專利名稱：仿袋鼠腿形跳躍機器人結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種機器人結(jié)構(gòu)，具體的說是一種跳躍機器人結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前，對于跳躍型機器人的研究在國際上尚處于研究性階段，國內(nèi)也僅有個別院校開展了相關(guān)研究。1984年美國麻省理工大學(xué)腿實驗室的M.H.Raibert教授做了開創(chuàng)性的貢獻(xiàn)。他設(shè)計了世界上第一個以跳躍方式運動的單腿機器人，解決了單足跳躍機器人的起跳姿態(tài)控制和落地時足部定位算法問題，并在簡單模型下進(jìn)行了一系列仿真分析及實驗。
專利申請?zhí)枮?00710072236.6，名稱為仿生蝗蟲跳躍機器人的專利申請，公開了一種仿生蝗蟲跳躍機器人。它包括機體、前腿支撐減震機構(gòu)、后腿起跳機構(gòu)；前腿支撐減震機構(gòu)包括鉸接在機體上的套筒， 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；后腿起跳機構(gòu)包括機體支撐桿、過渡連桿、小腿、大腿、蹬地爪片，機體支撐桿固定在機體上、 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與機體支撐桿與過渡桿的鉸接點之間連接有彈簧；機體兩側(cè)的小腿，通過小腿連桿連接在一起；在機體內(nèi)設(shè)置有能量儲存裝置、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)使得機器人腿部過短，重心過低，并且沒有考慮腳趾在機器人跳躍中的作用，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，本實用新型提供一種跳躍效率高的仿袋鼠腿形跳躍機器人結(jié)構(gòu)。
本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是包括機體1、小腿4、腳掌6和腳趾7，機體1上安裝負(fù)載，機體1下側(cè)通過支撐架2連接機器人膝關(guān)節(jié)3，機器人膝關(guān)節(jié)3通過腿部軸12與機器人小腿4連接，小腿4的下端為機器人踝關(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
3端安裝于機體1的1/2處。動力機構(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。
本實用新型工作時，動力機構(gòu)9通過上耳環(huán)10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在短時間內(nèi)打開一個角度，機器人起跳；當(dāng)機器人落地 時，動力機構(gòu)9收縮，同時由于重力作用，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。
作為本實用新型的優(yōu)選方案，所述機器人仿照袋鼠設(shè)計，小腿4和腳掌6的長度 比例為2: 1，腳掌6和腳趾7的長度比例為3: 1。
作為本實用新型的優(yōu)選方案，機器人機體1采用雙層結(jié)構(gòu)。機體中的上層板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，用來減少跳躍對負(fù)載的震動影響。
作為本實用新型的優(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，轉(zhuǎn)動角度受到腳趾彈簧20的限制，腳趾彈簧20 —端安 裝在腳趾7的1/5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。 機器人騰空時，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；機器人 落地時，受機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，翻轉(zhuǎn)的腳趾能與地 面平行，保證機器人能夠穩(wěn)定在地面上。
本實用新型的有益效果是由于采用了仿袋鼠腿形結(jié)構(gòu)，因此腿部長度可以占到 機器人總長度的四分之三以上，增強了跳躍和越障能力。由于將機器人的負(fù)載安裝在 機體之上，因此機器人的重心靠上，能有效提高跳躍的能量利用率。由于采用活動腳 趾，更符合跳躍生物特點，提高跳躍效率。由于以上的特點，本實用新型提高了機器 人的跳躍效率，增強了跳躍能力。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進(jìn)一步說明。

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)正視圖。
圖2是本實用新型的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。
圖3是機體雙層結(jié)構(gòu)示意圖。圖4(a)是機器人腳趾騰空姿態(tài)示意圖；圖4(b)是機器人腳趾落地姿態(tài)示意圖。 圖中，i—機體，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)動元件，10-上耳環(huán)，U-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。
具體實施方式

裝置實施例參照圖1和圖2，本實用新型包括機體1，機體1上安裝負(fù)載，機體
1下側(cè)通過支撐架2連接機器人膝關(guān)節(jié)3，機器人膝關(guān)節(jié)3通過腿部軸12與機器人小 腿4連接，小腿4的下端為機器人踝關(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， 一端安裝于機體l的1/2處。動力機 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)動元件9可以使用液 壓缸或者氣缸。其中機器人小腿4、腳掌6和腳趾7的尺寸是按照6: 3: 1比例設(shè)計 的。
本實用新型工作時，動力機構(gòu)9通過上耳環(huán)10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在短時間內(nèi)打開一個角度，機器人起跳；當(dāng)機器人落地 時，動力機構(gòu)9收縮，同時由于重力作用，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。
參照圖3，為仿袋鼠腿形機器人機體雙層結(jié)構(gòu)，機體中的上層板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，用來減 少跳躍對負(fù)載的震動影響，上層板14和下層板15通過螺栓固定。
參照圖4，為機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，轉(zhuǎn)動角度受到腳趾彈簧20的限制， 腳趾彈簧20 —端安裝在腳趾7的1/5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腳趾有著不同的姿態(tài)。圖4(a)為騰空時腳趾 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， 腳趾彈簧20釋放能量，提高跳躍能力。
權(quán)利要求1、仿袋鼠腿形跳躍機器人結(jié)構(gòu)，包括機體、小腿、腳掌和腳趾，其特征在于機體上安裝負(fù)載，機體下側(cè)通過支撐架連接機器人膝關(guān)節(jié)，機器人膝關(guān)節(jié)通過腿部軸與機器人小腿連接，小腿的下端為機器人踝關(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，一端安裝于機體的1/2處；動力機構(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器人結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的小腿 和腳掌的長度比例為2: 1，腳掌和腳趾的長度比例為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器人結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的機體 采用雙層結(jié)構(gòu)，機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，轉(zhuǎn)動角度受到腳 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上， 腳趾彈簧軸固定在腳掌上。
專利摘要本實用新型公開了一種仿袋鼠腿形跳躍機器人結(jié)構(gòu)，在機體上安裝負(fù)載，機體下側(cè)通過支撐架連接機器人膝關(guān)節(jié)，機器人膝關(guān)節(jié)通過腿部軸與機器人小腿連接，小腿的下端為機器人踝關(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，一端安裝于機體的1/2處；動力機構(gòu)通過上耳環(huán)和下耳環(huán)分別與小腿和腳掌連接。本實用新型提高了機器人的跳躍效率，增強了跳躍能力。
文檔編號B62D57/032GK201276158SQ200820028650
公開日2009年7月22日 申請日期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 申請人:西北工業(yè)大學(xué)