[發(fā)明專利]蛙式機(jī)器人腿部彈跳機(jī)構(gòu)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010122585.6
• 申請(qǐng)日: 2010-03-12
• 公開（公告）號(hào): CN101767615A
• 公開（公告）日: 2010-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 左國(guó)玉;孫榮毅;王冠;龔道雄;阮曉鋼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B62D57/032
• 分類號(hào): B62D57/032
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種機(jī)器人結(jié)構(gòu)，具體地說是一種蛙式機(jī)器人腿部彈跳機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)

隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展，在面對(duì)惡劣的環(huán)境和復(fù)雜的地形時(shí)，運(yùn)用機(jī)器人的彈跳功能來增強(qiáng)其地形適應(yīng)和自主運(yùn)動(dòng)的能力，是近年來發(fā)展較快的一種機(jī)器人技術(shù)。具有彈跳性能的機(jī)器人目前在國(guó)際尚處于研究階段，在國(guó)內(nèi)也僅有個(gè)別院校進(jìn)行相關(guān)研究。由于此類機(jī)器人研制難度很大，涉及的很多關(guān)鍵技術(shù)保密性很強(qiáng)，故公開資料很少。

國(guó)際上，最早的彈跳機(jī)器人由Raibert于1980年在麻省理工學(xué)院機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室研制成功，該機(jī)器人屬于連續(xù)性跳躍機(jī)構(gòu)，Raibert分析了單足跳躍機(jī)器人的起跳姿態(tài)控制以及落地時(shí)的組空定位算法問題，目前已取得了一些理論研究成果，在實(shí)驗(yàn)室中已實(shí)現(xiàn)自主穩(wěn)定跳躍、越障等功能。

在國(guó)內(nèi)，2003年初，南京航空航天大學(xué)朱劍英教授率先帶領(lǐng)其工作團(tuán)隊(duì)進(jìn)行跳躍機(jī)器人的相關(guān)研究，并獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和國(guó)防科工委的立項(xiàng)資助，其主要對(duì)國(guó)際上現(xiàn)已公布的跳躍機(jī)器人方案進(jìn)行系統(tǒng)的研究，并根據(jù)部分理論做出了幾個(gè)跳躍機(jī)器人的樣機(jī)。

專利申請(qǐng)?zhí)枮?00810017793.2名稱為“仿袋鼠腿型跳躍機(jī)器人結(jié)構(gòu)”的專利申請(qǐng)，公開了一種仿袋鼠腿型跳躍機(jī)器人結(jié)構(gòu)，在機(jī)體上安裝負(fù)載，機(jī)體下側(cè)通過支撐架連接機(jī)器人膝關(guān)節(jié)，機(jī)器人膝關(guān)節(jié)通過腿部軸與機(jī)器人小腿連接，小腿的下端為機(jī)器人踝關(guān)節(jié)，腳掌與小腿在踝關(guān)節(jié)處通過腳掌軸連接，踝關(guān)節(jié)同時(shí)位于腳掌的1/3處，腳掌與腳趾通過腳趾軸連接，腳趾軸位于腳掌前端，下置彈簧一端安裝與腳掌后端，一端安裝于小腿的2/5處，上置彈簧一端安裝于小腿上端，一端安裝于機(jī)體的1/2處；動(dòng)力機(jī)構(gòu)通過上耳環(huán)和下耳環(huán)分別與小腿和腳掌連接。

該方案存在以下缺點(diǎn)：

1、所設(shè)計(jì)腿部結(jié)構(gòu)中，只包括小腿和腳掌，沒有對(duì)大腿進(jìn)行相關(guān)研究與設(shè)計(jì)，忽略了腿部結(jié)構(gòu)的完整性，不符合仿生學(xué)原理。

