CN113650693B - 一种具有空中稳定姿态的微型跳跃装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有空中稳定姿态的微型跳跃装置，其包括跳跃主体、支撑主体、SMA弹簧和SMA板簧，其中跳跃主体包括两个相同的下腿板和两个相同的上腿板；支撑主体包括两个相同的支撑腿，两个支撑腿分别对称设置于两个下腿板上以提供倾斜支撑，以保持跳跃主体在跳跃前始终保持对称状态；SMA板簧设置于第一铰链处并与两个下腿板配合连接，和/或SMA板簧设置于第三铰链处并与两个上腿板配合连接；SMA弹簧通电后发生缩短，两个下腿板对向折叠在进行跳跃动作的同时通过上腿板和/或下腿板挤压SMA板簧，SMA板簧通电后发生翻转，两个下腿板对向展开在进行落地动作。本发明具有重量轻、在空中的姿态稳定、能够更好的实现机器人的间歇性跳跃的优点。

Description

一种具有空中稳定姿态的微型跳跃装置

技术领域

本发明属于跳跃机器人技术领域，具体涉及一种具有空中稳定姿态的微型跳跃装置。

背景技术

跳跃机器人可以执行跳跃动作越过障碍物（例如水中跳跃、陆地跳跃或水陆两栖跳跃），从而高效地通过复杂地形，在太空探索、战场侦察、生命救援等领域有着广阔的应用前景。

现有技术中采用直流减速电机拉动跳跃腿，并压缩腿部关节处的扭簧，拉动到一定位置时释放扭簧，实现跳跃。这种方式存在直流减速电机重量较大，减少了跳跃性能；跳跃腿部机构原理的问题，导致起跳阶段地面的作用反力无法通过机器人的质心，导致机器人在空中的姿态不稳定。

然而，目前的跳跃机器人大多只能实现单次跳跃的功能，无法实现连续多次的跳跃。问题的关键在于，跳跃机器人在空中的姿态难以调整。一旦跳跃装置不具有空中姿态调整功能，不仅导致难以精准地控制下落地点，还容易产生下落时与其他物体碰撞而损坏的问题。

此外还存在整体结构过大而不适合小型化设计需求的难题。

因此，需要提供一种具有对称结构的微型跳跃装置，使其具有空中稳定姿态。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种具有空中稳定姿态的微型跳跃装置，具有重量轻、在空中的姿态稳定、能够更好的实现机器人的间歇性跳跃的优点。

为了实现上述目的，本发明提供了一种具有空中稳定姿态的微型跳跃装置，其包括跳跃主体、支撑主体、SMA弹簧和SMA板簧，其中跳跃主体包括：

两个相同的下腿板；

两个相同的上腿板；

两个下腿板之间通过第一铰链连接在一起并形成开口朝上的V形；

两个上腿板之间通过第二铰链连接在一起，且两个上腿板通过第三铰链、第四铰链分别与两个下腿板相连接；

第一铰链、第二铰链、第三铰链和第四铰链之间互相平行，且第三铰链、第四铰链关于第一铰链和第二铰链所在平面对称，SMA弹簧的两端分别连接第三铰链、第四铰链；

支撑主体设置于跳跃主体上，其至少包括：

两个相同的支撑腿，两个支撑腿分别对称设置于两个下腿板上以提供倾斜支撑，以保持跳跃主体在跳跃前始终保持对称状态，从而使跳跃主体在跳跃阶段所承受的地面作用反力始终过其质心；

SMA板簧设置于第一铰链处并与两个下腿板配合连接，和/或SMA板簧设置于第二铰链处并与两个上腿板配合连接；

其中，SMA弹簧通电后发生缩短，两个下腿板对向折叠在进行跳跃动作的同时通过上腿板和/或下腿板挤压SMA板簧，此时的地面作用反力通过跳跃主体的质心；

SMA板簧通电后发生翻转，两个下腿板对向展开在进行落地动作的同时通过第三铰链和第四铰链拉长SMA弹簧。

根据本发明的另一种具体实施方式，跳跃主体进一步包括两个安装座，两个安装座分别设置于两个上腿板上，并且两个安装座分别靠近第三铰链、第四铰链，其中SMA弹簧的两端分别连接在两个安装座上。

