專利名稱：仿袋鼠腿形跳躍機(jī)器人結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)器人結(jié)構(gòu)，具體的說(shuō)是一種跳躍機(jī)器人結(jié)構(gòu)。
技術(shù)背景目前，對(duì)于跳躍型機(jī)器人的研究在國(guó)際上尚處于研究性階段，國(guó)內(nèi)也僅有個(gè)別院校開展了相關(guān)研究。1984年美國(guó)麻省理工大學(xué)腿實(shí)驗(yàn)室的M.H.Raibert教授做了開創(chuàng)性 的貢獻(xiàn)。他設(shè)計(jì)了世界上第一個(gè)以跳躍方式運(yùn)動(dòng)的單腿機(jī)器人，解決了單足跳躍機(jī)器 人的起跳姿態(tài)控制和落地時(shí)足部定位算法問題，并在簡(jiǎn)單模型下進(jìn)行了一系列仿真分 析及實(shí)驗(yàn)。專利申請(qǐng)?zhí)枮?00710072236.6，名稱為仿生蝗蟲跳躍機(jī)器人的專利申請(qǐng)，公開了 一種仿生蝗蟲跳躍機(jī)器人。它包括機(jī)體、前腿支撐減震機(jī)構(gòu)、后腿起跳機(jī)構(gòu)；前腿支 撐減震機(jī)構(gòu)包括鉸接在機(jī)體上的套筒， 一端穿在套筒上、另一端與掌片固定的支撐桿， 支撐桿上套有壓簧；后腿起跳機(jī)構(gòu)包括機(jī)體支撐桿、過渡連桿、小腿、大腿、蹬地爪 片，機(jī)體支撐桿固定在機(jī)體上、 一端與大腿鉸接、另外一端與過渡連桿鉸接，小腿中 部與過渡連桿鉸接、 一端與大腿鉸接、末端與蹬地爪片相連，大腿與小腿的鉸接點(diǎn)與 機(jī)體支撐桿與過渡桿的鉸接點(diǎn)之間連接有彈簧；機(jī)體兩側(cè)的小腿，通過小腿連桿連接 在一起；在機(jī)體內(nèi)設(shè)置有能量?jī)?chǔ)存裝置、能量釋放裝置、控制電路和電源。但該方案采用的仿蝗蟲結(jié)構(gòu)使得機(jī)器人腿部過短，重心過低，并且沒有考慮腳趾 在機(jī)器人跳躍中的作用，因此跳躍效率較低。 發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)重心過低、跳躍效率不高的不足，本發(fā)明提供一種跳躍效率高 的仿袋鼠腿形跳躍機(jī)器人結(jié)構(gòu)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是包括機(jī)體l、小腿4、腳掌6和腳趾 7，機(jī)體1上安裝負(fù)載，機(jī)體1下側(cè)通過支撐架2連接機(jī)器人膝關(guān)節(jié)3，機(jī)器人膝關(guān)節(jié) 3通過腿部軸12與機(jī)器人小腿4連接，小腿4的下端為機(jī)器人踝關(guān)節(jié)5，腳掌6與小 腿4在踝關(guān)節(jié)5處通過腳掌軸13連接，踝關(guān)節(jié)5同時(shí)位于腳掌6的1/3處，腳掌6與 腳趾7通過腳趾軸18連接，腳趾軸18位于腳掌6前端，下置彈簧8 —端安裝于腳掌 6后端， 一端安裝于小腿4的2/5處，上置彈簧17—端安裝于小腿4上端， 一端安裝于機(jī)體1的1/2處。動(dòng)力機(jī)構(gòu)9通過上耳環(huán)10和下耳環(huán)11分別與小腿4和腳掌6連接。本發(fā)明工作時(shí)，動(dòng)力機(jī)構(gòu)9通過上耳環(huán)IO和下耳環(huán)11分別向小腿4和腳掌6提 供推力，小腿4和腳掌6在短時(shí)間內(nèi)打開一個(gè)角度，機(jī)器人起跳；當(dāng)機(jī)器人落地時(shí)， 動(dòng)力機(jī)構(gòu)9收縮，同時(shí)由于重力作用，小腿4和腳掌6間夾角縮小，上置彈簧17和下 置彈簧8被拉伸，繼續(xù)能量，幫助下一次起跳。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述機(jī)器人仿照袋鼠設(shè)計(jì)，小腿4和腳掌6的長(zhǎng)度比例 為2: 1，腳掌6和腳趾7的長(zhǎng)度比例為3: 1。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，機(jī)器人機(jī)體1采用雙層結(jié)構(gòu)。