[发明专利]一种单驱动式能量可调的弹跳腿机构

说明书

本发明提供了一种单驱动式能量可调的弹跳腿机构，包括机架，机架下部通过髋关节仿件转动连接有大腿仿件，大腿仿件下部通过膝关节仿件转动连接有小腿仿件，小腿仿件底端设置有足部仿件。本发明采用单电机驱动实现髋关节仿件和膝关节仿件的弯曲控制，减少了动力源，同时大大减小了弹跳腿的重量，可根据髋关节仿件和膝关节仿件弯曲角度的大小来调节跳跃到指定高度所需的能量；本发明采用牵引线直接驱动膝关节仿件，使大腿仿件和小腿仿件的旋转角度呈线性关系；通过串联弹簧储能机制，提高了弹跳腿的灵活性；通过合理的重心设计、大腿仿件和小腿仿件的长度设计，使弹跳腿的物理模型接近理想的倒立摆模型，以降低控制难度。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种单驱动式能量可调的弹跳腿机构。

背景技术

科技的快速发展使机器人在人类的各类活动中承担着越来越重要的任务，同时，机器人面临的工作环境也越来越复杂，如太空探索、山地侦察、坍塌或爆炸后的救援等。为了使机器人可以适应各类复杂地理环境，人们正在开发各种各样运动模式的移动机器人。

对目前的地面移动机器人来说，弹跳机器人相对于轮式、履带式和足式机器人有更强的越障能力和环境适应力。由于弹跳运动的着地点离散，所以在非结构化地形上可以更好的适应复杂地貌，有效地规避规避风险及越障，故在废墟搜救、反恐作战、考古探测、战场侦察和星际探测等领域中有广阔的应用前景。特别是在星际探测领域，如火星和月球的低重力环境下，小型弹跳机器人运动所需能量较少，环境适应能力较强，可辅助星球车完成探测任务，有效的扩展探测范围，提高探测效率，相较于轮式和履带式等其他运动模式，弹跳运动能发挥更大的优势。

为了赋予机器人更强的越障能力和环境适应力，本发明从动物的弹跳运动中汲取灵感，设计一种单驱动式能量可调的弹跳腿。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种单驱动式能量可调的弹跳腿机构，该弹跳腿机构通过串联弹簧的方式提高弹跳腿的能量输出；通过零部件的安装布局，使弹跳腿的重心靠近髋关节转轴；通过设计相等的大腿仿件和小腿仿件的长度，使髋关节转轴与膝关节转轴之间的直线距离等于膝关节转轴与足部仿件中心处之间的直线距离，并且设计膝关节仿件的驱动方式，实现大腿仿件的旋转角度和小腿仿件的旋转角度呈线性关系，且弹跳腿足点的运动轨迹为一条垂直于机架的直线。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种单驱动式能量可调的弹跳腿机构，其特征在于，包括机架，所述机架下部通过髋关节仿件转动连接有大腿仿件，所述大腿仿件下部通过膝关节仿件转动连接有小腿仿件，所述小腿仿件底端设置有足部仿件。

所述机架上固定安装有电机，所述电机的输出轴末端固定安装有电机输出齿轮，所述机架上设置有电磁离合器，所述电机输出齿轮与电磁离合器传动齿轮啮合，所述机架上转动安装有髋关节转轴，所述髋关节转轴与电磁离合器传动轴固定连接，所述髋关节仿件固定安装在所述髋关节转轴上，所述髋关节转轴为D型轴，所述髋关节仿件设置有用于安装髋关节转轴的D型孔。

电机通过电机输出齿轮输出动力，带动电磁离合器传动齿轮旋转，电磁离合器传动齿轮的齿数大于电机输出齿轮的齿数，以增加电机的输出扭矩。当电磁离合器吸合时，即电磁离合器传动齿轮和电磁离合器传动轴同步转动，电机带动电磁离合器传动轴旋转，电磁离合器传动轴与髋关节旋转轴连接安装，可实现同步转动。到此，实现了电机带动髋关节仿件的转动。

所述机架上转动安装有卷线轴，所述卷线轴上在所述机架外固定安装有卷线轴传动齿轮，所述髋关节转轴上在所述机架外固定安装有髋关节转轴传动齿轮，所述卷线轴传动齿轮与髋关节转轴传动齿轮啮合，所述卷线轴上在所述机架内固定安装有卷线筒，所述卷线轴为D型轴，所述卷线筒上设置有用于安装卷线轴的D型孔。

通过卷线轴传动齿轮和髋关节旋转轴传动齿轮的啮合传动，可实现髋关节旋转轴到卷线轴的等比例动力传动，所述卷线轴传动齿轮与髋关节转轴传动齿轮的传动比为2：1。