CN108773427B - 一种跳跃机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种跳跃机器人，包括前腿机构、后腿跳跃机构、机体和驱动机构。前腿机构包括设置在机体底部的四条前腿支撑杆，用于着陆支撑机器人；后腿跳跃机构包括后腿连接杆、后腿支撑杆A、后腿支撑杆B、后脚掌、滚轮固定架和钢丝滚轮；钢丝绳的一端与后腿支撑杆A连接，另一端通过钢丝滚轮与驱动机构连接；驱动机构采用气动肌肉为机器人跳跃提供驱动力，驱动机构借助对钢丝绳的拉动作用，实现对后腿跳跃机构的动作控制。与现有技术相比，采用气动肌肉作为驱动器，能够提供强劲的动力，同时避免了电机驱动所需的复杂的齿轮机构。将气动肌肉布置在机体上，减少了后腿运动时的转动惯量，利于后腿的精确控制，同时也减轻了后腿跳跃的负载。

Description

一种跳跃机器人

技术领域

本发明属于机器人领域，具体涉及一种跳跃机器人。

背景技术

随着机器人技术的不断发展，跳跃机器人在面临复杂的地形时能够发挥出轮式或履带式机器人所不具备的强大的跳跃能力，跳跃机器人利用跳跃运动前进，具有移动速度快、越障能力强、地形适应能力强的特点。然而现有跳跃机器人的弹跳机构多使用电机驱动，需要配合齿轮、棘轮、带传动等动力传递机构，虽然也可以完成一定的跳跃动作，但所用驱动机构过于复杂笨重，跳跃能力十分有限，而且容易出现卡死现象。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有跳跃机器人的弹跳机构采用齿轮、棘轮、带传动等动力传递机构，驱动机构过于复杂笨重、跳跃能力有限、容易出现卡死的问题，进而提供一种气动肌肉驱动的跳跃机器人。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：一种跳跃机器人，包括前腿机构、后腿跳跃机构、机体和驱动机构。

所述前腿机构包括前腿支撑杆，所述前腿支撑杆固定设置在机体底部。

所述后腿跳跃机构包括后腿连接杆、后腿支撑杆A、后腿支撑杆B、后脚掌、滚轮固定架和钢丝滚轮，所述后腿连接杆的一端铰接在机体的一侧，在靠近所述后腿连接杆的另一端设有安装孔，所述后腿支撑杆A穿过安装孔通过铰接轴与扭簧铰接在所述后腿连接杆上，所述后腿支撑杆B铰接在所述后腿连接杆的另一端；所述后腿支撑杆A、后腿支撑杆B的另一端分别与所述后脚掌铰接；所述后腿连接杆上设有滚轮固定架，所述钢丝滚轮连接在所述滚轮固定架上。

所述机体包括一体成型的机体底板和机体侧板，所述机体底板、机体侧板上分别设有滚轮固定架，钢丝滚轮连接在所述滚轮固定架上；所述机体侧板上沿其长度方向开设有预设长度的第一滑行孔。

所述驱动机构包括气动肌肉、肌肉固定件和固定支架，所述固定支架固定连接在所述机体底板上，且与所述机体侧板的长度平行，所述固定支架上开设有一与所述机体侧板上的第一滑行孔相对应的第二滑行孔；所述气动肌肉的固定端通过肌肉固定件固定在所述机体侧板与固定支架之间，所述气动肌肉的伸缩端在所述机体侧板与固定支架上分别开设的第一滑行孔、第二滑行孔之间进行伸缩运动。钢丝绳的一端与所述后腿支撑杆A连接，另一端通过钢丝滚轮与所述气动肌肉的伸缩端连接。

进一步的，所述前腿机构还包括弹簧、前脚掌，所述弹簧的一端与前腿支撑杆固定，另一端与前脚掌固定。

进一步的，所述后腿支撑杆A上间隔设有两个连接了钢丝滚轮的滚轮固定架。

进一步的，所述前腿机构为两个，分别对称设置在所述机体底板的下部；所述后腿跳跃机构为两个，分别对称设置在所述机体侧板上；所述驱动机构为两个，分别对称设置在所述机体底板的上部。

进一步的，还包括两个平行设置在所述机体底部的前腿机构，并与另外两个前腿机构成120°。

进一步的，还包括橡胶垫，所述橡胶垫粘附在所述后脚掌的下端面上。

本发明的有益之处在于：

1、相比于现有技术采用齿轮、棘轮、带传动等动力传递机构，驱动机构过于复杂笨重的缺点，本发明采用气动肌肉并通过钢丝绳为机器人跳跃提供动力，具有输出力大、结构简单的优点。

2、将驱动机构的气动肌肉布置在机体上，相比于现有技术通常采用的将驱动机构布置在机器人后腿上，减少了后腿运动时的转动惯量，有利于后腿的精确控制，同时也减轻了后腿跳跃的负载。

