CN107600210A - 连续跳跃仿生机器人及其跳跃方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连续跳跃仿生机器人及其跳跃方法，属机器人技术领域。它包括前支架（1），躯干主体，大腿（8），小腿（13），扭簧（11）：其中躯干主体包括外壳（5），内壳（7），内衬（6），减速电机（3），电机支架（4），转钩（16），拉栓（17），支撑柱（18）。小腿上安装滑块（12），滑块通过拉绳（9）与拉栓（17）相连。本发明可以实现起跳、着陆、连续跳跃的动作，结构简单，控制容易，易于组装。

Description

连续跳跃仿生机器人及其跳跃方法

技术领域

本发明涉及跳跃机器人的技术领域，特别涉及连续跳跃仿生机器人及其跳跃方法。

技术背景

目前，随着机器人应用范围日益广阔，人们希望机器人有一定的越障能力，能够在典型复杂的环境中工作，包括野外勘探、抢险救援、星球探索等。采用跳跃模式运动的机器人越障能力强，有较强的地形适应能力，可以满足相应需求。

目前，国内外发明出许多跳跃机器人，比如哈尔滨工业大学的仿青蛙跳跃机器人；以色列特拉维夫大学的仿蝗虫跳跃机器人。这些机器人都能实现一定的爬行能力，但也存在一些不足：

（1）结构与控制相对复杂，成本较高。

（2）无法自行蓄能和稳定降落，不能实现连续跳跃。

发明内容

基于上述背景，本发明提供了一种能够连续跳跃仿生机器人及其跳跃方法。

一种基于扭簧可以进行连续跳跃的仿生跳跃机器人,包括躯干主体，躯干主体包括固定在外壳内的内壳和内衬；其中内壳中间为圆柱形空腔，内衬位于该圆柱形空腔内，内衬与内壳之间留有左右贯通的轨道空间；内衬截面的轮廓为两条弧线拼接组成，其中一条弧线是内壳的圆柱形空腔的同心圆弧线，该圆弧线对应的内衬部分与内壳之间形成的轨道空间为一段圆弧形轨道，另一条弧线对应的内衬部分与内壳之间形成的轨道空间为一段月牙形轨道；导轨空间内安装有一拉栓；所述月牙形轨道可以减小释放时拉栓所受的轨道摩擦阻力，同时保证释放后拉栓能回归初始位置；拉栓在轨道中运动，通过拉绳与滑块相连。

上述内壳由左、右两个相对固定的内壳片组成，且两个内壳片之间留有间隙；上述内衬由左、右两个相对固定的内衬片组成，且两个内衬片之间留有间隙；外壳的左右两边外侧均分别有减速电机，减速电机的电机轴向内侧穿过相应侧的外壳及相应侧的内衬片，之后安装有转钩；左、右两个内衬片之间共有左、右两个安装角完全相同的转钩；左、右两个转钩分别与上述拉栓的左右两端配合；所述转钩转动时可以推动拴柱绕轨道运动，进而通过拉绳带动滑块拉动小腿，完成扭簧蓄能和释放。

上述躯干主体前端安装有前支架，后端安装有弹跳腿，其中弹跳腿由大腿、小腿、扭簧和滑块组成；其中大腿和小腿通过扭簧相连，滑块安装于小腿上可沿小腿滑动；该滑块通过拉绳与上述拉栓相连。所述滑块可以保证小腿的相对行程与拴柱的行程相同，使得拉绳处于绷直状态，通过杠杆原理增大行程减小拉栓的受力。

所述的基于扭簧可以进行连续跳跃的仿生跳跃机器人的跳跃方法，其特征在于包括以下过程：

机器人在前支架的作用下保持站立；

通过无线遥控开关对相并联的两个减速电机进行转停控制，减速电机带动转钩转动，同时推动拉栓沿轨道运动；当拉栓从圆弧形轨道转动到月牙形轨道时，拉栓在拉绳的作用下迅速回到初始位置；此时小腿向机身后方弹出，推动机器人整体向前跳跃；

