CN107284545B - 一种仿生跳蚤跳跃辅助装置的使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种仿生跳蚤跳跃辅助装置的使用方法，其特征在于：第一步，开通总电源，调整装置。第二步，操作人员就位，完成各项准备工作，准备启动。第三步，按动启动按钮，保持跳跃的方向和安全平稳。第四步，结束后，调节高度，按照步骤一顺序的反向顺序操作，结束各个操作，最后操作者离开下来。关闭装置的总电源。本发明的有益效果是操作方便、又有专业性。本发明可用在外出旅行，野外勘探等方面，在军事领域中也有广泛的应用前景。

Description

一种仿生跳蚤跳跃辅助装置的使用方法

技术领域

本发明涉及一种仿生跳跃装置的使用方法，具体讲是在工程等领域使用的一种仿生跳蚤跳跃辅助装置的使用方法。

背景技术

目前，基于陆地上动物运动方式的外骨骼仿生研究，比较成熟的主要有力量和耐力两种。力量或耐力外骨骼可以大幅增强人体机能，但是对于大型障碍的穿越无能为力，所以对于跳跃增强方式的仿生辅具研究需要进一步开发。但现在机器人的普遍缺点是机械结构与控制不稳定、弹跳效率不高，空中平衡机制不稳定等。跳蚤可以穿过大于自己的几十倍到几百倍的障碍物，也是因为这个特点，仿生跳蚤生物辅助装置将大大提高人们适应地形的能力。

所以，发明一种能够穿着的、可以跳得更远，更稳的仿生跳蚤生物辅助装置及使用方法，是会在地球的探索中发挥重要作用的。

发明内容

为达到以上效果，本发明提供一种结构简单，高距离跳跃，空中平衡稳定，着陆平稳的仿跳蚤跳跃辅助器具及使用方法。

本发明的技术方案为：一种仿生跳蚤跳跃辅助装置的使用方法，所使用的装置主要由躯干部分和下肢部分两部分组成。下肢部分包括一对仿生跳蚤的双腿和两根液压缓冲支撑杆。每条腿由下到上首先是水平接触地面的附足，两个附足未连接的末端朝向是装置的背面朝向。每个附足的另外一端，也就是装置的正面朝向，都各自通过绞动关节连接一个倾斜水平面的下肢一的一端，下肢一的另外一端通过绞动关节连接倾斜方向相反的下肢二的一端，下肢二的另外一端通过绞动关节与一个垂直的连接杆的一端相连，连接杆的另外一端通过绞动关节与下肢二倾斜方向相反的下肢三的一端相连；下肢三的另一端通过绞动关节固定在躯干部分的固定旋转轴上。上述下肢一、下肢二、下肢三的侧面都在一个平面内呈之字形，两条腿的一对下肢一、下肢二、下肢三的侧面呈在两个相互平行平面内的之字形空间排布。上述下肢一、下肢二、下肢三的每一个下肢内部都安装有气动缸或液压装置，气动缸或液压装置两头安装绞动关节，形成双关节机构形式的气动缸或液压装置。此设计，采用双关节机构形式的气动缸或液压装置，利用多个大小不同的驱动器，以双关节的安装方式增大了腿部力量，达到合理布置。绞动连接结构装置是动力装置之间的螯合旋转轴，从而达到动力装置之间的相互传动，能够很好地发挥本辅具跳跃的动力装置作用。利用多个肢节既可以增强弹跳力，又可以减少落地的冲击压力。

两条腿的下肢三的上端绞动关节与躯干部分的液压缓冲坐垫，共同安装在整个装置的躯干部分与下肢部分相当于腰部的连接处，通过固定旋转轴固定保持排列在同一水平线上。固定旋转轴将液压缓冲坐垫固定在最中间，然后左右两边各固定左右两个仿生跳蚤腿，在固定旋转轴的两个端头处安装固定有一条圆弧形腰带状的金属质的中护壳，起保护操作者和装置的作用。固定旋转轴在中护壳外的两个端头处还各加工有一个平衡翅传动杆接头，两个平衡翅传动杆接头各连接有一个平衡翅。平衡翅传动杆接头内部安装有平衡翅的微动力装置。平衡翅的设计用来平衡姿态。在落地时，还可以增大阻力减少冲击。平衡翅起到调整跳起后的空中姿势，达到安全平稳的作用。

