整体上看是对称的、单腿着地的，采用简单的机械结构的组合，利用弹簧储能，增加了跳跃时的稳定性和柔性，质量分布均匀，单跳跃相对稳定，连续跳跃容易控制，腿外筒和腿内筒的套筒式移动副导向性好，增加稳定性，带轮的传动有效吸收了每次跳跃时的冲击与震动，避免了跳跃误差的积累，降低了控制的难度，结构简单。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中：

图1对称离心力动力单腿跳跃机器人实施例的整体三维图。

图2腿部的透视图。

图3腿外筒与支撑板连接局部示意图。

图4质量块与轴的连接局部示意图。

具体实施方式

为使上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

一种对称离心力动力单腿跳跃机器，包括提供动力的电机模组和质量块组、支撑板D和储存能量的弹簧腿套筒，所述支撑板D为轴对称体，质量块组包含偶数个质量块A7，质量块A7以支撑板D对称轴轴对称分布，所述质量块组和电机模组通过传动轴连接，电机模组带动支撑板D对称轴两侧的质量块A7朝相反方向旋转，产生的离心力在竖直方向分力叠加、水平方向分力抵消，所述电机组固定在支撑板D一侧，弹簧腿套筒固定在支撑板D另一侧。

实施例

一种对称离心力动力单腿跳跃机器人，包括提供动力的上部电机模组和四个质量块A7主体、支撑板D和下部储存能量的弹簧腿套筒，电机模组包括：电机B1、电机板B2、联轴器B4、第一轴B9、第二轴B10、第三轴B12、第四轴A1、第一带轮B8、第二带轮B11、第三带轮B6、第四带轮A2、第一齿轮B5、第二齿轮B7、八个轴承A4、八个轴承座A3、螺栓A5，所述电机B1通过螺栓固定在电机板B2上，电机板B2固定在支撑板D上，第二带轮B11通过键连接与第三轴B12固定，第四带轮A2通过键连接与第四轴A1固定，第三轴B12、第四轴A1分别与质量块A7连杆A6过盈紧固，第一轴B9、第二轴B10分别与支撑板D中部的四个轴承座A3上的轴承A4构成转动副，第三轴B12、第四轴A1分别与支撑板D两端的四个轴承座A3上的轴承A4构成转动副，所述电机B1通过联轴器带动第一轴B9转动，第一轴B9通过键带动第一带轮B8和第一齿轮B5转动，第一带轮B8通过带传动带动第二带轮B11转动，第二带轮B11又带动第三轴B12上的质量块A7转动，第一齿轮B5啮合第二齿轮B7传动，第二齿B7轮通过键带动第二轴B10转动，第二轴B10带动第三带轮B6转动，第三带轮B6通过带传动带动第四带轮A2转动，第四带轮A2又带动第四轴A1上的质量块A7转动，第一齿轮B5和第二齿轮B7齿数相同，传动比为1，四个带轮直径相同，通过齿轮的变向。

如图2，腿外筒C3开有销孔C6，腿内筒C5开有通槽C4，销钉C2穿过销孔C6和通槽C4，三者构成滑动副，腿外筒内部有一弹簧C1固定在上部板E和腿内筒C5之间。

如附图3，腿外筒C3通过上部板E与支撑板D连接，上部板E用六角螺栓F1与支撑板紧固。

如图4，质量块A7连杆A6与轴A1过盈紧固，质量块A7中心开有孔a，孔a与连杆A6的下端长轴部分通过螺纹紧固。

所述的质量块A7均完全相同。

具体工作过程：

一种对称离心力动力单腿跳跃机器，腿外筒C3和腿内筒C5通过销钉C2、销孔C6和通槽C4联结构成套筒移动副，组成机器人的腿部，上部主体由支撑板D支撑，电机B1通过联轴器B4带动轴第一轴B9转动，第一轴B9通过键带动第一带轮B8和第一齿轮B5转动，第一带轮B8通过带传动带动第二带轮B11转动，第二带轮B11又带动轴上的质量块A7转动，第一齿轮B5啮合第二齿轮B7传动，第二齿轮B7通过键带动第二轴B10转动，第二轴B10带动第三带轮B6转动，第三带轮B6通过带传动带动第四轴上的质量块A7转动，第一齿轮B5和第二齿轮B7齿数相同，传动比为1，四个带轮直径相同，通过齿轮的变向，运动传到两侧质量块时其转动方向相反，从而实现竖直方向分力的叠加和水平分力的抵消。

