[发明专利]一种基于压电驱动的腿式跳跃机器人及其控制方法

权利要求书

1.一种基于压电驱动的腿式跳跃机器人，其特征在于，包括第一至第四驱动足、第一至第四PVC薄膜层、第一和第二形状记忆合金弹簧、第一和第二弹跳腿、第三弹簧和止动片，其中：

第一至第四PVC薄膜层由上至下依次设置，两两之间有空隙，且其两端相互粘结，第二PVC薄膜层两端粘结端预留第一延伸部用来安装第一至第四驱动足；

第一和第四PVC薄膜层呈“Z”字形状，用来使第三PVC薄膜层变形，中间分别设有第一开口和第二开口；第一形状记忆合金弹簧穿过第一开口，两端固定在第一PVC薄膜层上；第二形状记忆合金弹簧穿过第二开口，两端固定在第四PVC薄膜层上；

第二PVC薄膜层呈“工”字形状，中间窄处用来给第一和第三PVC薄膜提供变形空间，同时安装止动片；

第三PVC薄膜层用来储存和释放应变能，中间设有第三开口，以使第三PVC薄膜层穿过第二PVC薄膜层的中间窄处，折叠呈“V”字形状，且第三PVC薄膜层的横向两侧预留第二延伸部用来安装第一和第二弹跳腿；第三弹簧跨过第三开口，两端固定在第三PVC薄膜层上；

第一至第四驱动足均采用压电双晶片，一端为自由振动端、另一端与第二PVC薄膜层纵向两端第一延伸部固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于压电驱动的腿式跳跃机器人，其特征在于：止动片呈梯形，一端固定在第二PVC薄膜层中间窄处。

3.根据权利要求1所述的一种基于压电驱动的腿式跳跃机器人，其特征在于：所述第三弹簧为不锈钢弹簧。

4.一种基于压电驱动的腿式跳跃机器人的控制方法，其特征在于，该机器人包括第一至第四驱动足、第一至第四PVC薄膜层、第一和第二形状记忆合金弹簧、第一和第二弹跳腿、第三弹簧和止动片，其中：

第一至第四PVC薄膜层由上至下依次设置，两两之间有空隙，且其两端相互粘结，第二PVC薄膜层两端粘结端预留第一延伸部用来安装第一至第四驱动足；

第一和第四PVC薄膜层呈“Z”字形状，用来使第三PVC薄膜层变形，中间分别设有第一开口和第二开口；第一形状记忆合金弹簧穿过第一开口，两端固定在第一PVC薄膜层上；第二形状记忆合金弹簧穿过第二开口，两端固定在第四PVC薄膜层上；

第二PVC薄膜层呈“工”字形状，中间窄处用来给第一和第三PVC薄膜提供变形空间，同时安装止动片；

第三PVC薄膜层用来储存和释放应变能，中间设有第三开口，以使第三PVC薄膜层穿过第二PVC薄膜层的中间窄处，折叠呈“V”字形状，且第三PVC薄膜层的横向两侧预留第二延伸部用来安装第一和第二弹跳腿；第三弹簧跨过第三开口，两端固定在第三PVC薄膜层上；

控制方法包括机器人直线运动控制方法、机器人跳跃运动控制方法和机器人跳跃后恢复原状的控制方法；

其中，机器人直线运动控制方法包括：

初始状态时，机器人四个驱动足均着地，用以支撑其身体，此时，若对第一至第四驱动足施加同幅同频的正余弦电压，则机器人开始直线运动；

跳跃运动时，机器人没有恢复原状，第一和第二驱动足以及第一和第二弹跳腿着地，第三和第四驱动足离地，对第一至第二驱动足施加同幅同频的正余弦电压，则机器人产生向前的直线运动，即由跳跃运动变为直线运动；

机器人跳跃运动控制方法为：

加热第一形状记忆合金弹簧，带动第一PVC薄膜层产生折叠变形，第一PVC薄膜层对第三PVC薄膜层施加压力，第三PVC薄膜层发生弯曲变形并储存能量，在超过弯曲极限时发生反转而释放能量，同时打开第一和第二弹跳腿，触地弹跳，机器人向斜上方跳跃；

机器人跳跃后恢复原状的控制方法为：

机器人跳跃后，第一和第二驱动足以及第一和第二弹跳腿着地，第三和第四驱动足离地，加热第二形状记忆合金弹簧，带动第四PVC薄膜层产生折叠变形，第四PVC薄膜层对第三PVC薄膜层施加压力，第三PVC薄膜层发生弯曲变形并储存能量，在超过弯曲极限时发生反转而释放能量，机器人竖直跳跃，同时收起第一至第二弹跳腿，第一至第四驱动足着地，机器人恢复原状。