所述液压缓冲坐垫呈圆形或两椭圆瓣花瓣形状，内部安装有本装置的总电源和总控制系统；在液压缓冲坐垫圆形的平行固定旋转轴的直径下面，或花瓣形状的两椭圆瓣中心，对称连接有两根垂直向下的液压缓冲支撑杆。在防生跳蚤双腿之间的左右两个液压缓冲支撑杆的杆的中间部位，各自安装有一条下肢连接带，下肢连接带的一端固定在液压缓冲支撑杆上，另外一端固定于各自靠近的一条腿的下肢二的内侧。每个液压缓冲支撑杆的杆下部固定安装有固定脚垫，每个液压缓冲支撑杆垂直朝下的底端都安装有距离传感器。液压缓冲装置包括液压缓冲坐垫、液压缓冲支撑架。液压缓冲垫和液压缓冲支撑杆放置于仿生跳蚤双腿与装置腰部的连接处，当液压缓冲垫和液压缓冲支撑杆感受到碰撞压力时，动能通过塞子和阻力弹簧传递到活塞，以沿相反的方向移动，被压缩的缓冲液的过程是通过活塞挤压油的过程，这个过程消耗大量的动能，起缓冲作用。距离传感器起到提前信号传给液压缓冲支撑杆，做出缓冲准备，以保持跳跃过程的平稳，不至于缓冲过于激烈，大起大落。保持安全平稳。

躯干部分还包括上护壳支撑杆、上护壳、上肢连接带和三轴陀螺仪模块。上护壳支撑杆分为左右两个、沿平行于固定旋转轴对称排列地安装在液压缓冲坐垫的向上一面的左右两边。上护壳支撑杆分为两段，下半段的底端头通过可调固定轴与液压缓冲坐垫固定连接，下半段的上端头通过驱动转轴与上护壳支撑杆的上半段相连。在每个上护壳支撑杆的上半段各自安装有一个三轴陀螺仪模块，三轴陀螺仪模块包含三轴陀螺仪，信号处理器。三轴陀螺仪模块的信号处理器能够通过有线或无线信号控制可调固定轴，驱动转轴，平衡翅的微动力装置，和液压缓冲支撑杆，以及通过总控制系统调控双腿的各个下肢一、下肢二、下肢三。左右两个上护壳支撑杆都安装有本装置的控制面板，配备有控制手柄或控制按钮。两个上护壳支撑杆的上半段的顶端共同支撑安装有一个能够拆卸的蛋形帽子形状的上护壳；蛋形帽子形状的上护壳的圆形底端与中护壳的上端保持5~30mm间隙配合在一起，上护壳外径大于中护壳外径，上护壳套在中护壳之上。间隙的存在有利于跳跃时的姿态调整，保护操作者和装置设备的安全。在上护壳支撑杆的上半段向后的方向还安装有一个连接两个上护壳支撑杆的半圆弧形的上肢连接带，上肢连接带能够伸缩固定，有利于操作者舒适。所述的一种仿生跳蚤跳跃辅助装置的使用方法，其特征在于。

第一步，调整。本装置静态处于之字形蜷缩状态，开通总电源，通过上护壳支撑杆安装的控制面板或手柄或按钮，调节高度，使操作者能够坐在液压缓冲坐垫上，双脚放在固定脚垫上。调节上护壳支撑杆的可调固定轴和驱动转轴，使上护壳高度和上肢连接带长度适合操作者，固定可调固定轴和上肢连接带，安装好采用有线方式的三轴陀螺仪模块信号处理器的信号线。

第二步，准备启动。将操作者身体腰身上部紧固在上肢连接带的安全紧固装置内；将操作者身体下部的两条腿和脚，紧固在两根液压缓冲支撑杆和固定脚垫的安全紧固装置内；操作者带好意念机，手握好控制器，将上护壳安装固定。

第三步，跳跃。按动启动按钮，瞬时附足和各个下肢联动伸直将装置弹起。大多数的辅助跳跃机器都是以常规的屈膝式跳跃，跳跃高度和能量利用率方面都有很大的不足，而本发明采用模拟跳蚤跳跃的方式——弹弓式跳跃。跳蚤在跳跃时通过将足尖拉紧蹬地的方式，把两只大腿弯曲紧绷形成了一个弹弓形状。当跳蚤的大腿不再向收缩下压的时候，它就会以极快的速度弹射出去。跳蚤跳跃时仅仅足尖接触到地面。这种跳跃方式作为辅具的助跳方式可以大幅度增加跳跃的高度，并减少蓄能阶段的能量消耗。落下时附足和各个下肢联动收缩，两个液压缓冲支撑杆根据距离传感器信号控制液压缓冲支撑杆缓冲收缩。根据操作者意念和三轴陀螺仪反馈的跳跃姿态信息，液压缓冲坐垫内部的总控制系统控制系统，自动协调控制双腿的各个下肢一、下肢二、下肢三和平衡翅，保持跳跃的方向和安全平稳。