根据本发明的另一种具体实施方式，SMA弹簧的中心线始终与第二铰链相垂直，且SMA弹簧始终位于第二铰链的下方以对两个上腿板提供向上方外侧对向折叠的作用力。

根据本发明的另一种具体实施方式，跳跃主体还包括用于限制两个上腿板向下方内侧折叠的限位板，限位板设置于其中一个上腿板的上表面并且能够与另一个上腿板的上表面相抵。

根据本发明的另一种具体实施方式，设有两个限位板，两个限位板位于上腿板前后方向的两侧边缘处。

本方案中的限位板主要限制跳跃动作前保持跳跃主体中的下腿板不具有向下方内侧运动的可能，进而使其沿着设定方向（即上方外侧）折叠。

根据本发明的另一种具体实施方式，安装座设置于上腿板的下表面并向下延伸，在进行跳跃动作之前，第二铰链位于第三铰链和第四铰链的下方，其中在两个上腿板上设有防止与SMA弹簧产生干涉的避让槽。

根据本发明的另一种具体实施方式，还包括电池和控制板，电池和控制板均设置于上腿板或者下腿板上。

本发明具备以下有益效果：

本发明能实现使用很轻的驱动器驱动跳跃装置的跳跃，具体可以实现用厘米尺度的结构实现跳跃，比起其他驱动的微型跳跃机器人，极大减轻了机器人的重量，同时本发明的跳跃主体和支撑主体的结构设计使机器人在空中的姿态稳定，比起传统的跳跃机器人机构设计，在实现空中的姿态稳定的同时，能更好的实现机器人的间歇性跳跃。

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1是本发明微型跳跃装置实施例1的结构示意图一；

图2是本发明微型跳跃装置实施例1的结构示意图二；

图3是本发明微型跳跃装置实施例1的跳跃过程的示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不限于下面公开的具体实施例的限制。

SMA驱动器原理：

SMA驱动器具有形状记忆功能，原理是金属在两相下的力学性质不一样，当温度较低时，金属的金相组织主要是马氏体，马氏体金属刚度低，塑性好，此时对SMA材料施加外力使其发生塑性变形，当温度升高时，金属的金相组织向奥氏体转变，奥氏体刚度较高，且金相组织排列规则发生变化，金属在一定范围内能够回到塑性变形前的形状。

SMA驱动器使用方法：

对SMA驱动器通电，由于电流的热效应使其温度升高，金属相变，实现SMA驱动。

实施例1

本发明提供了一种具有空中稳定姿态的微型跳跃装置，如图1-2所示，

其包括跳跃主体10、支撑主体20、SMA弹簧30和SMA板簧40。

跳跃主体10包括两个相同的下腿板11和两个相同的上腿板12，下腿板11和上腿板12均在前后方向上具有一定的长度以形成空间跳跃结构体。

两个下腿板11之间通过第一铰链13连接在一起并形成开口朝上的V形结构；

两个上腿板12之间通过第二铰链14连接在一起，且两个上腿板12通过第三铰链15、第四铰链16分别与两个下腿板11相连接；

第一铰链13、第二铰链14、第三铰链15和第四铰链16之间互相平行，且第三铰链15、第四铰链16关于第一铰链13和第二铰链14所在平面对称，SMA弹簧30的两端分别连接在第三铰链15、第四铰链16处；

支撑主体20设置于跳跃主体10上，支撑主体20包括两个相同的支撑腿21，两个支撑腿21分别对称设置于两个下腿板11上以提供对向的倾斜支撑，以保持跳跃主体10在跳跃前始终保持对称状态，从而使跳跃主体10在跳跃阶段所承受的地面作用反力始终过其质心；

其中两个上腿板12和两个下腿板11对称配置，组成对称的类四杆机构，再通过两个支撑腿21进行对称支撑，确保跳跃主体10在跳跃阶段受到地面的作用反力始终过其质心，保持跳跃装置在空中的姿态稳定。

在其他优选示例中，还可以设置有更多的支撑腿21结构，以在形成稳定支撑的同时，保持跳跃主体10处于左右对称姿态。

SMA板簧40设置于第一铰链13处并与两个下腿板11配合连接，和/或SMA板簧40设置于第二铰链14处并与两个上腿板12配合连接，如图1所示，本实施例中以SMA板簧40设置于第二铰链14处并与两个上腿板12配合连接为例进行显示。

具体的，跳跃主体10进一步包括两个安装座17，两个安装座17分别设置于两个上腿板12上，并且两个安装座17分别靠近第三铰链15、第四铰链16，其中SMA弹簧30的两端分别连接在两个安装座17上。

其中，SMA弹簧30的中心线始终与第二铰链14相垂直，且SMA弹簧30始终位于第二铰链14的下方以对两个上腿板12提供向上方外侧对向折叠的作用力。

再具体的，安装座17设置于上腿板12的下表面并向下延伸，在进行跳跃动作之前，第二铰链14位于第三铰链15和第四铰链16的下方，如图3所示，其中在两个上腿板12上设有防止与SMA弹簧30产生干涉的避让槽18，如图1所示。

