[实用新型]一种单腿跳跃机器人

说明书

所属技术领域

本实用新型涉及一种可以自由行走的运输工具，特别是一种使用单足跳跃方式行走的、适应崎岖道路的机器人。

背景技术

目前公知的单腿跳跃机器人，如美国麻省理工学院学生发明的单腿跳跃机器人和卡耐基梅隆大学学生所设计的机器人，它是由身体、活动足、活动足伸缩弹性体、活动足摆动关节，活动足摆动控制单元、身体姿态测量装置组成。机器人跳动行走过程如下：活动足与地面接触后，活动足伸缩弹性体压缩并释放，使机器人跳起，完成一个行走过程。为保证机器人的正确姿态，身体姿态测量装置测量机器人触地前的姿态，并根据计算，得出使身体平衡和向前移动所需要的活动足触地角度，把该角度值输送给活动足摆动控制单元，调整活动足的摆动角度，使触底后地面的作用力恢复身体平衡，并按要求方向前行一定距离。活动足摆动关节使活动足可以相对身体摆动一定角度，同时承担了跳跃时的冲击力。但是，现在的单腿跳机器人，活动足摆动关节要求两个方向的摆动，只能采用万象架式支承或球铰，不仅结构复杂，而且由于触地时的冲击力很大，活动足摆动控制单元的作动器要求有自锁特性，但万象架或球铰的与作动器的连接保证自锁较困难。美国麻省理工学院学生发明的单腿跳跃机器人使用万象架作为活动足摆动关节，作动器使用电动机驱动的蜗轮蜗杆结构固定在象架上，使活动足转动惯量大大增加，这不仅要求较大的驱动力矩，同时也必须增加身体的质量，以减少活动足摆动时身体的方向转动，提高控制精度。而卡耐基梅隆大学学生使用球铰作为活动足摆动关节，但使用不带自锁的拉索系统作为活动足摆动控制单元的作动器，虽然大大减轻活动足的转动惯量，从而使机器人的重量得到减轻。但是，由于不能自锁，为防止失稳，它的角度摆动范围很小，因此能够稳定工作的范围也就很小。

发明内容

为了克服上述活动足摆动关节的不足，既能实现关节的自锁，又能减少活动足的转动惯量，本实用新型提出了一种解决方案，可以解决关节自锁，又可减少活动足转动惯量的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：它有身体、活动足、活动足伸缩弹性体、活动足摆动关节，活动足摆动控制单元、身体姿态测量装置，其特征在于：活动足摆动关节是一个只可以在一个方向摆动的铰支，在活动足和身体之间有可以转动的足上体和使足上体保持与身体转动关系的转动关节，用于驱动足上体转动角度的转角驱动装置。把原来的可以两个方向转动的活动足摆动关节变为一个可以转动的转动关节和一个与可以相对于身体转动的足上体单方向摆动的活动足摆动关节。通过转动摆动方向来适应需要活动足在两个方向的调节。具体的工作过程如下：

·当本实用新型所述的机器人在空中时，身体姿态测量装置测量身体的倾斜位置，并把它分解为倾斜角和最大倾斜的方位角，活动足摆动控制单元根据控制策略，驱动活动足相对身体的摆角，同时利用方位角信号通过转角驱动装置使足上体转动，带动活动足摆动关节转动，转动到活动足的摆动方向就是倾斜方向，完成活动足的调整。

·当本实用新型所述的机器人地面接触后，活动足伸缩弹性体压缩并释放，使机器人沿活动足倾斜角方向跳起，实现一个步距的行走，同时也能调整身体的姿态。由于转动关节可以采用简单的轴承座支承，转动角的驱动主体部分可以放置于身体之上，通过传动驱动其转动。活动足摆动关节使用简单的铰支，只有当个方向摆动，驱动的作动器自锁简单，可以解决关节自锁，又可减少活动足转动惯量的问题。

本实用新型的有益效果是，可以降低摆角转动惯量、实现摆角作动器自锁，有较大的调节范围，结构简单。

附图说明

图1是本实用新型的结构原理示意图。

图中1.身体，2.活动足，3.活动足伸缩弹性体，4.活动足摆动关节，5.活动足摆动控制单元，6.身体姿态测量装置，7.足上体，8.转动关节，9.转角驱动装置。

具体实施方式

在图1中，转动关节(8)可以使用滚动轴承支承，支承于身体(1)和足上体(7)之间，转角驱动装置(9)固定在身体(1)上，它与足上体(7)之间的传动可以是齿轮、皮带或曲柄连杆。活动足(2)和足上体(7)之间使用销和销孔的方式铰支，也可以使用用两个轴承支承短轴的形式铰支，还可以使用凸耳的形式铰支。活动足摆动控制单元(5)的主体固定在身体(1)上，活动足(2)的驱动可以是在活动足(2)的铰支部位固接一个蜗轮，活动足摆动控制单元(5)的输出为一蜗杆，也可以是在活动足(2)的铰支部位固接的一个摆杆，活动足摆动控制单元(5)的输出为一个可伸缩的推动滑块与之配合，还可以是固定于活动足两端的拉线，通过活动足摆动控制单元(5)两端同步拉伸，改变活动足(2)摆角。活动足伸缩弹性体(3)在活动足(2)底端，可以是弹簧，通过弹性力使机器人跳跃，也可以是气缸，在触地后，通过触发气缸通气，压缩空气使机器人跳起，而且控制气体压力可以控制跳起高度，还可以是弹簧和气缸的结合，利用气缸补充跳起的能量损失。