[發明專利]一種基于壓電驅動的腿式跳躍機器人及其控制方法

有效

• 申請號: 201811087537.0
• 申請日: 2018-09-17
• 公開（公告）號: CN109353424B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 毛婷;彭瀚旻;冒林麗
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 徐紅梅

1.一種基于壓電驅動的腿式跳躍機器人，其特征在于，包括第一至第四驅動足、第一至第四PVC薄膜層、第一和第二形狀記憶合金彈簧、第一和第二彈跳腿、第三彈簧和止動片，其中：

第一至第四PVC薄膜層由上至下依次設置，兩兩之間有空隙，且其兩端相互粘結，第二PVC薄膜層兩端粘結端預留第一延伸部用來安裝第一至第四驅動足；

第一和第四PVC薄膜層呈“Z”字形狀，用來使第三PVC薄膜層變形，中間分別設有第一開口和第二開口；第一形狀記憶合金彈簧穿過第一開口，兩端固定在第一PVC薄膜層上；第二形狀記憶合金彈簧穿過第二開口，兩端固定在第四PVC薄膜層上；

第二PVC薄膜層呈“工”字形狀，中間窄處用來給第一和第三PVC薄膜提供變形空間，同時安裝止動片；

第三PVC薄膜層用來儲存和釋放應變能，中間設有第三開口，以使第三PVC薄膜層穿過第二PVC薄膜層的中間窄處，折疊呈“V”字形狀，且第三PVC薄膜層的橫向兩側預留第二延伸部用來安裝第一和第二彈跳腿；第三彈簧跨過第三開口，兩端固定在第三PVC薄膜層上；

第一至第四驅動足均采用壓電雙晶片，一端為自由振動端、另一端與第二PVC薄膜層縱向兩端第一延伸部固定連接。

2.根據權利要求1所述的一種基于壓電驅動的腿式跳躍機器人，其特征在于：止動片呈梯形，一端固定在第二PVC薄膜層中間窄處。

3.根據權利要求1所述的一種基于壓電驅動的腿式跳躍機器人，其特征在于：所述第三彈簧為不銹鋼彈簧。

4.一種基于壓電驅動的腿式跳躍機器人的控制方法，其特征在于，該機器人包括第一至第四驅動足、第一至第四PVC薄膜層、第一和第二形狀記憶合金彈簧、第一和第二彈跳腿、第三彈簧和止動片，其中：

第一至第四PVC薄膜層由上至下依次設置，兩兩之間有空隙，且其兩端相互粘結，第二PVC薄膜層兩端粘結端預留第一延伸部用來安裝第一至第四驅動足；

第一和第四PVC薄膜層呈“Z”字形狀，用來使第三PVC薄膜層變形，中間分別設有第一開口和第二開口；第一形狀記憶合金彈簧穿過第一開口，兩端固定在第一PVC薄膜層上；第二形狀記憶合金彈簧穿過第二開口，兩端固定在第四PVC薄膜層上；

第二PVC薄膜層呈“工”字形狀，中間窄處用來給第一和第三PVC薄膜提供變形空間，同時安裝止動片；

第三PVC薄膜層用來儲存和釋放應變能，中間設有第三開口，以使第三PVC薄膜層穿過第二PVC薄膜層的中間窄處，折疊呈“V”字形狀，且第三PVC薄膜層的橫向兩側預留第二延伸部用來安裝第一和第二彈跳腿；第三彈簧跨過第三開口，兩端固定在第三PVC薄膜層上；

控制方法包括機器人直線運動控制方法、機器人跳躍運動控制方法和機器人跳躍后恢復原狀的控制方法；

其中，機器人直線運動控制方法包括：

初始狀態時，機器人四個驅動足均著地，用以支撐其身體，此時，若對第一至第四驅動足施加同幅同頻的正余弦電壓，則機器人開始直線運動；

跳躍運動時，機器人沒有恢復原狀，第一和第二驅動足以及第一和第二彈跳腿著地，第三和第四驅動足離地，對第一至第二驅動足施加同幅同頻的正余弦電壓，則機器人產生向前的直線運動，即由跳躍運動變為直線運動；

機器人跳躍運動控制方法為：

加熱第一形狀記憶合金彈簧，帶動第一PVC薄膜層產生折疊變形，第一PVC薄膜層對第三PVC薄膜層施加壓力，第三PVC薄膜層發生彎曲變形并儲存能量，在超過彎曲極限時發生反轉而釋放能量，同時打開第一和第二彈跳腿，觸地彈跳，機器人向斜上方跳躍；

機器人跳躍后恢復原狀的控制方法為：

機器人跳躍后，第一和第二驅動足以及第一和第二彈跳腿著地，第三和第四驅動足離地，加熱第二形狀記憶合金彈簧，帶動第四PVC薄膜層產生折疊變形，第四PVC薄膜層對第三PVC薄膜層施加壓力，第三PVC薄膜層發生彎曲變形并儲存能量，在超過彎曲極限時發生反轉而釋放能量，機器人豎直跳躍，同時收起第一至第二彈跳腿，第一至第四驅動足著地，機器人恢復原狀。