[发明专利]一种基于张拉整体原理的跳跃机器人及其工作方法

权利要求书

1.一种基于张拉整体原理的跳跃机器人，其特征在于，包括两个可受控产生弯曲变形的弹性弯杆、多个柔性元件和驱动结构；

所述跳跃机器人呈包含四个相同三角形面的四面体结构，第一柔性元件位于四面体结构的六条棱边，所述两个弹性弯杆处于四面体结构形成的包络面的内部，所述两个弹性弯杆通过第二柔性元件连接；当四面体结构着地时，其中一个三角形面与地面接触，此时两个弹性弯杆中的一个弹性弯杆所在平面与地面垂直；

所述驱动结构，用于控制第二柔性元件收缩以使弹性弯杆产生形变从而储存弹性势能，当弹性弯杆储存的弹性势能瞬间释放时，通过四面体结构与地面之间的反作用力使机器人产生跳跃运动。

2.如权利要求1所述的一种基于张拉整体原理的跳跃机器人，其特征在于，所述机器人还包括多个触地模块，四面体结构的每个顶点设置一个触地模块；所述第一柔性元件包括四条弹性绳和两条钢丝绳；每条弹性绳两端均和触地模块固定；每条钢丝绳一端和触地模块固定连接，另一端和驱动结构的一端连接，驱动结构另一端和触地模块固定连接。

3.如权利要求2所述的一种基于张拉整体原理的跳跃机器人，其特征在于，所述两条钢丝绳上均固定活动楔块。

4.如权利要求2所述的一种基于张拉整体原理的跳跃机器人，其特征在于，所述驱动结构包括固定座、固定臂、固定楔块、电机、固定臂销轴、扭簧、转轴和活动臂；

所述固定座一端和触地模块固定连接，所述电机一端与固定座固定连接，另一端通过电机输出轴与绳索连接；所述固定臂一端与固定座固定连接，另一端通过固定臂销轴与活动臂转动连接，固定臂销轴上安装有扭簧；所述固定楔块的一端与固定座固定连接，另一端呈锥形楔块状。

5.如权利要求4所述的一种基于张拉整体原理的跳跃机器人，其特征在于，所述扭簧的臂角为180°。

6.如权利要求4所述的一种基于张拉整体原理的跳跃机器人，其特征在于，所述驱动机构包含两种工作状态，锁紧状态与释放状态；

在锁紧状态，活动臂一端被固定楔块钩住，扭簧被压缩变形改变两个臂角之间的角度；在这一状态中，电机输出轴转动时，带动绳索被卷绕在电机输出轴上，两个对应触地模块之间的距离相应缩短，活动楔块逐渐接近驱动机构一端；

当电机转动一定时间之后，活动楔块会与固定楔块接触，并逐渐将固定楔块顶开，使固定楔块与活动臂脱离接触，此时，活动臂在扭簧的作用力下弹开，驱动机构进入释放状态，在这一状态，电机输出轴上的绳索从电机输出轴上脱落。

7.如权利要求1所述的一种基于张拉整体原理的跳跃机器人，其特征在于，所述弹性弯杆的材质为弹簧钢或碳纤维刚弹性材料。

8.一种基于如权利要求1-7中任一项所述的一种基于张拉整体原理的跳跃机器人的工作方法，其特征在于，包括：

初始状态下，驱动机构处于锁紧状态，四面体任意一面与地面接触，此时两个弹性弯杆中的一个弹性弯杆所在平面与地面垂直；

利用驱动机构控制第二柔性元件收缩以使弹性弯杆产生形变从而储存弹性势能；

当第二柔性元件被收缩至一定程度，触发驱动机构进入释放状态，弹性弯杆储存的弹性势能在瞬间释放时，通过四面体结构与地面之间的反作用力使机器人产生跳跃运动。

9.如权利要求8所述的一种基于张拉整体原理的跳跃机器人的工作方法，其特征在于，所述利用驱动机构控制第二柔性元件收缩以使弹性弯杆产生形变从而储存弹性势能，具体包括：

活动臂一端被固定楔块钩住，扭簧被压缩变形改变两个臂角之间的角度；在这一状态中，电机输出轴转动时，带动第二柔性元件卷绕在电机输出轴上，两个对应触地模块之间的距离相应缩短，活动楔块逐渐接近驱动机构一端，从而使弹性弯杆产生形变从而储存弹性势能。

10.如权利要求8所述的一种基于张拉整体原理的跳跃机器人的工作方法，其特征在于，所述当第二柔性元件被收缩至一定程度，触发驱动机构进入释放状态，具体包括：

当电机转动一定时间之后，活动楔块会与固定楔块接触，并逐渐将固定楔块顶开，使固定楔块与活动臂脱离接触，此时，活动臂在扭簧的作用力下弹开，驱动机构进入释放状态，在这一状态，和电机输出轴上连接的第二柔性元件从电机输出轴上脱落，从而使弹性弯杆储存的弹性势能在瞬间释放。