2、驅(qū)動(dòng)元件安裝于腳掌和小腿前方，驅(qū)動(dòng)元件的收縮/釋放運(yùn)動(dòng)與腿部的機(jī)械運(yùn)動(dòng)在結(jié)構(gòu)上相互制約，不僅降低了機(jī)器人的彈跳能力，而且破壞了腿部的仿生結(jié)構(gòu)。

3、整個(gè)腿部結(jié)構(gòu)在彈跳時(shí)的伸展幅度較小，限制了彈跳的高度與距離。

4、腳部與地面的接觸面積較小，在起跳時(shí)不能獲得足夠大的靜磨擦力，在著陸時(shí)不能保持機(jī)器人身體的穩(wěn)定。

5、在跳躍過程的落地瞬間通過腳趾的關(guān)節(jié)來減震，不能良好地緩解剛性沖擊。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決彈跳機(jī)構(gòu)復(fù)雜、彈跳效率不高、落地穩(wěn)定性以及緩解著陸瞬間剛性沖擊等問題，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、仿生程度高、著陸穩(wěn)定好、彈跳效率高并且具有一定柔性的蛙式機(jī)器人腿部彈跳機(jī)構(gòu)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種蛙式機(jī)器人腿部彈跳結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：

一曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，由導(dǎo)桿、滑塊、髖關(guān)節(jié)、關(guān)節(jié)、斜撐桿、中間關(guān)節(jié)和大腿組成，在導(dǎo)桿上裝有拉力彈簧，拉力彈簧兩端分別與滑塊和髖關(guān)節(jié)相連，滑塊下方與關(guān)節(jié)螺栓固接，關(guān)節(jié)與中間關(guān)節(jié)通過斜撐桿連接，中間關(guān)節(jié)周向固定于大腿中部；

一腿部機(jī)構(gòu)總成，由大腿、大腿連桿、膝關(guān)節(jié)、小腿連桿、小腿和踝關(guān)節(jié)組成，大腿上端和髖關(guān)節(jié)相連，下端與膝關(guān)節(jié)相連，小腿上端與膝關(guān)節(jié)相連，下端與踝關(guān)節(jié)相連，大腿連桿兩端分別鉸接于中間關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)，小腿連桿兩端分別鉸接于膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)；

一腳部機(jī)構(gòu)，包括一腳部，采用弧形結(jié)構(gòu)，上端與踝關(guān)節(jié)相連，下端底部粘貼有足墊。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述機(jī)器人腿部結(jié)構(gòu)的拉力彈簧套于導(dǎo)桿上，可在滑塊的作用下形變。其有益效果是擴(kuò)大了動(dòng)力元件的機(jī)械運(yùn)動(dòng)范圍，提高了動(dòng)力元件的利用率，同時(shí)解放了腿部機(jī)械結(jié)構(gòu)。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述機(jī)器人的導(dǎo)桿、滑塊、髖關(guān)節(jié)、關(guān)節(jié)、斜撐桿、中間關(guān)節(jié)和大腿共同組成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。其有益效果是模擬了青蛙的腰部與腿部的連接關(guān)系，提高了傳動(dòng)效率，同時(shí)增加了機(jī)械結(jié)構(gòu)的仿生效果。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述機(jī)器人腿部采用連桿機(jī)構(gòu)，中間關(guān)節(jié)、大腿連桿、膝關(guān)節(jié)和大腿共同組成四桿機(jī)構(gòu)。小腿連桿、膝關(guān)節(jié)、小腿和踝關(guān)節(jié)共同組成四桿機(jī)構(gòu)。其有益效果是模擬了青蛙腿部的骨骼與肌肉結(jié)構(gòu)，增加了機(jī)械結(jié)構(gòu)的仿生效果、提高了機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述機(jī)器人腿部結(jié)構(gòu)中導(dǎo)桿、大腿、小腿以及腳部的長(zhǎng)度均近似相等。其有益效果是模擬了青蛙腿部骨骼間的長(zhǎng)度比例關(guān)系，增加了機(jī)械結(jié)構(gòu)的仿生效果。