第四步，结束后，调节高度，使操作者能够从液压缓冲坐垫上下来，按照步骤一反向结束各个操作，最后操作者离开液压缓冲坐垫下来，关闭装置的总电源。

上述技术方案中，所述三轴陀螺仪模块的信号处理器的输出采用有线方式时，信号线能够在平衡翅传动杆接头上安装和拆卸；所述三轴陀螺仪模块的三轴陀螺仪包含陀螺仪帧，万象坐标系，旋转轴，转子和陀螺仪固定轴。

上述技术方案中，所述下肢连接带具有弹性和高强度，设计保证了双腿能够在安全的一定限度内分叉不平行。所述上肢连接带上加工安装有安全紧固装置；所述两根液压缓冲支撑杆上都加工安装有安全紧固装置；所述两个固定脚垫上都加工安装有安全紧固装置。设计有利于操作者的安全保护。

上述技术方案中，所述左右两个上护壳支撑杆配备的控制手柄或控制按钮是有线的或者是无线的；所述上护壳全透明的，或者前方180度范围内是透明的，以利于保障操作者有良好的视野。

上述技术方案中，所述三轴陀螺仪模块的信号处理器能够接收三轴陀螺仪的信号，操作者的意念机的大脑意念信号，和距离传感器的信号，并传输给液压缓冲坐垫内部的总控制系统。总控制系统承担总协调控制装置跳跃的躯干部分和下肢部分的各个功能部件及其工作。例如协调控制装置跳跃的附足、绞动关节、下肢一、下肢二、下肢三、液压缓冲支撑杆、可调固定轴，驱动转轴、平衡翅各个功能部件的工作。

上述技术方案中，所述下肢各部分的长度比例尺寸，优选的比例尺寸为：附足∶下肢一∶下肢二∶连接杆∶下肢三= 5~6∶3~5∶4~5∶1∶6~9。

本发明技术特点是操作方便、又有专业性。本发明有下列有益效果：（1）空中稳定性高。引入了三轴陀螺仪增强整个生物辅具的稳定性；（2）落地平稳。设计中加入平衡翅稳定空中以及落地姿态；（3）弹跳高度高。在辅助跳跃的方式上采用跳蚤的弹弓式跳跃。

附图说明

图1为本发明的仿生跳蚤腿的结构示意图。

图2为本发明的腰部与下肢部分的结构示意图。

图3为本发明的整体侧视结构示意图。

图4为本发明的没装上护壳的侧正面立体结构示意图。

图5为本发明的没装上护壳的侧背面立体结构示意图。

图6为本发明的整体侧正面立体结构示意图。

图7为本发明的整体侧背面立体结构示意图。

图8为本发明的三轴陀螺仪的立体结构示意图。

图中：1.附足，2.绞动关节，3.下肢一，4.下肢二，5.连接杆，6.下肢三，7.液压缓冲垫，8.固定旋转轴，9.中护壳，10.液压缓冲支撑杆，11.下肢连接带，12.固定脚垫，13.上护壳，14.平衡翅，15.平衡翅传动杆接头，16.距离传感器；17.可调固定轴，18.上护壳支撑杆，19.三轴陀螺仪模块，20.上肢连接带，21.驱动转轴；25.躯干部分，26.下肢部分；30.陀螺仪帧，31.万象坐标系，32.旋转轴，33.转子，34.陀螺仪固定轴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步对本发明加以说明。

参照图1至图8的形状结构，一种仿生跳蚤跳跃辅助装置的使用方法，其特征在于。

第一步，调整。本装置静态处于之字形蜷缩状态，开通总电源，通过上护壳支撑杆18安装的控制面板或手柄或按钮，调节高度，使操作者能够坐在液压缓冲坐垫7上，双脚放在固定脚垫12上。调节上护壳支撑杆18的可调固定轴17和驱动转轴21，使上护壳13高度和上肢连接带20长度适合操作者，固定可调固定轴17和上肢连接带20。安装好采用有线方式的三轴陀螺仪模块19信号处理器的信号线。

第二步，准备启动。将操作者身体腰身上部紧固在上肢连接带20的安全紧固装置内；将操作者身体下部的两条腿和脚，紧固在两根液压缓冲支撑杆10和固定脚垫12的安全紧固装置内；操作者带好意念机，手握好控制器，将上护壳13安装固定。

