帶主動腳踝關節(jié)與仿生足部的單腿機器人跳躍機構的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種帶主動腳踝關節(jié)與仿生足部的單腿機器人跳躍機構，包括依次鉸接的機身、大腿、小腿和足部，所述機身與大腿的鉸接處設有驅(qū)動大腿旋轉的方向驅(qū)動裝置，所述大腿上設有驅(qū)動小腿轉動的第一跳躍驅(qū)動裝置，所述小腿的上端具有與大腿下端鉸接的小腿頂板，小腿頂板與第一跳躍驅(qū)動裝置之間設有膝關節(jié)傳動桿，所述膝關節(jié)傳動桿的兩端分別與小腿頂板與第一跳躍驅(qū)動裝置鉸接，所述大腿與小腿的鉸接出設有驅(qū)動小腿旋轉的第二跳躍驅(qū)動裝置；所述小腿和足部之間設有緩沖機構。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術對機器人跳躍中蓄能能力弱，不能實現(xiàn)髖膝協(xié)同工作，以及無法保護踝關節(jié)電機免受跳躍中沖擊的問題。
【專利說明】
帶主動腳踝關節(jié)與仿生足部的單腿機器人跳躍機構
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及機器人技術領域，具體涉及一種帶主動腳踝關節(jié)與仿生足部的單腿機器人跳躍機構。
【背景技術】
[0002]隨著科技的進步，機器人時代正在向我們走來。仿人機器人已經(jīng)成為社會關注的熱點，如何實現(xiàn)機器人的快速跳躍和跑步運動已經(jīng)成為機器人技術領域的研究重點。人體腿部能夠?qū)崿F(xiàn)行走、跳躍、等運動，對腿式機器人提升其運動性能有重要的借鑒意義。目前我國對腿式機器人的研究主要集中在實現(xiàn)步行和爬行等功能，但是運動速度受到自身重量與電機功率等因素的限制，相比于國外先進的腿式機器人存在一定的差距。
[0003]單腿機器人是腿式機器人中結構最簡單的機器人，具有動力學模型簡單、干擾較少、研究成本低和周期短的優(yōu)點。通過設計單腿機器人機構，可以更好地了解腿式機器人的結構特點和運動特性。
[0004]如授權公告號為CN103879470B的專利文獻公開的一種連桿傳動的單腿機器人跳躍機構，包括依次鉸接的機身、大腿和小腿，大腿設有驅(qū)動小腿轉動的跳躍驅(qū)動裝置，機身與大腿的鉸接處設有驅(qū)動大腿旋轉的方向驅(qū)動裝置，小腿上端具有與大腿下端鉸接的小腿頂板，小腿頂板與跳躍驅(qū)動裝置之間設有傳動桿，傳動桿的兩端分別與驅(qū)動裝置和小腿頂板鉸接，大腿與小腿頂板之間還設有彈性儲能件。方向驅(qū)動裝置能夠驅(qū)動大腿旋轉，實現(xiàn)方向控制;跳躍驅(qū)動裝置和方向驅(qū)動裝置靠近機身，這降低了大腿相對于機身的轉動慣量，能減少第一驅(qū)動電機的能耗，提高機器人運動的穩(wěn)定性和敏捷性;通過平衡飛輪，增加了機器人的穩(wěn)定性;通過設置的彈性儲能件和平衡件，既能儲能又能緩沖。但該機器人沒有踝關節(jié)及足底，不能利用踝關節(jié)運動提高機器人的跳躍能力，在高強度跳躍運動中對減緩地面對機器人膝關節(jié)與髖關節(jié)沖擊的能力也較為有限。
[0005]申請公布號為CN102556193 A的專利文獻提供的彈跳機器人能夠?qū)崿F(xiàn)彈跳和保持平衡，但是在工作時主要依賴電機提供能量，不具備機構儲能裝置，因此對電機的負荷比較大。
[0006]申請公布號為CN103264733 A的專利文獻公開了一種動力儲能的單腿機器人原地跳躍機構，機器人由機身、髖關節(jié)、膝關節(jié)、足底和大小腿五部分組成，機身與大腿、大腿與小腿之間分別通過髖關節(jié)和膝關節(jié)連接;髖關節(jié)由電機、諧波減速器、編碼器和髖彈簧等元件組成，具有主動輸出關節(jié)力矩的功能，通過同步帶為膝關節(jié)提供主動的力矩輸出；膝關節(jié)的膝轉軸安裝膝彈簧，膝關節(jié)通過將機器人的重力勢能轉化為膝彈簧的彈性勢能，為機器人的跳躍積蓄和補償能量;足部安裝有力傳感器，用于檢測機器人的觸地信息。但是該單腿機器人原地跳躍機構雖然采用了串聯(lián)彈性驅(qū)動裝置，具有一定的儲能效果，但儲能能力較弱，且由于沒有髖關節(jié)驅(qū)動器，機器人只能在原地彈跳，不能進行前進或后退運動。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對上述問題，本發(fā)明提供了一種帶主動腳踝關節(jié)與仿生足部的單腿機器人跳躍機構。解決了現(xiàn)有技術對機器人跳躍中蓄能能力較弱，無法實現(xiàn)髖膝協(xié)同工作，以及無法實現(xiàn)踝關節(jié)蓄能并在運動中做功的問題。
