[發明專利]一種跳躍式機器人及其控制方法

有效

• 申請號: 202010950773.1
• 申請日: 2020-09-11
• 公開（公告）號: CN112072950B
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發明（設計）人: 李建平;萬嫩;溫建明;胡意立;馬繼杰;張昱
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: H02N2/00
• 分類號: H02N2/00;B62D57/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于超聲領域、壓電驅動領域和跳躍機器人領域，具體涉及一種跳躍式機器人及其控制方法。本發明解決了傳統機器人結構復雜，體型大，無法適應狹小空間和復雜環境的技術問題。該機器人包括四個相同的跳躍腿和一個平臺，每個跳躍腿包含上下兩個壓電雙晶片，上下兩個壓電雙晶片以一定角度θ安裝在一起，0゜θ180゜。在鋸齒狀電壓信號激勵下，該機器人跳躍腿可彎曲變形，實現跳躍運動。該機器人基于逆壓電效應，采用壓電雙晶片同時作為驅動單元和跳躍腿結構，大大簡化結構，體型小巧靈活，可提高其避障能力，有助于實現機器人智能化、微型化，可應用于星際探索、考古探測、軍事偵察、救援搜尋等復雜環境中。

技術領域

本發明涉及一種超聲領域、壓電驅動領域和跳躍機器人領域，特別涉及一種跳躍式機器人及其控制方法。

背景技術

傳統的移動機器人主要為輪式驅動，一般需要對自然界進行改造，鋪設路面，很難適應復雜的地形，越障能力差。隨著機器人的高速發展，現代機器人的應用環境要求機器人具有越來越強的地形適應能力。跳躍式機器人因具有能克服復雜自然環境，高效運動的特點成為研究的熱點。近年來，人們相繼提出了多種類型的跳躍式機器人，例如，中國專利CN201921563358.X提出了一種伺服電機、傳送帶、齒輪、傳送軸和連桿等組成的四足機器人；CN201921550584.4提出了一種具有驅動組件和行走組件，并通過曲柄結構連接的機械足式的行走機器人；CN201920888311.4提出了一種由電機和彈跳舵機等組成的彈跳機械腿；CN202010009210.2提出了一種齒輪齒條結構的彈跳機器人；CN201920417003.3提出了一種由缸體、活塞、點火器和直線電機等組成的彈跳機構；CN109436125A提出了一種十二自由度的四足機器人，簡化了傳統機器人腿部搭載電動缸等驅動單元的復雜結構，但其仍需依靠多個電機，且腿部結構仍然由復雜的機械結構如軸承、法蘭、連接桿，絲杠、減速器、帶輪等組成。盡管上述行走跳躍機器人都能實現跳躍運動，但由于其采用的驅動方式為傳統型，如彈簧驅動、氣動驅動、液壓驅動和電機驅動，因而導致整個機器人結構復雜，體型大，運動不靈活，不能進入危險、狹縫空間，大大限制了機器人的發展和應用場景。

發明內容

本發明的目的在于提供一種跳躍式機器人及其控制方法，解決現有技術存在的上述問題。該機器人摒棄傳統驅動方式，基于逆壓電效應，利用壓電雙晶片可將電能轉換為機械能的特性，采用壓電雙晶片同時作為驅動單元和跳躍腿結構，大大簡化結構，可實現小型化，在鋸齒狀電壓信號激勵下，該機器人驅動單元可彎曲變形，實現跳躍運動。

本發明的上述目的通過以下技術方案實現：

一種跳躍式機器人，包括四個相同的跳躍腿和一個平臺，每個跳躍腿都包含上下兩個壓電雙晶片，每個壓電雙晶片的兩端有安裝結構，上下兩個壓電雙晶片可通過緊固件以一定角度 θ安裝在一起，其中?0゜ θ180゜，跳躍腿一端通過緊固件與平臺連接，另一端與地面接觸；在通電時，利用逆壓電效應，壓電雙晶片變形把電能轉化為機械能，壓電雙晶片同時作為驅動單元和跳躍腿。

一種跳躍式機器人的控制方法，包括以下步驟：

步驟（1）：初始狀態時，壓電雙晶片不帶電，機器人的四個跳躍腿都著地；

步驟（2）：對四個跳躍腿中的壓電雙晶片同時施加鋸齒狀電壓信號，機器人的跳躍腿彎曲，存儲能量；

步驟（3）：電壓瞬間反轉為反向電壓，跳躍腿快速變形，瞬間釋放能量，四個跳躍腿同時離地，整個機器人實現跳躍運動；

步驟（4）：機器人落地，四個跳躍腿逐漸恢復到初始狀態；

步驟（5）：重復上述步驟（1）-（4），該機器人可實現連續跳躍運動。