[发明专利]一种机器人仿生助跳装置

说明书

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体是一种机器人仿生助跳装置。

背景技术

以跳跃方式运动的机器人由于可以越过数倍甚至数十倍于自身尺寸的障碍物，特别适合于地形勘测，救援，反恐等有障碍物的复杂环境，已成为当前机器人领域的研究热点。

最早的跳跃机器人以倒立摆作为原理模型，实现了简单弹跳功能，如麻省理工的单自由度平面内连续跳跃机器人。后来人们从仿生学中得到启示，根据动物运动机理和结构特点，研制了具有仿生功能的跳跃机器人，如美国国家航空宇航局与加利福尼亚技术学院联合研制的仿蛙形间歇跳跃机器人，实现了起跳过程中质心受到地面非线性作用力的仿生功能，改善了机器人的跳跃性能，该机器人的脚部为一刚性圆盘；日本东京大学通过研究生物腿部的跳跃机理，设计了一种仿生双足跳跃机器人，该机器人采用人工气动肌肉作为驱动，脚部为一刚性杆件，控制较为复杂。国内哈尔滨工程大学发明了一种仿蝗虫跳跃机器人，已获国家专利(CN 101058036A)，该机器人的脚部为面积较小的爪片。

上述设计或发明的跳跃机器人，基本实现了仿生的跳跃性能。但由于对脚部进行了简化和刚性处理，并未发挥脚部的仿生功能。脚部在动物起跳过程中，脚掌绕脚趾转动，脚掌主要起到支撑身体的作用，而脚趾的作用是延长地面对脚部施加作用力的时间，进而延长加速过程，使质心在脚部离地瞬间获得最大的速度，实现较大的跳远距离。从仿生的角度出发，利用脚掌和脚趾在起跳过程中的功能，可进一步发挥跳跃机器人的越障优势。

发明内容

为克服现有技术中存在的对脚部进行了简化和刚性处理，不发挥脚部的仿生功能的不足，本发明提出了一种机器人仿生助跳装置。

本发明包括腿部连接杆、摇杆、连杆、支座、脚趾板和电磁铁控制机构，其特征在于，腿部连接杆、摇杆、连杆和支座组成平行四边形的连杆机构，该连杆机构长边与短边的比例为4∶3。在所述的连杆机构中，摇杆的一端通过摇杆转轴与连杆绞接，另一端通过踝关节转轴与支座绞接；腿部连接杆的一端通过支座转轴与支座绞接，腿部连接杆的中部通过连杆转轴与连杆绞接。在支座一侧有与之平行的脚掌连杆，并且脚掌连杆的一端亦与踝关节转轴绞接。在支座安装踝关节转轴的铰接孔下方有用于对脚掌连杆限位的挡轴。电磁铁控制机构由电磁铁、挡块、电磁铁支座和连接体组成，位于摇杆与支座绞接处，并通过电磁铁支座固定在摇杆的侧边上。脚趾板通过脚趾关节转轴与脚掌连杆的一端绞接。在脚趾关节转轴上套装有扭簧。所述的连接体固定在电磁铁的伸缩轴的轴端；连接体的一个表面与挡块的外弧面配合。

所述的腿部连接杆两端端部分别有支座转轴的铰接孔和与跳跃机器人固连的安装孔。

所述的摇杆两端均有连接孔。在与两端连接孔垂直的侧边的一端有凸出的楔形夹块，并且楔形夹块的角度与高度与挡块的截面配合。在楔形夹块下方有电磁铁支座的安装孔，并且该安装孔的中心线与摇杆两端平面上的连接孔平行。

支座表面有两个凸台，并在两个凸台上分别有踝关节转轴和支座转轴的铰接孔；两个绞接孔之间的距离应满足平行四边形连杆机构长边与短边的比例要求。两个绞接孔的孔心均与支座的表面平行。所述的脚趾转轴、扭簧固定销和踝关节转轴的安装孔分别在脚掌连杆表面的凸台上。

所述的脚掌连杆一端有脚趾转轴和扭簧固定销的安装孔；在脚掌连杆另一端有踝关节转轴的安装孔；脚趾转轴、扭簧固定销和踝关节转轴的安装孔的轴线相互平行。在踝关节转轴安装孔内侧的脚掌连杆上有扇形缺口，扇形缺口18的两个圆弧面的中心线与踝关节转轴20的轴线重合；在扇形缺口同一位置的脚掌连杆侧表面有凸出的连接块。所述的脚趾转轴、扭簧固定销和踝关节转轴的安装孔分别在脚掌连杆表面的凸台上。

所述的脚趾板的中部表面有一对凸出的扭簧固定支座，在该扭簧固定支座上有扭簧插孔。在脚趾板一端的两侧边处有对称凸块，该凸块上有脚趾关节转轴的安装孔。

所述的电磁铁控制机构中的电磁铁支座一端端头有用于安装电磁铁的圆环；电磁铁支座的中部，有用于与摇杆固定连接的安装孔；该安装孔的中心线与薄壁圆环的圆心平行。

所述的挡块为弧形，弧面的半径大于脚掌连杆一端转轴绞接孔的外径；挡块外弧面与位于电磁铁轴端的连接体的弧面配合；挡块两端端面的角度与形状分别同楔形夹块和连接块的角度与形状。挡块内弧面的圆心与踝关节转轴的中心同心。

本发明的工作过程为：