3、前腿机构由前腿支撑杆、弹簧和前脚掌构成，弹簧结构为机器人跳跃完成后的落地运动提供了缓冲作用，可减少地面冲击力对机器人的损伤。

附图说明

图1为本发明所涉及机器人的整体结构示意图。

图2为本发明所涉及机器人的前腿机构的结构示意图。

图3为本发明所涉及机器人的后腿跳跃机构的结构示意图。

图4为图3中A部分的局部放大示意图。

图5为本发明所涉及机器人的机体的结构示意图。

图6为图5中B部分的局部放大示意图。

图7为本发明所涉及机器人的驱动机构的结构示意图。

附图中标记的含义如下：1：前腿机构，2：后腿跳跃机构，3：机体，4：驱动机构，5：前腿支撑杆，6：弹簧，7：前脚掌，8：后腿连接杆，9：后腿支撑杆A，10：后腿支撑杆B，11：后脚掌，12：第一铰接轴，13：第二铰接轴，14：扭簧，15：第三铰接轴，16：第四铰接轴，17：钢丝绳，18：钢丝滚轮，19：滚轮固定架，20：机体底板，21：机体侧板，22：第一滑行孔，23：气动肌肉，24：肌肉固定件，25：固定支架，26：连接件，27：第二滑行孔。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

一种跳跃机器人，包括前腿机构1、后腿跳跃机构2、机体3和驱动机构4。

前腿机构1包括前腿支撑杆5，前腿支撑杆5固定设置在机体3的底部，前腿支撑杆5可通过焊接的方式连接到机体3的底部。

后腿跳跃机构2包括后腿连接杆8、后腿支撑杆A9、后腿支撑杆B10、后脚掌11、滚轮固定架19和钢丝滚轮18，后腿连接杆8的一端铰接在机体3的一侧，在靠近后腿连接杆8的另一端设有安装孔，后腿支撑杆A9穿过安装孔，并通过第一铰接轴12铰接在后腿连接杆8上，第一铰接轴12上套有扭簧14，后腿支撑杆B10通过第二铰接轴13与后腿连接杆8的另一端铰接；后腿支撑杆A9的另一端通过第三铰接轴15与后脚掌11铰接，后腿支撑杆B10的另一端通过第四铰接轴16与后脚掌11铰接。后腿连接杆8上设有滚轮固定架19，钢丝滚轮18连接在滚轮固定架上19。

机体3包括一体成型的机体底板20和机体侧板21，机体侧板21对应设置在机体底板20的两侧，形成一个机体框架。机体侧板21的内外侧分别设有滚轮固定架19，钢丝滚轮18连接在滚轮固定架19上，机体底板20上设有连接了钢丝滚轮18的滚轮固定架19。机体侧板21上沿其长度方向开设有预设长度的第一滑行孔22。

驱动机构4包括气动肌肉23、肌肉固定件24和固定支架25，气动肌肉23为可伸缩气动肌肉，固定支架25通过连接件26固定连接在机体底板20上，其布置方向与机体侧板21的长度方向平行，固定支架25上开设有一与机体侧板21上的第一滑行孔22相对应的第二滑行孔27；气动肌肉23的固定端通过肌肉固定件24固定在机体侧板21与固定支架25之间，气动肌肉23的伸缩端在机体侧板21与固定支架25上分别开设的第一滑行孔22、第二滑行孔27之间进行伸缩运动，第一滑行孔22、第二滑行孔27均沿气动肌肉23伸缩运动的长度方向设置。

钢丝绳17的一端与后腿支撑杆A9连接，而后通过后腿连接杆8、机体侧板21以及机体底板20上的钢丝滚轮18实现与气动肌肉23的伸缩端连接。气动肌肉23在第一滑行孔22和第二滑行孔27之间进行伸缩运动，带动钢丝绳17拉动后腿支撑杆A9，从而实现对后腿跳跃机构2的动作控制。

作为本发明的进一步改进，前腿机构1还包括弹簧6、前脚掌7，弹簧6的一端与前腿支撑杆5固定，另一端与前脚掌7固定。通过在前腿机构1中增设弹簧6，为机器人跳跃完成后的着陆运动提供缓冲作用，可有效减少地面冲击力对机器人的损伤。

其中，前腿机构1为两个，分别对称设置在机体底板20的下部；后腿跳跃机构2为两个，分别对称设置在机体侧板21上；驱动机构3为两个，分别对称设置在机体底板20的上部。两个驱动机构3分别为对应侧的后腿跳跃机构2提供驱动力。

