[发明专利]一种基于不完全齿轮组的弹跳腿

说明书

本发明涉及一种弹跳机器人。目的是提供一种基于不完全齿轮组的弹跳腿，该弹跳腿应具有动能转换效率高、可连续跳跃以及弹跳稳定可靠的特点。技术方案是：一种基于不完全齿轮组的弹跳腿，其特征在于：该弹跳腿包括机架、安装在机架上的蓄能弹簧以及施压于机架使蓄能弹簧变形积蓄能量或释放能量进行跳跃的传动组件；所述机架包括由尖型前足与J型后足铰接形成且站稳于地面的主体以及铰接在尖型前足顶端的U型连接件；所述蓄能弹簧包括安装在尖型前足与J型后足铰接点且两端分别施力于尖型前足与J型后足的下关节扭簧以及安装在尖型前足与U型连接件铰接点两端分别施力于尖型前足与U型连接件的上关节扭簧。

技术领域

本发明涉及一种弹跳机器人，具体涉及一种腿部型弹跳机构。

背景技术

跳跃机器因其高效的越障跳跃性，具有前景应用很广泛和重要的战略意义。近年来，越来多的研究人员关注跳跃机器人性能的研究。在跳跃机器人研究中，很多都是模仿具有跳跃能力的生物，如袋鼠和蝗虫等目前地面移动机器人的运动方式主要有轮式、履带式，并且它们在侦查军事和星际探索上已经得到了广泛的使用，但轮式和履带式等机器人却有越障能力差的缺点。

美国卡内基梅隆大学模仿袋鼠研制出了弓腿型跳跃机器人。该机器人重2.5kg，采用100N·m/kg的单向玻璃纤维合成物作弓腿，其腿长25cm。在腾空阶段由能使机器人弓腿成一定角度的驱动器控制，此时腿部储存能量。在着地阶段为被动跳跃，驱动器与腿部分离，其腿部释放能量。最高奔跑速度略高于1m/s，该腿部机构重量较大且无法实现机器人弹跳的连续性，对于机器人的结构要求较高。

日本仙台东北大学等人制作了仿狗的单足弹跳机器人模型并进行了实验研究，并就腿部弹簧的安装位置对弹跳性能的影响进行了对比分析。该机器人整体质量13.26Kg，采用一个2200N、2.21m/s的液压缸和一个1000N/m的弹簧作为动力元件，最大步长为0.52m，但没有考虑机器人着陆时能量的回收，一次跳跃损失能量较多。

以色列特拉维夫大学的一个研究团队TAUB，应用最新3D打印技术开发了一款具有高效越障能力的仿蝗虫机器人，也叫做“TAUB”，该机器人可以利用仅5英寸长28克重的机体实现3.4米的跳跃高度，1.4米的跳远度。这个小巧的机器人结构简单，腿部材质为硬炭棒，以一个3D打印的ABS作为材质主体，并用弹簧、小电池和微控制器驱动机器人的跳跃运动。研究人员通过对蝗虫跳跃机理及运动特性的研究，设计了这款高效跳跃的机器人，但存在无法保证弹跳的平稳性，无法调节弹跳高度与起跳角度的问题。

发明内容

本发明的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种基于不完全齿轮组的弹跳腿，该弹跳腿应具有动能转换效率高、可连续跳跃以及弹跳稳定可靠的特点。

本发明提供的技术方案是：一种基于不完全齿轮组的弹跳腿，其特征在于：

该弹跳腿包括机架、安装在机架上的蓄能弹簧以及施压于机架使蓄能弹簧变形积蓄能量或释放能量进行跳跃的传动组件；

所述机架包括由尖型前足与J型后足铰接形成且站稳于地面的主体以及铰接在尖型前足顶端的U型连接件；

所述蓄能弹簧包括安装在尖型前足与J型后足铰接点且两端分别施力于尖型前足与J型后足的下关节扭簧以及安装在尖型前足与U型连接件铰接点两端分别施力于尖型前足与U型连接件的上关节扭簧；

所述传动组件包括固定在J型后足顶端的扇形齿轮、可转动地安装在尖型前足与U型连接件铰接点且与扇形齿轮啮合的直齿轮、可转动地定位在U型连接件顶端的不完全齿轮以及安装在U型连接件且驱动不完全齿轮的电机。

所述扇形齿轮的轴线，同轴于尖型前足与J型后足铰接点轴线，位于尖型前足的中部与J型后足的顶端；所述直齿轮轴线，同轴于尖型前足与U型连接件铰接点轴线，位于尖型前足的顶端与U型连接件的底端；所述不完全齿轮轴线，同轴于电机转轴轴线，位于U型连接件的顶端。