一种仿生刚性冲击式不倒翁跳跃机器人及其跳跃方法与流程

1.本发明涉及仿生跳跃机器人，特别涉及一种仿生刚性冲击式不倒翁跳跃机器人及其跳跃方法。


背景技术：

2.自然界中许多生物使用跳跃行为来实现躲避捕食者、快速移动与越障的有效方式。而随着科技发展，人类逐渐趋向于使用机器人代替人去环境恶劣，工况复杂的环境中工作，而跳跃行为被视为移动机器人在遇到突发情况或障碍时有效的运动方式，因此，依据生物跳跃行为制作仿生跳跃机器人具有重要意义。
3.当前大部分仿生跳跃机器人存在着：结构复杂、起跳后姿态不受控制、无法重复跳跃行为、跳跃性能并未能达到理想状态等问题，而许多跳跃昆虫，通过改变身体结构与运动方式来强化跳跃能力，例如蝗虫：通过跳跃足胫节的特殊结构，形成一种杠杆比率变化的杠杆结构，强化跳跃能力，而蚤蝼则通过跳跃足胫节完全蜷曲在股节下方，不与基底接触，跳跃时通过刚性冲击的方式强化跳跃能力等，基于此背景，本发明创新发明了一种跳跃能力强，落地姿态可控的仿生跳跃机器人及方法。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种仿生刚性冲击式不倒翁跳跃机器人及其跳跃方法。
5.一种仿生刚性冲击式不倒翁跳跃机器人，包括有躯体模块、传动装置和跳跃机构，躯体模块内部安装部分传动装置，躯体模块使用c孔、d孔对传动装置进行限位，传动装置的重心在垂直高度低于a孔与b孔的垂直高度；躯体模块通过a孔与b孔与跳跃机构e孔，使用第一圆柱销与第二圆柱销，将两个跳跃机构安装于躯体模块两侧；躯体模块由上壳体、下壳体、第一圆柱销和第二圆柱销组成，上壳体下端内侧与下壳体上端外侧制作有配套螺纹，上壳体与下壳体通过螺纹配合固定；下壳体为半圆形状，下壳体分布a孔、b孔、c孔与d孔；第一圆柱销与a孔过盈配合，第二圆柱销与b孔过盈配合；传动装置由电机、主动锥齿轮、从动锥齿轮、轴承、传动轴、绞盘与支撑隔板组成；支撑隔板由横板与两个竖板构成，竖板上打有孔，竖板在横板上方对称分布，电机固定于两个竖板之间，支撑隔板固定于下壳体内部，竖直方向电机安装高度低于a孔、b孔；电机输出轴安装有主动锥齿轮，主动锥齿轮的一侧安装有从动锥齿轮，从动锥齿轮与传动轴固定，轴承内侧与传动轴固定，轴承外侧与竖板固定，传动轴穿过d孔后与绞盘固定；主动锥齿轮另一侧对称安装从动锥齿轮、轴承、传动轴、绞盘，其中，传动轴穿过c孔与绞盘固定；跳跃机构由股节杆、伸肌弹簧、胫节杆、电磁铁装置、屈肌绳索与铁块组成；其中股节杆通过e孔与躯体模块固定，股节杆另一侧通过胫节杆g柱铰接；伸肌弹簧安装在股节杆上方，一侧与股节杆固定，另一侧与胫节杆固定；股节杆下方安装有电磁铁装置；胫节杆末端嵌入铁块，屈肌绳索一侧与胫节杆h孔安装，另一侧通过股节杆内部与绞盘安装，胫节杆面a与面b所形成的钝角为144
°
，面b与面c所形成的钝角为
143
°
。
6.一种仿生刚性冲击式不倒翁跳跃机器人的跳跃方法，该方法如下：
7.一次起跳周期内，为三个阶段：
8.第一阶段：电机开始工作，通过传动装置带动绞盘转动，缠绕屈肌绳索，屈肌绳索的缠绕拉动胫节杆屈曲，随着胫节杆屈曲，拉动伸肌弹簧储能，随着动伸肌弹簧发生形变，伸肌弹簧形变需要的力逐渐增大，与屈肌绳索所提供的拉力逐渐平衡，胫节杆旋转速度逐渐降低；
9.第二阶段：电机持续工作，电磁铁装置开始工作，在电磁铁装置与铁块的吸引力加持下，胫节杆继续旋转，伸肌弹簧形变持续增大，胫节杆脱离地面，完全屈曲于股节杆下方；
10.第三阶段：电机停止工作，电磁铁装置停止工作，在伸肌弹簧的拉动下，胫节杆迅速伸展，机器人完成起跳。
11.本发明的有益效果是：