着落时在前支架的作用下，整体姿态保持稳定，机器人站立，继续下一个跳跃。所述前支架通过套筒与外壳相连，可以提供支撑和缓冲的效果。

所述的基于扭簧可以进行连续跳跃的仿生跳跃机器人，其特征在于：上述内壳和内衬通过垫圈粘连并固定在外壳内。所述结构可以保证内壳和内衬处于同一平面，提高拉栓在轨道中运动的稳定性。

所述的基于扭簧可以进行连续跳跃的仿生跳跃机器人，其特征在于：上述外壳为镂空结构。所述结构在保证机器人本身强度的同时，减小机身质量，提高跳跃能力。

本发明的优势在于：机身大量采用碳纤维板制作，同时辅以镂空结构，保证结构强度，也减轻了机身重量。连接块、滑块和底座通过3D打印制成，加工方便。轨道下侧呈月牙形，空隙较大，减小了跳跃瞬间的摩擦阻力；拉栓可以在轨道中运动，保证了机构具有连续跳跃的能力。滑块的设计可以保证小腿有足够的行程为扭簧蓄能，同时使拉栓的受力最小。前支架的设计保证了着陆的稳定性。机器人结构简单，易于组装，跳跃稳定，控制容易。

附图说明

图1是本发明的机构示意图

图2是去除左侧外壳后的机构示意图

图3是去除左侧外壳、内壳、内衬的机构示意图

图4是本发明的主视图和俯视图

图5是转钩示意图

图6是拉栓示意图

图7是滑块示意图

图中标号名称：1.前支架，2.套筒，3.减速电机，4.电机支架，5.外壳，6.内衬，7.内壳，8.大腿，9.拉绳，10.连接块，11.扭簧，12.滑块，13.小腿，14.底座，15.垫圈，16.转钩，17.拉栓，18.支撑柱, 19.圆弧形轨道，20.月牙形轨道。

具体实施方式

为了进一步说明本发明的技术要点，下面将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，为基于扭簧可以进行连续跳跃的仿生跳跃机器人设计图，机器人由前支架1，躯干主体，大腿8，小腿13，扭簧11和底座组成。躯干主体由外壳5，内壳7，内衬6，减速电机3，电机支架4，转钩16，拉栓17，支撑柱18组成。外壳5和内壳7通过支撑柱18左右对称安装，减速电机2通过电机架4安装于躯干主体两侧。如图2所示，内衬6通过垫圈15粘连在外壳上，内衬6、垫圈15和外壳5上均开有小孔，方便对齐，同时留有轨道间隙能够保证拉栓17运动。轨道的宽度大于拉栓中间圆柱的直径，小于拉栓两侧圆板的直径，这样的设计可以保证拉栓能够在轨道中稳定运动；轨道分为两段，一段为圆弧形轨道19，另一段为月牙形轨道20，这样的设计可以使得拉栓17运动到此处时可在拉绳9的拉动下回到原位，同时减小了这一过程中所受的轨道摩擦阻力。如图3所示，转钩16安装在减速电机3轴上，转钩的长度略微大于轨道的直径，其两端钩子的凹槽略大于拉栓中间圆柱的直径，以保证能够成功推动拉栓在轨道中运动；转钩16贴着内衬6内侧安装，左右两个转钩安装角度相同，且二者中间留有一定距离保证拉绳的正常运动，如图4中俯视图所示。

如图1所示，机器人的前支架1通过套筒2粘连在外壳5上，前支架水平与竖直方向保持垂直，前端向外分叉，以确保在起跳与着陆在水平方向的稳定性。

如图1所示，机器人的大腿8通过套筒2粘连在外壳5上，大腿8另一侧通过固定块10与扭簧11相连。扭簧11两端连接固定块10，固定块10又分别与大腿8，小腿13相连，小腿13另一端与底座14相连。滑块12可在小腿13上滑动，增大了小腿在拉绳带动下的摆动幅度，同时也减小了转钩的受力即减速电机的负载。

关于电源与控制：整个机器人由两个减速电机驱动，两个减速电机并联后与微型无线控制模块相连，通过无线遥控开关进行转停控制。控制系统接入9V直流电，由3个3.7伏微型锂电池串联供电。

