[实用新型]空中姿态可调单腿连续跳跃机器人

说明书

（一）技术领域：

本实用新型涉及机器人技术应用领域，具体为一种空中姿态可调单腿连续跳跃机器人。

（二）背景技术：

目前，国际上对于单腿跳跃型机器人的研究尚处于研究性阶段，国内对该种机器人也有少许研究。例如浙江大学提出的《单腿跳跃机器人机构》实用新型专利（专利申请号为201220505549.2），其机器人技术方案由身体、大腿、小腿三部分组成，分别通过髋关节和膝关节连接，膝关节通过大腿钢丝绳传动，大腿钢丝绳采用斜面机构和滑块调整机构，实现对钢丝绳张紧程度的调节；膝关节弯曲时压缩弹簧，将重力势能转化为弹簧的弹性势能，为伸展运动蓄积能量。但该机器人动力储能机构复杂，缺少姿态调整机构，难以实现姿态和方向控制以及多次的连续跳跃。

（三）实用新型内容：

为此，本实用新型提出了一种空中姿态可调单腿连续跳跃机器人，主要解决现有技术中机构复杂、无姿态调整和不能连续起跳的问题。

能够解决上述技术问题的空中姿态可调单腿连续跳跃机器人，包括上身部、腰部和腿部，与现有技术不同的是所述腰部包括上基板和下基板以及均匀支撑在上基板和下基板之间的弹性元件，所述上身部包括三轴陀螺仪和检测控制系统，所述三轴陀螺仪安装于上基板上，所述腿部包括单腿，所述单腿安装于下基板底部；所述上基板和下基板之间还设有当机器人跳起时使上基板和下基板压缩弹性元件、当机器人着地时松开弹性元件的能量存储释放装置；所述检测控制系统包括设于上基板的运动控制器、伺服驱动器、无线模块、航姿测量传感器和电池组。

所述三轴陀螺仪所产生的陀螺力矩可实现机器人于空中的姿态调整、着地后的平衡控制和起跳角度的控制，腰部的能量存储释放装置提供机器人起跳动力，实现机器人弹跳高度和弹跳距离的控制，且保证机器人的多次连续跳跃。

所述能量存储释放装置的一种结构包括绳轮、牵拉绳和电磁离合器以及带棘轮电磁铁的棘轮机构，所述绳轮通过轮架设于上基板或下基板上，所述牵拉绳连接于下基板或上基板并于绳轮上缠绕，所述电磁离合器连接绳轮的转轴和由电机驱动的传动机构，所述棘轮机构设于绳轮的转轴上；机器人跳起时所述电磁离合器吸合，绳轮旋转使牵拉绳拉动上基板或下基板而压缩弹性元件，此时棘轮电磁铁控制棘轮机构的棘轮和棘爪结合，有效锁定被压缩的弹性元件而实现能量储存，压缩到位后电磁离合器分离，机器人着地时棘轮电磁铁控制棘轮机构的棘轮和棘爪分离，牵拉绳失去对上基板或下基板的牵引，压缩弹性元件回位释放弹力。

控制电磁离合器吸合和分离、控制电磁铁使棘轮机构吸合和分离的压力传感器设于单腿的底部。

所述三轴陀螺仪的一种结构包括陀螺转子、内环框架、中环框架和外环框架，所述陀螺转子安装在内环框架内并由陀螺转子电机驱动自转和由内环框架编码器检测转动量，所述内环框架安装在中环框架内并由中环电机驱动前后转动和由中环编码器检测转动量，所述中环框架呈正交状安装于外环框架内，中环框架由外环电机驱动左右转动和由外环编码器检测转动量；高速自传的陀螺转子随内环框架一起按照一定的控制规律可相对于外环框架万向转动。

各弹性元件的一种形式为压缩弹簧和活塞杆组件。

本实用新型具有的有益效果：

1、本实用新型利用三轴陀螺仪具有自稳定的特性、不受磁场干扰的特点，直接将其作为系统的稳定和姿态控制装置，可以实现机器人的空中姿态调整，着地后的平衡控制和起跳角度的控制。

2、本实用新型腰部的能量存储释放装置设计简单合理，响应快，可控性强，可保证机器人的多次连续跳跃，保证机器人的起跳初始速度可控，实现弹跳高度和弹跳距离的控制。

（四）附图说明：

图1为本实用新型一种实施方式的立体图。

图2为图1中能量储存释放装置的结构示意图。

图3为图2中的A向视图。

图号标识：1、单腿；2、下基板；3、三轴陀螺仪；3-1、陀螺转子；3-2、内环框架；3-3、中环框架；3-4、外环框架；4、上基板；5、压缩弹簧；6、活塞杆；7、绳轮；8、牵拉绳；9、轮架；10、陀螺转子电机；11、中环电机；12、外环电机；13、蜗轮；14、蜗杆；15、储能电机；16、电磁离合器；17、无线模块；18、运动控制器；19、伺服驱动器；20、电磁组；21、棘轮机构；22、内环编码器；23、中环编码器；24、三叉足；25、棘轮电磁铁；26、回位弹簧；27、压力传感器；28、离合器电磁铁。

（五）具体实施方式：

下面结合附图所示实施方式对本实用新型的技术方案作进一步说明。