機(jī)體中的上層板14上安裝 負(fù)載，下層板15連接支撐架2，上層板14和下層板15之間安裝有一層上身彈簧16， 用來(lái)減少跳躍對(duì)負(fù)載的震動(dòng)影響。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，腳趾7通過腳趾軸18和腳掌6連接，并且腳趾7以腳掌 軸18為中心可以轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)角度受到腳趾彈簧20的限制，腳趾彈簧20 --端安裝在腳 趾7的l/5處， 一端安裝在腳趾彈簧軸19上，腳趾彈簧軸19固定在腳掌6上。機(jī)器 人騰空時(shí)，受腳趾彈簧20的拉力作用，腳趾7與腳掌6位于同一軸線上；機(jī)器人落地 時(shí)，受機(jī)器人本身的重力作用，腳趾7向上翻轉(zhuǎn)，拉伸腳趾彈簧20，起到減震緩沖的 作用，并能在腳趾彈簧中積蓄能量，幫助下一次起跳。同時(shí)，翻轉(zhuǎn)的腳趾能與地面平 行，保證機(jī)器人能夠穩(wěn)定在地面上。本發(fā)明的有益效果是由于采用了仿袋鼠腿形結(jié)構(gòu)，因此腿部長(zhǎng)度可以占到機(jī)器 人總長(zhǎng)度的四分之三以上，增強(qiáng)了跳躍和越障能力。由于將機(jī)器人的負(fù)載安裝在機(jī)體 之上，因此機(jī)器人的重心靠上，能有效提高跳躍的能量利用率。由于采用活動(dòng)腳趾， 更符合跳躍生物特點(diǎn)，提高跳躍效率。由于以上的特點(diǎn)，本發(fā)明提高了機(jī)器人的跳躍 效率，增強(qiáng)了跳躍能力。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)正視圖。圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。圖3是機(jī)體雙層結(jié)構(gòu)示意圖。圖4(a)是機(jī)器人腳趾騰空姿態(tài)示意圖；圖4(b)是機(jī)器人腳趾落地姿態(tài)示意圖。圖中，l-機(jī)體，2-支撐架，3-膝關(guān)節(jié)，4-小腿，5-踝關(guān)節(jié)，6-腳掌，7-腳趾，8-下 置彈簧，9-驅(qū)動(dòng)元件，10-上耳環(huán)，11-下耳環(huán)，12-腿部軸，13-腳掌軸，14-上層板，15-下層板，16-上身彈簧，17-上置彈簧，18-腳趾軸，19-腳趾彈簧軸，20-腳趾彈簧。
具體實(shí)施方式
裝置實(shí)施例參照?qǐng)D1和圖2，本發(fā)明包括機(jī)體1，機(jī)體1上安裝負(fù)載，機(jī)體1下側(cè)通過支撐架2連接機(jī)器人膝關(guān)節(jié)3，機(jī)器人膝關(guān)節(jié)3通過腿部軸12與機(jī)器人小腿 4連接，小腿4的下端為機(jī)器人踝關(guān)節(jié)5，腳掌6與小腿4在踝關(guān)節(jié)5處通過腳掌軸 13連接，踝關(guān)節(jié)5同時(shí)位于腳掌6的1/3處，腳掌6與腳趾7通過腳趾軸18連接，腳 趾軸18位于腳掌6前端，下置彈簧8—端安裝于腳掌6后端， 一端安裝于小腿4的 2/5處，上置彈簧17 —端安裝于小腿4上端， 一端安裝于機(jī)體1的1/2處。動(dòng)力機(jī)構(gòu)9 通過上耳環(huán)10和下耳環(huán)11分別與小腿4和腳掌6連接。驅(qū)動(dòng)元件9可以使用液壓缸 或者氣缸。其中機(jī)器人小腿4、腳掌6和腳趾7的尺寸是按照6: 3: 1比例設(shè)計(jì)的。本發(fā)明工作時(shí)，動(dòng)力機(jī)構(gòu)9通過上耳環(huán)IO和下耳環(huán)11分別向小腿4和腳掌6提 供推力，小腿4和腳掌6在短時(shí)間內(nèi)打開一個(gè)角度，機(jī)器人起跳；當(dāng)機(jī)器人落地時(shí)， 動(dòng)力機(jī)構(gòu)9收縮，同時(shí)由于重力作用，小腿4和腳掌6間夾角縮小，上置彈簧17和下 置彈簧8被拉伸，繼續(xù)能量，幫助下一次起跳。參照?qǐng)D3，為仿袋鼠腿形機(jī)器人機(jī)體雙層結(jié)構(gòu)，機(jī)體中的上層板14上安裝負(fù)載， 下層板15連接支撐架2，上層板14和下層板15之間安裝有一層上身彈簧16，用來(lái)減 少跳躍對(duì)負(fù)載的震動(dòng)影響，上層板14和下層板15通過螺栓固定。