[发明专利]蛙式机器人腿部弹跳机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人结构，具体地说是一种蛙式机器人腿部弹跳机构。

背景技术

随着机器人技术的不断发展，在面对恶劣的环境和复杂的地形时，运用机器人的弹跳功能来增强其地形适应和自主运动的能力，是近年来发展较快的一种机器人技术。具有弹跳性能的机器人目前在国际尚处于研究阶段，在国内也仅有个别院校进行相关研究。由于此类机器人研制难度很大，涉及的很多关键技术保密性很强，故公开资料很少。

国际上，最早的弹跳机器人由Raibert于1980年在麻省理工学院机器人实验室研制成功，该机器人属于连续性跳跃机构，Raibert分析了单足跳跃机器人的起跳姿态控制以及落地时的组空定位算法问题，目前已取得了一些理论研究成果，在实验室中已实现自主稳定跳跃、越障等功能。

在国内，2003年初，南京航空航天大学朱剑英教授率先带领其工作团队进行跳跃机器人的相关研究，并获得了国家自然科学基金项目和国防科工委的立项资助，其主要对国际上现已公布的跳跃机器人方案进行系统的研究，并根据部分理论做出了几个跳跃机器人的样机。

专利申请号为200810017793.2名称为“仿袋鼠腿型跳跃机器人结构”的专利申请，公开了一种仿袋鼠腿型跳跃机器人结构，在机体上安装负载，机体下侧通过支撑架连接机器人膝关节，机器人膝关节通过腿部轴与机器人小腿连接，小腿的下端为机器人踝关节，脚掌与小腿在踝关节处通过脚掌轴连接，踝关节同时位于脚掌的1/3处，脚掌与脚趾通过脚趾轴连接，脚趾轴位于脚掌前端，下置弹簧一端安装与脚掌后端，一端安装于小腿的2/5处，上置弹簧一端安装于小腿上端，一端安装于机体的1/2处；动力机构通过上耳环和下耳环分别与小腿和脚掌连接。

该方案存在以下缺点：

1、所设计腿部结构中，只包括小腿和脚掌，没有对大腿进行相关研究与设计，忽略了腿部结构的完整性，不符合仿生学原理。

2、驱动元件安装于脚掌和小腿前方，驱动元件的收缩/释放运动与腿部的机械运动在结构上相互制约，不仅降低了机器人的弹跳能力，而且破坏了腿部的仿生结构。

3、整个腿部结构在弹跳时的伸展幅度较小，限制了弹跳的高度与距离。

4、脚部与地面的接触面积较小，在起跳时不能获得足够大的静磨擦力，在着陆时不能保持机器人身体的稳定。

5、在跳跃过程的落地瞬间通过脚趾的关节来减震，不能良好地缓解刚性冲击。

发明内容

为了解决弹跳机构复杂、弹跳效率不高、落地稳定性以及缓解着陆瞬间刚性冲击等问题，本发明提供了一种结构简单、仿生程度高、着陆稳定好、弹跳效率高并且具有一定柔性的蛙式机器人腿部弹跳机构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种蛙式机器人腿部弹跳结构，其特征在于，包括：

一曲柄滑块机构，由导杆、滑块、髋关节、关节、斜撑杆、中间关节和大腿组成，在导杆上装有拉力弹簧，拉力弹簧两端分别与滑块和髋关节相连，滑块下方与关节螺栓固接，关节与中间关节通过斜撑杆连接，中间关节周向固定于大腿中部；

一腿部机构总成，由大腿、大腿连杆、膝关节、小腿连杆、小腿和踝关节组成，大腿上端和髋关节相连，下端与膝关节相连，小腿上端与膝关节相连，下端与踝关节相连，大腿连杆两端分别铰接于中间关节和膝关节，小腿连杆两端分别铰接于膝关节和踝关节；

一脚部机构，包括一脚部，采用弧形结构，上端与踝关节相连，下端底部粘贴有足垫。

作为本发明的优选方案，所述机器人腿部结构的拉力弹簧套于导杆上，可在滑块的作用下形变。其有益效果是扩大了动力元件的机械运动范围，提高了动力元件的利用率，同时解放了腿部机械结构。

作为本发明的优选方案，所述机器人的导杆、滑块、髋关节、关节、斜撑杆、中间关节和大腿共同组成曲柄滑块机构。其有益效果是模拟了青蛙的腰部与腿部的连接关系，提高了传动效率，同时增加了机械结构的仿生效果。

作为本发明的优选方案，所述机器人腿部采用连杆机构，中间关节、大腿连杆、膝关节和大腿共同组成四杆机构。小腿连杆、膝关节、小腿和踝关节共同组成四杆机构。其有益效果是模拟了青蛙腿部的骨骼与肌肉结构，增加了机械结构的仿生效果、提高了机械结构的稳定性。

作为本发明的优选方案，所述机器人腿部结构中导杆、大腿、小腿以及脚部的长度均近似相等。其有益效果是模拟了青蛙腿部骨骼间的长度比例关系，增加了机械结构的仿生效果。