第三步，按动启动按钮，瞬时附足1和各个下肢联动伸直将装置弹起。落下时附足1和各个下肢联动收缩，两个液压缓冲支撑杆10根据距离传感器16信号控制液压缓冲支撑杆10缓冲收缩；根据操作者意念和三轴陀螺仪反馈的跳跃姿态信息，液压缓冲坐垫7内部的总控制系统控制系统，自动协调控制双腿的各个下肢一3、下肢二4、下肢三6和平衡翅14，保持跳跃的方向和安全平稳。

第四步，结束后，调节高度，使操作者能够从液压缓冲坐垫7上下来。按照步骤一顺序的反向顺序操作，结束各个操作，最后操作者离开液压缓冲坐垫7下来，关闭装置的总电源。

Claims (6)

1.一种仿生跳蚤跳跃辅助装置的使用方法，所使用的装置主要由躯干部分（25）和下肢部分（26）两部分组成；下肢部分（26）包括一对仿生跳蚤的双腿和两根液压缓冲支撑杆（10）；每条腿由下到上首先是水平接触地面的附足（1），两个附足（1）未连接的一端朝向是装置的背面朝向；每个附足（1）的另外一端，也就是装置的正面朝向，都各自通过绞动关节（2）连接一个倾斜水平面的下肢一（3）的一端；下肢一（3）的另外一端通过绞动关节（2）连接倾斜方向相反的下肢二（4）的一端，下肢二（4）的另外一端通过绞动关节（2）与一个垂直的连接杆（5）的一端相连，连接杆（5）的另外一端通过绞动关节（2）与下肢二（4）倾斜方向相反的下肢三（6）的一端相连；下肢三（6）的另一端通过绞动关节（2）固定在躯干部分（25）的固定旋转轴（8）上；上述下肢一（3）、下肢二（4）、下肢三（6）的侧面都在一个平面内呈之字形，两条腿的一对下肢一（3）、下肢二（4）、下肢三（6）的侧面呈在两个相互平行平面内的之字形空间排布；上述下肢一（3）、下肢二（4）、下肢三（6）的每一个下肢内部都安装有气动缸或液压装置，气动缸或液压装置两头安装绞动关节（2），形成双关节机构形式的气动缸或液压装置；两条腿的下肢三（6）的上端绞动关节（2）与躯干部分（25）的液压缓冲坐垫（7），共同安装在整个装置的躯干部分（25）与下肢部分（26）相当于腰部的连接处，通过固定旋转轴（8）固定保持排列在同一水平线上；固定旋转轴（8）将液压缓冲坐垫（7）固定在最中间，然后左右两边各固定左右两个仿生跳蚤腿，在固定旋转轴（8）的两个端头处安装固定有一条圆弧形腰带状的金属质的中护壳（9）；固定旋转轴（8）在中护壳（9）外的两个端头处还各加工有一个平衡翅传动杆接头（15），两个平衡翅传动杆接头（15）各连接有一个平衡翅（14）；平衡翅传动杆接头（15）内部安装有平衡翅（14）的微动力装置；所述液压缓冲坐垫（7）呈圆形或两椭圆瓣花瓣形状，内部安装有本装置的总电源和总控制系统；在液压缓冲坐垫（7）圆形的平行固定旋转轴（8）的直径下面，或花瓣形状的两椭圆瓣中心，对称连接有两根垂直向下的、在防生跳蚤双腿之间的液压缓冲支撑杆（10）；左右两个液压缓冲支撑杆（10）的杆的中间部位，各自安装有一条下肢连接带（11），下肢连接带（11）的一端固定在液压缓冲支撑杆（10）上，另外一端固定于各自靠近的一条腿的下肢二（4）的内侧；每个液压缓冲支撑杆（10）的杆下部固定安装有固定脚垫（12），每个液压缓冲支撑杆（10）垂直朝下的底端处都安装有距离传感器（16）；躯干部分（25）还包括有上护壳支撑杆（18）、上护壳（13）、上肢连接带（20）和三轴陀螺仪模块（19）；上护壳支撑杆（18）分为左右两个、沿平行于固定旋转轴（8）对称排列地安装在液压缓冲坐垫（7）向上一面的左右两边；上护壳支撑杆（18）分为上下两段，下半段的底端头通过可调固定轴（17）与液压缓冲坐垫（7）固定连接，下半段的上端头通过驱动转轴（21）与上护壳支撑杆（18）的上半段相连；在每个上护壳支撑杆（18）的上半段各自安装有一个三轴陀螺仪模块（19），三轴陀螺仪模块（19）包含三轴陀螺仪，信号处理器；三轴陀螺仪模块（19）的信号处理器能够通过有线或无线信号控制可调固定轴（17），驱动转轴（21），平衡翅（14）的微动力装置，和液压缓冲支撑杆（10）；左右两个上护壳支撑杆（18）都安装有本装置的控制面板，配备有控制手柄或控制按钮；两个上护壳支撑杆（18）的上半段的顶端共同支撑安装有一个能够拆卸的蛋形帽子形状的上护壳（13）；蛋形帽子形状的上护壳（13）的圆形底端与中护壳（9）的上端保持5~30mm间隙配合在一起，上护壳（13）外径大于中护壳（9）外径，上护壳（13）套在中护壳（9）之上；在上护壳支撑杆（18）的上半段向后的方向还安装有一个连接两个上护壳支撑杆（18）的半圆弧形的上肢连接带（20），上肢连接带（20）能够伸缩固定；所述的一种仿生跳蚤跳跃辅助装置的使用方法，其特征在于：