进一步的，跳跃主体10还包括用于限制两个上腿板12向下方内侧折叠的限位板19，限位板19设置于其中一个上腿板12的上表面并且能够与另一个上腿板12的上表面相抵，如图1所示。

再进一步的，在本发明的其他示例中还可以设有两个限位板19，两个限位板19位于上腿板12前后方向的两侧边缘处。

如图3所示的跳跃过程的示意图，SMA弹簧30通电后发生缩短，两个下腿板11对向折叠在进行跳跃动作的同时通过上腿板12和/或下腿板11挤压SMA板簧40，此时的地面作用反力通过跳跃主体10的质心；

其中，落地过程与跳跃过程相反，SMA板簧40通电后发生翻转，两个下腿板11对向展开在进行落地动作的同时通过第三铰链15和第四铰链16拉长SMA弹簧30。

本实施例中还包括电池50和控制板60，电池50和控制板60均设置于上腿板12或者下腿板11上，例如图1示出的电池50和控制板60分别设置于两个上腿板12上，以形成对称结构。

虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的范围所涵盖。

Claims (7)

1.一种具有空中稳定姿态的微型跳跃装置，其特征在于，包括跳跃主体、支撑主体、SMA弹簧和SMA板簧，其中跳跃主体包括：

两个相同的下腿板；

两个相同的上腿板；

两个所述下腿板之间通过第一铰链连接在一起并形成开口朝上的V形；

两个所述上腿板之间通过第二铰链连接在一起，且两个所述上腿板通过第三铰链、第四铰链分别与两个所述下腿板相连接；

所述第一铰链、所述第二铰链、所述第三铰链和所述第四铰链之间互相平行，且所述第三铰链、所述第四铰链关于所述第一铰链和所述第二铰链所在平面对称，所述SMA弹簧的两端分别连接所述第三铰链、所述第四铰链；

所述支撑主体设置于所述跳跃主体上，其至少包括：

两个相同的支撑腿，两个所述支撑腿分别对称设置于两个所述下腿板上以提供倾斜支撑，以保持所述跳跃主体在跳跃前始终保持对称状态，从而使所述跳跃主体在跳跃阶段所承受的地面作用反力始终过其质心；

所述SMA板簧设置于所述第一铰链处并与两个所述下腿板配合连接，和/或所述SMA板簧设置于所述第二铰链处并与两个所述上腿板配合连接；

其中，所述SMA弹簧通电后发生缩短，两个所述下腿板对向折叠在进行跳跃动作的同时通过所述上腿板和/或所述下腿板挤压所述SMA板簧，此时的地面作用反力通过所述跳跃主体的质心；

所述SMA板簧通电后发生翻转，两个所述下腿板对向展开在进行落地动作的同时通过所述第三铰链和所述第四铰链拉长所述SMA弹簧。

2.如权利要求1所述的具有空中稳定姿态的微型跳跃装置，其特征在于，所述跳跃主体进一步包括两个安装座，两个所述安装座分别设置于两个所述上腿板上，并且两个所述安装座分别靠近所述第三铰链、所述第四铰链，其中所述SMA弹簧的两端分别连接在两个安装座上。

3.如权利要求2所述的具有空中稳定姿态的微型跳跃装置，其特征在于，所述SMA弹簧的中心线始终与所述第二铰链相垂直，且所述SMA弹簧始终位于所述第二铰链的下方以对两个所述上腿板提供向上方外侧对向折叠的作用力。

4.如权利要求3所述的具有空中稳定姿态的微型跳跃装置，其特征在于，所述跳跃主体还包括用于限制两个所述上腿板向下方内侧折叠的限位板，所述限位板设置于其中一个所述上腿板的上表面并且能够与另一个所述上腿板的上表面相抵。

5.如权利要求4所述的具有空中稳定姿态的微型跳跃装置，其特征在于，设有两个所述限位板，两个所述限位板位于所述上腿板前后方向的两侧边缘处。

6.如权利要求2所述的具有空中稳定姿态的微型跳跃装置，其特征在于，所述安装座设置于所述上腿板的下表面并向下延伸，在进行跳跃动作之前，所述第二铰链位于所述第三铰链和所述第四铰链的下方，其中在两个所述上腿板上设有防止与所述SMA弹簧产生干涉的避让槽。

7.如权利要求1所述的具有空中稳定姿态的微型跳跃装置，其特征在于，还包括电池和控制板，所述电池和所述控制板均设置于所述上腿板或者所述下腿板上。

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