12.1、本发明实现在跳跃落地后恢复起跳前直立状态，确保该跳跃机器人可重复跳跃。
13.2、本发明实现在起跳前胫节杆与基底不接触，起跳开始时，胫节杆阻力极小，胫节杆旋转速度迅速增加，与基底接触后产生刚性冲击，产生的惯性力增大，强化起跳速度。
14.3、本发明利用胫节杆独特结构可以使胫节杆完全蜷曲于股节杆下侧，且优化了屈肌绳索对胫节杆的作用角度：屈肌绳索对胫节杆施加力的角度接近90
°
，从而使得胫节杆对伸肌弹簧的拉伸能力增强，强化了跳跃机构的储能能力。
15.4、本发明利用电磁铁装置对铁块的吸引力进一步强化了跳跃机构的储能能力上限。
附图说明
16.图1为本发明的立体图；
17.图2为本发明的躯体模块爆炸图；
18.图3为本发明的传动装置爆炸图；
19.图4为本发明的支撑隔板立体图；
20.图5为本发明的跳跃机构立体图；
21.图6为本发明的跳跃机构正视图；
22.图7为本发明的正视图；
23.图8为本发明的胫节杆立体图；
24.图9为图8中的ⅰ处放大图。
具体实施方式
25.如图1至图9所示，一种仿生刚性冲击式不倒翁跳跃机器人，包括有躯体模块1、传动装置2和跳跃机构3，躯体模块1内部安装部分传动装置2，躯体模块1使用c孔、d孔对传动装置2进行限位，传动装置2的重心在垂直高度低于a孔与b孔的垂直高度；躯体模块1通过a孔与b孔与跳跃机构3的e孔，使用第一圆柱销13与第二圆柱销14，将两个跳跃机构3安装于躯体模块1两侧，躯体模块1由上壳体11、下壳体12、第一圆柱销13和第二圆柱销14组成；上
壳体11下端内侧与下壳体12上端外侧制作有配套螺纹，上壳体11与下壳体12通过螺纹配合固定。下壳体12为半圆形状，下壳体12分布a孔、b孔、c孔与d孔，第一圆柱销13与a孔过盈配合，第二圆柱销14与b孔过盈配合。
26.传动装置2由电机21、主动锥齿轮22、从动锥齿轮23、轴承24、传动轴25、绞盘26与支撑隔板27组成，支撑隔板27由横板271与两个竖板272构成，竖板272上打有孔，竖板272在横板271上方对称分布，电机21固定于两个竖板272之间，支撑隔板27固定于下壳体12内侧，竖直方向电机21安装高度低于a孔、b孔，电机21输出轴安装有主动锥齿轮22，主动锥齿轮22的一侧安装有从动锥齿轮23，从动锥齿轮23与传动轴25固定，轴承24内侧与传动轴25固定，轴承24外侧与竖板272固定,传动轴25穿过d孔后与绞盘26固定，主动锥齿轮22另一侧对称安装从动锥齿轮23、轴承24、传动轴25、绞盘26，其中，传动轴25穿过c孔与绞盘26固定；跳跃机构由股节杆31、伸肌弹簧32、胫节杆33、电磁铁装置34、屈肌绳索35与铁块36组成；其中股节杆31通过e孔与躯体模块1固定，股节杆31另一侧通过胫节杆33g柱铰接；伸肌弹簧32安装在股节杆31上方，一侧与股节杆31固定，另一侧与胫节杆33固定；股节杆31下方安装有电磁铁装置34；胫节杆36末端嵌入铁块36；屈肌绳索35一侧与胫节杆33的h孔安装，另一侧通过股节杆31内部与绞盘26安装；胫节杆33中面a与面b所形成的钝角为144
°
，面b与面c所形成的钝角为143
°
；
27.一种仿生刚性冲击式不倒翁跳跃机器人的跳跃方法，该方法如下：
28.一次起跳周期内，分为三个阶段：
29.第一阶段：电机21开始工作，通过传动装置2带动绞盘26转动，缠绕屈肌绳索35；屈肌绳索35的缠绕拉动胫节杆33屈曲；随着胫节杆33屈曲，拉动伸肌弹簧32储能；
30.第二阶段：电机21持续工作，电磁铁装置34开始工作，使胫节杆33脱离地面，完全蜷曲于股节杆31下方；
31.第三阶段：电机21停止工作，电磁铁装置34停止工作，在伸肌弹簧32的拉动下，胫节杆33开始迅速伸展。