第一步，调整，本装置静态处于之字形蜷缩状态，开通总电源，通过上护壳支撑杆（18）安装的控制面板或手柄或按钮，调节高度，使操作者能够坐在液压缓冲坐垫（7）上，双脚放在固定脚垫（12）上；调节上护壳支撑杆（18）的可调固定轴（17）和驱动转轴（21），使上护壳（13）高度和上肢连接带（20）长度适合操作者，固定可调固定轴（17）和上肢连接带（20）；安装好采用有线方式的三轴陀螺仪模块（19）信号处理器的信号线；

第二步，准备启动，将操作者身体腰身上部紧固在上肢连接带（20）的安全紧固装置内；将操作者身体下部的两条腿和脚，紧固在两根液压缓冲支撑杆（10）和固定脚垫（12）的安全紧固装置内；操作者带好意念机，手握好控制器，将上护壳（13）安装固定；

第三步，按动启动按钮，瞬时附足（1）和各个下肢联动伸直将装置弹起；落下时附足（1）和各个下肢联动收缩，两个液压缓冲支撑杆（10）根据距离传感器（16）信号控制液压缓冲支撑杆（10）缓冲收缩；根据操作者意念和三轴陀螺仪反馈的跳跃姿态信息，液压缓冲坐垫（7）内部的总控制系统控制系统，自动协调控制双腿的各个下肢一（3）、下肢二（4）、下肢三（6）和平衡翅（14），保持跳跃的方向和安全平稳；

第四步，结束后，调节高度，使操作者能够从液压缓冲坐垫（7）上下来，按照步骤一反顺序操作，结束各个操作，最后操作者离开液压缓冲坐垫（7）下来，关闭装置的总电源。

2.根据权利要求1所述的一种仿生跳蚤跳跃辅助装置的使用方法，其特征在于：所述三轴陀螺仪模块（19）信号处理器的输出采用有线方式时，信号线能够在平衡翅传动杆接头（15）上安装和拆卸；所述三轴陀螺仪模块（19）的三轴陀螺仪包含陀螺仪帧（30），万象坐标系（31），旋转轴（32），转子（33）和陀螺仪固定轴（34）。

3.根据权利要求1所述的一种仿生跳蚤跳跃辅助装置的使用方法，其特征在于：所述下肢连接带（11）具有弹性和高强度；所述上肢连接带（20）上加工安装有安全紧固装置；所述两根液压缓冲支撑杆（10）上都加工安装有安全紧固装置；所述两个固定脚垫（12）上都加工安装有安全紧固装置。

4.根据权利要求1所述的一种仿生跳蚤跳跃辅助装置的使用方法，其特征在于：所述左右两个上护壳支撑杆（18）配备的控制手柄或控制按钮是有线的或者是无线的；所述上护壳（13）全透明的，或者前方180度范围内是透明的。

5.根据权利要求1所述的一种仿生跳蚤跳跃辅助装置的使用方法，其特征在于：所述三轴陀螺仪模块（19）的信号处理器能够接收三轴陀螺仪的信号，操作者的意念机的大脑意念信号，和距离传感器（16）的信号，并传输给液压缓冲坐垫（7）内部的总控制系统，总控制系统承担总协调控制装置跳跃的躯干部分（25）和下肢部分（26）的各个功能部件及其工作。

6.根据权利要求1所述的一种仿生跳蚤跳跃辅助装置的使用方法，其特征在于：所述下肢部分（26）的长度比例尺寸为，附足（1）∶下肢一（3）∶下肢二（4）∶连接杆（5）∶下肢三（6） =5~6∶3~5∶4~5∶1∶6~9。

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