为了进一步提高机器人着陆后的稳定性，本发明又增设了两个平行设置在机体底板20下部的前腿机构1，并与另外两个前腿机构1成120°。

机器人在进行完成跳跃着陆后，为了缓冲地面对机器人的冲击力，使机器人稳定着陆，在两个后脚掌11的下端面上粘附橡胶垫。

本发明的一种跳跃机器人的工作过程具体如下：

机器人调整起跳姿势：首先给气动肌肉23通入一定的压缩空气，气动肌肉23的伸缩端收缩产生收缩力，通过钢丝绳17拉动后腿支撑杆A9转动，此时由后腿连接杆8、后腿支撑杆A9、后腿支撑杆B10以及后脚掌11组成的四边形结构内部角度发生改变，即后腿支撑杆A9、后腿支撑杆B10与后脚掌11之间的夹角发生改变，从而使机器人后腿的姿势发生改变，为起跳做准备。

机器人起跳：给气动肌肉23通入阶跃形式的压缩空气，即瞬时冲入一定气压的压缩空气，气动肌肉23突然收缩产生收缩力，通过钢丝绳17拉动后腿支撑杆A9运动，对后脚掌11产生较大的作用力，后脚掌11将此作用力传递给地面，地面对机器人产生较大的反作用力，通过此反作用力的施加，实现机器人的跳跃运动。

机器人着陆：在腾空阶段，气动肌肉23恢复一定长度，后腿跳跃机构3在扭簧14和气动肌肉23的共同作用下，进行姿态的调整，为着陆做准备。着陆时，前腿机构1首先着陆，接着后腿跳跃机构2着陆。在此过程中，气动肌肉23不断调整伸缩长度，调整机器人的落地姿势。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种跳跃机器人，包括前腿机构（1）、后腿跳跃机构（2）、机体（3）和驱动机构（4），其特征在于：

所述前腿机构（1）包括前腿支撑杆（5），所述前腿支撑杆（5）固定设置在所述机体（3）底部；

所述后腿跳跃机构（2）包括后腿连接杆（8）、后腿支撑杆A（9）、后腿支撑杆B（10）、后脚掌（11）、滚轮固定架（19）和钢丝滚轮（18），所述后腿连接杆（8）的一端铰接在所述机体（3）的一侧，在靠近所述后腿连接杆（8）的另一端设有安装孔，所述后腿支撑杆A（9）穿过安装孔通过铰接轴铰接在后腿连接杆（8）上，且铰接轴上套有扭簧（14），所述后腿支撑杆B（10）铰接在所述后腿连接杆（8）的另一端；所述后腿支撑杆A（9）、后腿支撑杆B（10）的另一端分别与所述后脚掌（11）铰接；所述后腿连接杆（8）上设有滚轮固定架（19），所述钢丝滚轮（18）连接在所述滚轮固定架（19）上；

所述机体（3）包括一体成型的机体底板（20）和机体侧板（21），所述机体底板（20）、机体侧板（21）上分别设有滚轮固定架（19），钢丝滚轮（18）连接在所述滚轮固定架（19）上；所述机体侧板（21）上沿其长度方向开设有预设长度的第一滑行孔（22）；

所述驱动机构（4）包括气动肌肉（23）、肌肉固定件（24）和固定支架（25），所述固定支架（25）固定连接在所述机体底板（20）上，且与所述机体侧板（21）的长度方向平行，所述固定支架（25）上开设有一与机体侧板（21）上的第一滑行孔（22）相对应的第二滑行孔（27）；所述气动肌肉（23）的固定端通过肌肉固定件（24）固定在所述机体侧板（21）与固定支架（25）之间，所述气动肌肉（23）的伸缩端在机体侧板（21）与固定支架（25）上分别开设的第一滑行孔（22）、第二滑行孔（27）之间进行伸缩运动，钢丝绳（17）的一端与所述后腿支撑杆A（9）连接，另一端通过钢丝滚轮（18）与所述气动肌肉（23）的伸缩端连接；

所述前腿机构（1）为两个，分别对称设置在所述机体底板（20）的下部；所述后腿跳跃机构（2）为两个，分别对称设置在所述机体侧板（21）上；所述驱动机构（4）为两个，分别对称设置在所述机体底板（20）的上部；

还包括两个平行设置在所述机体底板（20）下部的前腿机构（1），并与另外两个前腿机构（1）成120°。

2.根据权利要求1所述的一种跳跃机器人，其特征在于，所述前腿机构（1）还包括弹簧（6）、前脚掌（7），所述弹簧（6）的一端与所述前腿支撑杆（5）固定，另一端与所述前脚掌（7）固定。

3.根据权利要求1所述的一种跳跃机器人，其特征在于，所述后腿支撑杆A（9）上间隔设有两个连接了钢丝滚轮（18）的滚轮固定架（19）。

4.根据权利要求1所述一种跳跃机器人，其特征在于，还包括橡胶垫，所述橡胶垫粘附在所述后脚掌（11）的下端面上。