[发明专利]一种连杆传动的单腿机器人跳跃机构

说明书

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种连杆传动的单腿机器人跳跃机构。

背景技术

近些年来，机器人技术得到了迅速的发展，人们对机器人作业的运动快速性和高效性提出了更高的要求。机器人的移动主要有三种方式，一种是轮式或履带式，另一种是步行式或者爬行式，第三种是弹跳式。对于腿式机器人而言，如何实现机器人的快速跳跃和跑步运动已经成为机器人技术领域的研究热点。目前，我国大部分的腿式机器人已经能够实现步行和爬行等功能，但是运动速度受到自身重量与电机功率等因素的限制，相比于国外先进的机器人存在明显的差距。

单腿机器人是腿式机器人中结构最简单的机器人，设计单腿机器人具有成本低和周期短的优点。通过设计单腿机器人机构，我们可以更好地了解腿式机器人的结构特点和运动特性。

如申请公布号为CN102556193A的专利文献公开的一种连续跳跃的弹跳机器人，它包括机架、弹跳机构、调节机构、传感控制模块和电池，机架用于安装固定弹跳机构、调节机构、传感控制模块和电池；弹跳机构实现弹跳机器人的站立和弹跳；调节机构用于弹跳机器人落地跌倒后自复位和起跳方向及角度的调节；传感控制模块感知弹跳机器人的姿态、朝向以及弹跳机构中凸轮和调节机构中杆腿的转动位置，控制弹跳机器人的动作并与远程远程终端无线通信，上传传感器数据和接收远程终端的命令，同时显示弹跳机器人的工作状态；电池为弹跳机器人提供电能。

申请公布号为CN102556193A的专利文献提供的弹跳机器人能够实现弹跳和保持平衡，但是在工作时主要依赖电机提供能量，不具备机构储能装置，因此对电机的负荷比较大。

申请公布号为CN103264733A的专利文献公开了一种动力储能的单腿机器人原地跳跃机构，机器人由身体、髋关节、膝关节、足底和大小腿五部分组成，身体与大腿、大腿与小腿之间分别通过髋关节和膝关节连接；髋关节由电机、谐波减速器、编码器和髋弹簧等元件组成，具有主动输出关节力矩的功能，通过同步带为膝关节提供主动的力矩输出；膝关节的膝转轴安装膝弹簧，膝关节通过将机器人的重力势能转化为膝弹簧的弹性势能，为机器人的跳跃积蓄和补偿能量；足部安装有力传感器，用于检测机器人的触地信息。但是该单腿机器人原地跳跃机构虽然采用了串联弹性驱动装置，具有一定的储能效果，但储能能力较弱，且由于没有髋关节驱动器，机器人只能在原地弹跳，不能进行前进或后退运动。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种连杆传动的单腿机器人跳跃机构。解决了现有技术储能效果较弱，只能原地跳跃的问题。

本发明采取的技术方案如下:

一种连杆传动的单腿机器人跳跃机构，包括依次铰接的机身、大腿和小腿，所述大腿设有驱动小腿转动的跳跃驱动装置，所述机身与大腿的铰接处设有驱动大腿旋转的方向驱动装置，所述小腿上端具有与大腿下端铰接的小腿顶板，小腿顶板与跳跃驱动装置之间设有传动杆，所述传动杆的两端分别与驱动装置和小腿顶板铰接，所述大腿与小腿顶板之间还设有弹性储能件。

作为优选，所述大腿包括：

与机身铰接的安装架，用于安装跳跃驱动装置和方向驱动装置；

三脚架，一端与安装架固定，另一端与小腿顶板铰接。

所述安装架位于大腿的上端，跳跃驱动装置和方向驱动装置安装在安装架内，这样的设计使得机器人大腿相对于机身的转动惯量大大减少，即减小了方向驱动装置中电机的功率需求，同时也降低了对身体姿态的角动量影响，这有助于提高大腿转动的灵活性和身体姿态的稳定性。

作为优选，所述方向驱动装置包括：

固定在安装架上的第一驱动电机；

固定在安装架上与第一驱动电机配合的第一谐波减速器；

与第一波减速器输出轴配合的第一串联弹性驱动器，

所述第一串联弹性驱动器包括同心布置能相对旋转的第一外环和第一内环，第一外环和第一内环之间设有若干第一弹性件，所述第一内环与第一波减速器输出轴固定，所述第一外环与机身固定。

第一驱动电机启动后，通过第一谐波减速器带动第一内环相对于第一外环旋转，因为第一外环与机身固定，所以大腿相对于机身旋转，通过控制第一驱动电机的旋转方向可以控制大腿做顺时针或者逆时针运动，实现跳跃方向的切换。

作为优选，所述跳跃驱动装置包括：

固定在安装架上的第二驱动电机；

固定在安装架上与第二驱动电机配合的第二谐波减速器；

与第二波减速器输出轴配合的第二串联弹性驱动器，