腿部离地实施：

当上部支撑板D向下运动压缩腿外筒C3时，腿外筒C3上的销钉C2离开腿内筒C5上通槽C4的顶部，向下运动，弹簧压缩完毕时开始返程向上运动，上部板E带动腿外筒C3，腿外筒C3带动销钉C2向上运动，销钉C2运动至通槽C4顶部时将带动腿内筒C5向上运动，腿内筒C5遂离地，实现跳跃。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些具体实施方式仅是举例说明，本领域的技术人员在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以对上述方法和系统的细节进行各种省略、替换和改变。例如，合并上述方法步骤，从而按照实质相同的方法执行实质相同的功能以实现实质相同的结果则属于本发明的范围。因此，本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (6)

1.一种对称离心力动力单腿跳跃机器，其特征在于，包括提供动力的电机模组和质量块组、支撑板和储存能量的弹簧腿套筒，所述支撑板为轴对称体，质量块组包含偶数个质量块，质量块以支撑板对称轴轴对称分布，所述质量块组和电机模组通过传动轴连接，电机模组带动支撑板对称轴两侧的质量块朝相反方向旋转，产生的离心力在竖直方向分力叠加、水平方向分力抵消，所述电机组固定在支撑板一侧，弹簧腿套筒固定在支撑板另一侧；其中，所述电机模组为同一电机通过齿轮换向带轮传动实现对称反向转动，所述电机模组具体包括：

电机、电机板、联轴器、第一轴、第二轴、第三轴、第四轴、第一齿轮、第二齿轮、第一带轮、第二带轮、第三带轮、第四带轮、八个轴承、八个轴承座，所述电机通过螺栓固定在电机板上，电机板固定在支撑板上，第一轴、第二轴分别与支撑板中间的四个轴承座上的轴承构成转动副，第三轴、第四轴分别与支撑板两端的四个轴承座上的轴承构成转动副，第三轴、第四轴两端分别通过过盈配合固定一个质量块，电机通过联轴器带动第一轴转动，第一轴通过键带动第一齿轮和第一带轮转动，第一带轮通过带传动带动第二带轮转动，第二带轮通过键连接带动第三轴上的质量块转动，第一齿轮啮合第二齿轮传动，第二齿轮通过键带动第二轴转动，第二轴带动第三带轮转动，第三带轮通过带传动带动第四带轮转动，第四带轮通过键连接带动第四轴上的质量块转动，第一齿轮和第二齿轮齿数相同，传动比为1，四个带轮直径相同，通过齿轮实现变向。

2.根据权利要求1所述的对称离心力动力单腿跳跃机器，其特征在于，所述电机模组为两套独立的离心动力质量块通过传动系统实现两侧对称反向转动。

3.根据权利要求2所述的对称离心力动力单腿跳跃机器，其特征在于，所述动力源为电机。

4.根据权利要求1所述的对称离心力动力单腿跳跃机器，其特征在于，所述质量块组为4个质量块。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的对称离心力动力单腿跳跃机器，其特征在于，所述质量块为偏心轮。

6.根据权利要求1至4任意一项所述的对称离心力动力单腿跳跃机器，其特征在于，所述弹簧腿套筒包括：腿外筒、腿内筒、弹簧、销钉，腿外筒通过上部板与支撑板连接，腿外筒开有销孔，腿内筒开有通槽，销钉穿过销孔和通槽，三者构成滑动副，腿外筒内部有一弹簧固定在上部板。