[发明专利]一种跳跃力大小和方向可控的跳跃机器人

权利要求书

1.一种跳跃力大小和方向可控的跳跃机器人，其特征在于：包括躯干平台、后肢模块、可控离合收放模块、前肢模块；

所述后肢模块包括两个相同的跳跃腿单元，分别对称固定于躯干平台底面后部左右两侧；跳跃腿单元为由连杆构成的单自由度六杆机构，单自由度六杆机构对角线间由拉簧相连，提供始终垂直拉簧的直线跳跃力；具体为：跳跃腿单元包括后肢固定架、大腿杆固定架、齿轮大腿杆A、齿轮大腿杆B、齿轮小腿杆A、齿轮小腿杆B、小腿杆固定架与拉簧；

其中，后肢固定架固定于躯干平台的后部；大腿杆固定架上部具有连接头，下部为连接架；其中连接头固定于后肢固定架上；齿轮大腿杆A和齿轮大腿杆B的一端为齿轮端，另一端为非齿轮端；齿轮大腿杆A和齿轮大腿杆B的齿轮端分别与连接架前后铰接，形成转动副，且两者齿轮端间相互啮合；齿轮小腿杆A与齿轮小腿杆B的一端为齿轮端，另一端为非齿轮端；齿轮小腿杆A的非齿轮端与齿轮大腿杆A的非齿轮端铰接，形成转动副；齿轮小腿杆B的非齿轮端与齿轮大腿杆B的非齿轮端铰接，形成转动副；小腿杆固定架前后分别与齿轮小腿杆A和齿轮小腿杆B的齿轮端铰接，形成转动副，且两者齿轮端间相互啮合；拉簧两端分别固定于齿轮小腿杆A与齿轮小腿杆B的非齿轮端；

连接架向后倾斜设置，与竖直方向形成45度夹角；小腿杆固定架具有顶部连接架、中部支撑杆与下部脚杆；其中顶部连接架位于大腿杆固定架下部连接架相对位置，且向前倾斜设置，与竖直方向形成45度夹角；中部支撑杆向后倾斜设计，与竖直方向呈10度夹角；下部脚杆与水平面平行设计；

所述可控离合收放模块用于控制拉线的收放，该拉线与两跳跃腿单元相连；可控离合收放模块包括主电机、丝杠主轴、卷线轮、棘轮、棘爪、缓冲弹簧、扭簧与拉线；其中，由主电机驱动丝杠主轴转动；前段为无螺纹段，其上通过轴承安装卷线轮；卷线轮侧壁周向等角度间隔设计有销孔；缓冲弹簧套于丝杠主轴前段，位于卷线轮与主电机之间；丝杠主轴后段为螺纹段，其上螺纹安装有棘轮，棘轮与棘爪配合；棘轮侧壁周向相对位置设计有棘轮销；上述卷线轮上缠绕有两条拉线，两条拉线一端与卷线轮固定，另一端分别固定于两跳跃腿单元上；

所述前肢模块安装于躯干平台前部底面，由舵机驱动前后摆动；前肢模块包括舵机、舵机固定架，左前腿、右前腿固定架、右前腿与腿连杆；其中，左前腿顶端与舵机输出轴固连，右前腿顶端通过右前腿固定架铰接于躯干平台底面，形成转动副；腿连杆两端分别与左前腿和右前腿固连；

跳跃前，棘轮周向上的棘轮销与卷线轮分离，主电机正向驱动丝杠主轴，由于棘爪对棘轮有压力，棘轮不随丝杠主轴旋转，由于内螺纹与丝杠主轴螺纹段啮合而平移；同时，棘轮销插入卷线轮的销孔中，当棘轮与丝杠主轴轴肩贴合后，两者锁死；此时，棘轮随丝杠主轴旋转，进而通过棘轮销驱动卷线轮旋转，带动拉线拉动跳跃腿单元使拉簧拉伸，且通过控制主电机正向旋转角度可控制拉簧拉伸量，从而控制初始跳跃力；并通过控制舵机可调整左前腿和右前腿与躯干平台的夹角，改变后肢模块与地面的夹角，从而控制初始跳跃力方向；

起跳时，主电机反向驱动丝杠主轴，棘轮由于棘爪锁定不随丝杠主轴转动，其沿丝杠主轴螺纹段平移，使棘轮销与卷线轮分离后，卷线轮不受约束可自由转动，拉线不再约束跳跃腿单元，拉簧回弹释放能量，后肢模块驱动躯干平台远离地面，完成起跳；落地后，重复跳跃前动作，进行下一次跳跃。

2.如权利要求1所述一种跳跃力大小和方向可控的跳跃机器人，其特征在于：躯干平台采用碳纤维材料；后肢模块、可控离合收放模块和前肢模块中的各类型腿杆、固定架，以及棘轮、棘爪、卷线轮均采用树脂材料3D打印而成。