參照?qǐng)D4，為機(jī)器人腳趾騰空與落地姿態(tài)示意圖，腳趾7通過腳趾軸18和腳掌6 連接，并且腳趾7以腳掌軸18為中心可以轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)角度受到腳趾彈簧20的限制， 腳趾彈簧20—端安裝在腳趾7的l/5處， 一端安裝在腳趾彈簧軸19上，腳趾彈簧軸 19固定在腳掌6上。因此在騰空和落地時(shí)腳趾有著不同的姿態(tài)。圖4(a)為騰空時(shí)腳趾 姿態(tài)，腳趾彈簧20收縮，腳趾與腳掌處于同一水平線上。圖4(b)為落地時(shí)腳趾姿態(tài)， 腳趾彈簧由于受力被拉伸，腳趾與地面的角度略小于腳掌與地面的角度，再次起跳時(shí)， 腳趾彈簧20釋放能量，提高跳躍能力。
權(quán)利要求
1、仿袋鼠腿形跳躍機(jī)器人結(jié)構(gòu)，包括機(jī)體、小腿、腳掌和腳趾，其特征在于機(jī)體上安裝負(fù)載，機(jī)體下側(cè)通過支撐架連接機(jī)器人膝關(guān)節(jié)，機(jī)器人膝關(guān)節(jié)通過腿部軸與機(jī)器人小腿連接，小腿的下端為機(jī)器人踝關(guān)節(jié)，腳掌與小腿在踝關(guān)節(jié)處通過腳掌軸連接，踝關(guān)節(jié)同時(shí)位于腳掌的1/3處，腳掌與腳趾通過腳趾軸連接，腳趾軸位于腳掌前端，下置彈簧一端安裝于腳掌后端，一端安裝于小腿的2/5處，上置彈簧一端安裝于小腿上端，一端安裝于機(jī)體的1/2處；動(dòng)力機(jī)構(gòu)通過上耳環(huán)和下耳環(huán)分別與小腿和腳掌連接。
2、 根據(jù)利用權(quán)利要求1所述的仿袋鼠腿形跳躍機(jī)器人結(jié)構(gòu)，其特征在T:所述的小腿 和腳掌的長(zhǎng)度比例為2: 1，腳掌和腳趾的長(zhǎng)度比例為3: 1。
3、 根據(jù)利用權(quán)利要求1所述的仿袋鼠腿形跳躍機(jī)器人結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的機(jī)體 采用雙層結(jié)構(gòu)，機(jī)體中的上層板上安裝負(fù)載，下層板連接支撐架，上層板和下 層板之間安裝有一層上身彈簧。
4、 根據(jù)利用權(quán)利要求1所述的仿袋鼠腿形跳躍機(jī)器人結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的腳趾 通過腳趾軸和腳掌連接，并且腳趾以腳掌軸為中心可以轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)角度受到腳 趾彈簧的限制，腳趾彈簧一端安裝在腳趾的1/5處， 一端安裝在腳趾彈簧軸}二， 腳趾彈簧軸固定在腳掌上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種仿袋鼠腿形跳躍機(jī)器人結(jié)構(gòu)，在機(jī)體上安裝負(fù)載，機(jī)體下側(cè)通過支撐架連接機(jī)器人膝關(guān)節(jié)，機(jī)器人膝關(guān)節(jié)通過腿部軸與機(jī)器人小腿連接，小腿的下端為機(jī)器人踝關(guān)節(jié)，腳掌與小腿在踝關(guān)節(jié)處通過腳掌軸連接，踝關(guān)節(jié)同時(shí)位于腳掌的1/3處，腳掌與腳趾通過腳趾軸連接，腳趾軸位于腳掌前端，下置彈簧一端安裝于腳掌后端，一端安裝于小腿的2/5處，上置彈簧一端安裝于小腿上端，一端安裝于機(jī)體的1/2處；動(dòng)力機(jī)構(gòu)通過上耳環(huán)和下耳環(huán)分別與小腿和腳掌連接。本發(fā)明提高了機(jī)器人的跳躍效率，增強(qiáng)了跳躍能力。
文檔編號(hào)B62D57/00GK101244729SQ20081001779
公開日2008年8月20日 申請(qǐng)日期2008年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月26日
發(fā)明者張文濤, 曼 江, 平 沈, 葛文杰 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)