关于跳跃过程：机器人在前支架的作用下保持站立，通过无线遥控开关对减速电机进行转停控制，减速电机带动转钩转动，同时推动拉栓沿轨道反向运动，如图1中逆时针方向。当拉栓转动到轨道月牙形间隙时，拉栓在拉绳的作用下迅速回到初始位置；此时小腿向机身后方弹出，推动机器人整体向前跳跃。着落时在前支架的作用，整体姿态保持稳定，机器人站立，继续下一个跳跃。

Claims (10)

1.一种连续跳跃仿生机器人，其特征在于：

包括躯干主体，躯干主体包括固定在外壳（5）内的内壳（7）和内衬（6）；其中内壳（7）中间为圆柱形空腔，内衬（6）位于该圆柱形空腔内，内衬与内壳之间留有左右贯通的轨道空间；内衬截面的轮廓为两条弧线拼接组成，其中一条弧线是内壳的圆柱形空腔的同心圆弧线，该圆弧线对应的内衬部分与内壳之间形成的轨道空间为一段圆弧形轨道（19），另一条弧线对应的内衬部分与内壳之间形成的轨道空间为一段月牙形轨道（20）；导轨空间内安装有一拉栓（17）；

上述内壳（7）由左、右两个相对固定的内壳片组成，且两个内壳片之间留有间隙；上述内衬（6）由左、右两个相对固定的内衬片组成，且两个内衬片之间留有间隙；外壳（5）的左右两边外侧均分别有减速电机（3），减速电机（3）的电机轴向内侧穿过相应侧的外壳及相应侧的内衬片，之后安装有转钩（16）；左、右两个内衬片之间共有左、右两个安装角完全相同的转钩；左、右两个转钩分别与上述拉栓（17）的左右两端配合；

上述躯干主体前端安装有前支架（1），后端安装有弹跳腿，其中弹跳腿由大腿（8）、小腿（13）、扭簧（11）和滑块（12）组成；其中大腿（8）和小腿（13）通过扭簧（11）相连，滑块（12）安装于小腿上可沿小腿滑动；该滑块（12）通过拉绳（9）与上述拉栓（17）相连。

2.根据权利要求1所述的连续跳跃仿生机器人，其特征在于：上述内壳（7）和内衬（6）通过垫圈（15）粘连并固定在外壳（5）内。

3.根据权利要求1所述的连续跳跃仿生机器人，其特征在于：上述外壳（5）为镂空结构。

4.根据权利要求1所述的连续跳跃仿生机器人，其特征在于：上述扭簧（11）通过连接块（10）分别与大腿（8）和小腿（13）相连。

5.根据权利要求1所述的连续跳跃仿生机器人，其特征在于：上述减速电机（3）通过电机支架（4）安装在外壳（5）上。

6.根据权利要求1所述的连续跳跃仿生机器人，其特征在于：上述大腿（8）通过套筒粘连在外壳（5）上。

7.根据权利要求1所述的连续跳跃仿生机器人，其特征在于：上述前支架（1）通过套筒与外壳（5）相连。

8.根据权利要求1所述的连续跳跃仿生机器人，其特征在于：：上述左、右两个内壳片之间通过支撑柱（18）相连。

9.根据权利要求1所述的连续跳跃仿生机器人，其特征在于：上述小腿（13）末端安装有底座（14）。

10.根据权利要求1所述的连续跳跃仿生机器人的跳跃方法，其特征在于包括以下过程：

机器人在前支架的作用下保持站立；

通过无线遥控开关对相并联的两个减速电机进行转停控制，减速电机带动转钩转动，同时推动拉栓沿轨道运动；当拉栓从圆弧形轨道（19）转动到月牙形轨道（20）时，拉栓在拉绳（9）的作用下迅速回到初始位置；此时小腿向机身后方弹出，推动机器人整体向前跳跃；

着落时在前支架的作用下，整体姿态保持稳定，机器人站立，继续下一个跳跃。