[发明专利]一种跳跃式机器人及其控制方法

说明书

本发明属于超声领域、压电驱动领域和跳跃机器人领域，具体涉及一种跳跃式机器人及其控制方法。本发明解决了传统机器人结构复杂，体型大，无法适应狭小空间和复杂环境的技术问题。该机器人包括四个相同的跳跃腿和一个平台，每个跳跃腿包含上下两个压电双晶片，上下两个压电双晶片以一定角度θ安装在一起，0゜θ180゜。在锯齿状电压信号激励下，该机器人跳跃腿可弯曲变形，实现跳跃运动。该机器人基于逆压电效应，采用压电双晶片同时作为驱动单元和跳跃腿结构，大大简化结构，体型小巧灵活，可提高其避障能力，有助于实现机器人智能化、微型化，可应用于星际探索、考古探测、军事侦察、救援搜寻等复杂环境中。

技术领域

本发明涉及一种超声领域、压电驱动领域和跳跃机器人领域，特别涉及一种跳跃式机器人及其控制方法。

背景技术

传统的移动机器人主要为轮式驱动，一般需要对自然界进行改造，铺设路面，很难适应复杂的地形，越障能力差。随着机器人的高速发展，现代机器人的应用环境要求机器人具有越来越强的地形适应能力。跳跃式机器人因具有能克服复杂自然环境，高效运动的特点成为研究的热点。近年来，人们相继提出了多种类型的跳跃式机器人，例如，中国专利CN201921563358.X提出了一种伺服电机、传送带、齿轮、传送轴和连杆等组成的四足机器人；CN201921550584.4提出了一种具有驱动组件和行走组件，并通过曲柄结构连接的机械足式的行走机器人；CN201920888311.4提出了一种由电机和弹跳舵机等组成的弹跳机械腿；CN202010009210.2提出了一种齿轮齿条结构的弹跳机器人；CN201920417003.3提出了一种由缸体、活塞、点火器和直线电机等组成的弹跳机构；CN109436125A提出了一种十二自由度的四足机器人，简化了传统机器人腿部搭载电动缸等驱动单元的复杂结构，但其仍需依靠多个电机，且腿部结构仍然由复杂的机械结构如轴承、法兰、连接杆，丝杠、减速器、带轮等组成。尽管上述行走跳跃机器人都能实现跳跃运动，但由于其采用的驱动方式为传统型，如弹簧驱动、气动驱动、液压驱动和电机驱动，因而导致整个机器人结构复杂，体型大，运动不灵活，不能进入危险、狭缝空间，大大限制了机器人的发展和应用场景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种跳跃式机器人及其控制方法，解决现有技术存在的上述问题。该机器人摒弃传统驱动方式，基于逆压电效应，利用压电双晶片可将电能转换为机械能的特性，采用压电双晶片同时作为驱动单元和跳跃腿结构，大大简化结构，可实现小型化，在锯齿状电压信号激励下，该机器人驱动单元可弯曲变形，实现跳跃运动。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种跳跃式机器人，包括四个相同的跳跃腿和一个平台，每个跳跃腿都包含上下两个压电双晶片，每个压电双晶片的两端有安装结构，上下两个压电双晶片可通过紧固件以一定角度 θ安装在一起，其中 0゜ θ180゜，跳跃腿一端通过紧固件与平台连接，另一端与地面接触；在通电时，利用逆压电效应，压电双晶片变形把电能转化为机械能，压电双晶片同时作为驱动单元和跳跃腿。

一种跳跃式机器人的控制方法，包括以下步骤：

步骤（1）：初始状态时，压电双晶片不带电，机器人的四个跳跃腿都着地；

步骤（2）：对四个跳跃腿中的压电双晶片同时施加锯齿状电压信号，机器人的跳跃腿弯曲，存储能量；

步骤（3）：电压瞬间反转为反向电压，跳跃腿快速变形，瞬间释放能量，四个跳跃腿同时离地，整个机器人实现跳跃运动；

步骤（4）：机器人落地，四个跳跃腿逐渐恢复到初始状态；

步骤（5）：重复上述步骤（1）-（4），该机器人可实现连续跳跃运动。