[發明專利]一種蛙式跳躍機器人

無效

• 申請號: 201010194799.4
• 申請日: 2010-05-28
• 公開（公告）號: CN101850794A
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發明（設計）人: 左國玉;孫榮毅;王冠;喬俊飛;龔道雄;張鐵林;李志;龔萍;張姍珊;袁星柢
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B62D57/02
• 分類號: B62D57/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 魏聿珠

技術領域

本發明涉及機器人裝置，尤其涉及一種可跳躍的機器人裝置。

背景技術

隨著機器人技術的不斷發展，在面對惡劣的環境和復雜的地形時，運用機器人的彈跳功能來增強其地形適應和自主運動的能力，是近年來發展較快的一種機器人技術。具有彈跳性能的機器人目前在國際尚處于研究階段，在國內也僅有個別院校進行相關研究。由于此類機器人研制難度很大，涉及的很多關鍵技術保密性很強，故公開資料很少。

國際上，最早的彈跳機器人由Raibert于1980年在麻省理工學院機器人實驗室研制成功，該機器人屬于連續性跳躍機構，Raibert分析了單足跳躍機器人的起跳姿態控制以及落地時的組空定位算法問題，目前已取得了一些理論研究成果，在實驗室中已實現自主穩定跳躍、越障等功能。

在國內，2003年初，南京航空航天大學主要對國際上現已公布的跳躍機器人方案進行系統的研究，并根據部分理論做出了幾個跳躍機器人的樣機。最近幾年，西北工業大學和哈爾濱工業大學也開展了相關的項目研究，前者主要進行仿袋鼠跳躍機器人的研究，后者主要進行防蝗蟲跳躍機器人的研究，兩者都運用國際上較為成熟的跳躍理論進行了相關分析。

發明專利申請號為ZL200810017792.8的專公開了一跳躍機器人動力系統，將無刷直流電機與齒輪泵相連，齒輪泵的進油口與油箱相連，齒輪泵的出油口與二位四通點此換向閥的A口相連，二位四通電磁換向閥的B口接入油箱，二位四通點此換向閥的P口與液壓缸的上腔口連接，點此換向閥的T口與液壓缸的下腔口連接；其中液壓缸的上腔內安裝有彈簧，彈簧一端抵靠在液壓缸上內壁，另一端抵靠在液壓缸活塞上臂上。

該方案存在以下幾方面尚需完善：

1、動力系統工作時，需要通過油管與油箱相連，油管的長度限制了機器人活動的范圍。

2、齒輪泵、電磁閥等元件耗能太多，降低了能量的利用率。

3、液壓缸的質量很大，同時液壓缸在工作時，其內部充滿了油，進一步增大了其質量，安裝在機器人身體上勢必增加機器人的整體質量，降低了跳躍的高度和距離。

4、活塞的機械運動范圍受液壓缸腔空間的制約，從而限制了機器人腿部的運動范圍。

發明內容

為了使機器人在跳躍過程中能夠獲得較大爆發力，提高機器人的活動范圍，提高動力系統能量利用率，并且實現動力系統對能量的回收與再利用等問題，本發明提供了一種蛙式跳躍機器人，它的動力系統具有低功耗的特點，能夠在跳躍過程中將其他形式的能量回收到儲能元件，并且進行再次利用，同時本機器人結構簡單，并且能夠控制機器人雙腿同步工作，提高了機器人跳躍的平穩性，適合于進行連續跳躍。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種蛙式跳躍機器人，其特征在于，包括：

一動力機構，由編碼器、電機、左右髖關節、雙向超越離合器、齒形帶、帶輪、滑動桿、彈簧、導軌和滑塊組成。在電機與雙向超越離合器通過聯軸器同軸相連，雙向超越離合器上裝有齒形帶，齒形帶的另一端裝有帶輪，帶輪和增量式編碼器同軸相連。齒形帶的下端和滑動桿固結，滑動桿兩端分別和滑塊相連，滑塊套于導軌上，在滑塊和髖關節中間連有彈簧。電機通過雙向超越離合器帶動齒形帶轉動，齒形帶進而帶動滑桿前后運動。

兩腿部機構，分別與動力機構的左右髖關節和滑塊相連，由大腿、大腿連桿、斜撐桿、中間關節、膝關節、小腿連桿、小腿和踝關節組成，大腿上端和髖關節相連，下端與膝關節相連，中間連桿上端與滑塊相連，下端與中間關節相連，中間關節位于大腿中部，小腿上端與膝關節相連，下端與踝關節相連，大腿連桿兩端分別鉸接于中間關節和膝關節，小腿連桿兩端分別鉸接于膝關節和踝關節；

兩腳部機構，分別與雙腿的踝關節相連，采用扇形結構，底部粘貼有足墊和壓力傳感器。

一處理器，分別與電機、編碼器、壓力傳感器相連，通過計算編碼器與壓力傳感器反饋的信號，控制電機的運動。

本發明采用電機作為動力元件，并且利用電機直接驅動儲能元件。作為本發明的優選方案，本機構電機采用伺服電機，其自身具有電流反饋、轉速反饋與位置反饋功能，提高了控制的準確性與穩定性，并且其還具有自鎖功能，可以使拉力彈簧保持形變，實現儲能元件實現對能量的存儲。其有益效果是精簡了動力系統的機械結構，提高了能量利用率，提高了動力機構控制的精確性。