[0008]為了達到上述目的，本發(fā)明采取的技術方案如下:一種帶主動腳踝關節(jié)與仿生足部的單腿機器人跳躍機構，包括依次鉸接的機身、大腿、小腿和足部，所述機身與大腿的鉸接處設有驅(qū)動大腿旋轉的方向驅(qū)動裝置，所述大腿上設有驅(qū)動小腿轉動的第一跳躍驅(qū)動裝置，所述小腿的上端具有與大腿下端鉸接的小腿頂板，小腿頂板與第一跳躍驅(qū)動裝置之間設有膝關節(jié)傳動桿，所述膝關節(jié)傳動桿的兩端分別與小腿頂板與第一跳躍驅(qū)動裝置鉸接，所述大腿與小腿的鉸接出設有驅(qū)動小腿旋轉的第二跳躍驅(qū)動裝置;所述小腿和足部之間設有緩沖機構;所述足部上還設有微動開關，所述微動開關向用于反饋足部著地的信息;所述機身上安裝有控制器，所述方向驅(qū)動裝置、第一跳躍驅(qū)動裝置、第二跳躍驅(qū)動裝置和微動開關均與控制器相連。
[0009]進一步地，所述大腿包括:
[0010]與機身鉸接的安裝架，用于安裝方向驅(qū)動裝置和第一跳躍驅(qū)動裝置；
[0011 ]三腳架，一端與安裝架固定，另一端與小腿鉸接。
[0012I進一步地，所述方向驅(qū)動裝置包括:
[0013]固定在安裝架上的髖關節(jié)電機，所述髖關節(jié)電機與控制器相連；
[0014]固定在安裝架上與髖關節(jié)電機配合傳動的髖諧波減速器；
[0015]與髖諧波減速器輸出軸配合的髖關節(jié)彈性驅(qū)動器；
[0016]所述髖關節(jié)彈性驅(qū)動器包括同心布置能相對旋轉的第一外環(huán)和第一內(nèi)環(huán)，第一外環(huán)與第一內(nèi)環(huán)之間設置有若干第一彈簧件，所述第一內(nèi)環(huán)與髖諧波減速器的輸出軸固定，所述第一外環(huán)與機身固定。
[0017]進一步地，所述第一跳躍驅(qū)動裝置包括:
[0018]固定在安裝架上的膝關節(jié)電機，所述膝關節(jié)電機與控制器相連；
[0019]固定在安裝架上與膝關節(jié)電機配合傳動的膝諧波減速器；
[0020]與膝諧波減速器輸出軸配合的膝關節(jié)彈性驅(qū)動器，
[0021]所述膝關節(jié)彈性驅(qū)動器包括同心布置能相對旋轉的第二外環(huán)和第二內(nèi)環(huán)，第二外環(huán)與第二內(nèi)環(huán)之間設置有若干第二彈簧件，所述第二內(nèi)環(huán)與膝諧波減速器的輸出軸固定，所述第二外環(huán)與膝關節(jié)傳動桿的一端鉸接。
[0022]進一步地，所述第二跳躍驅(qū)動裝置包括:
[0023]固定在小腿上的踝關節(jié)電機，所述踝關節(jié)電機與控制器相連；
[0024]固定在三腳架上與踝關節(jié)電機配合傳動的踝諧波減速器；
[0025]與踝諧波減速器輸出端固定的踝關節(jié)驅(qū)動桿；
[0026]踝電機編碼器，所述踝電機編碼器的轉子與踝關節(jié)驅(qū)動桿固定連接，定子與小腿固定連接。
[0027]進一步地，所述緩沖機構包括:
[0028]踝關節(jié)傳動桿，一端與踝關節(jié)驅(qū)動桿末端鉸接；
[0029]小腿鉸接桿，一端與小腿的下部鉸接；
[0030]彈性機構，上端分別與踝關節(jié)傳動桿的另一端和小腿鉸接桿的另一端鉸接，下端與足部鉸接；
[0031]所述小腿、踝關節(jié)驅(qū)動桿、踝關節(jié)傳動桿和小腿鉸接桿構成一個平行四邊形四連桿機構。
[0032]進一步地，所述彈性機構包括:
[0033]與踝關節(jié)傳動桿的另一端和小腿鉸接桿的另一端鉸接的踝關節(jié)上彈簧座；
[0034]固定在踝關節(jié)上彈簧座上的踝關節(jié)彈簧鎖扣；
[0035]兩個踝關節(jié)上彈簧座之間設有若干踝關節(jié)彈簧，所述踝關節(jié)彈簧通過踝關節(jié)彈簧鎖扣固定在踝關節(jié)上彈簧座。
[0036]進一步地，所述小腿和足部的鉸接處設有踝關節(jié)編碼器;所述踝關節(jié)編碼器與控制器相連。
[0037]進一步地，所述足部包括足部主體，所述足部主體后部固定有足后跟連桿;所述彈性機構的下端與足后跟連桿鉸接;所述足部主體包裹有足部橡膠，用于降低跳躍沖擊并增大與地面的摩擦力;所述足底踏板設置在足部橡膠和足部主體之間，足底踏板的前端嵌入足部主體的限位卡槽中，足底踏板的后端鉸接在足部主體的下端;所述足底踏板和足部主體之間設置有足底彈簧，足底彈簧處于壓縮狀態(tài)，用于使足底踏板與足部主體下端保持距離;所述足部主體內(nèi)部還安裝有兩個微動開關;所述微動開關的撥桿貼在足底踏板表面;所述微動開關與控制器相連。
[0038]進一步地，所述小腿、小腿鉸接桿、踝關節(jié)彈簧和足后跟連桿構成一個四連桿機構。
[0039]本發(fā)明與【背景技術】相比，具有的有益效果是:
[0040]1、附帶有踝關節(jié)電機，能夠主動控制踝關節(jié)運動，進而實現(xiàn)膝踝聯(lián)合運動，提升機器人的運動能力；
[0041]2、踝關節(jié)安裝有串聯(lián)彈性裝置，能夠在機器人著地階段緩解沖擊，存儲沖擊能量并在起跳階段為機器人提供能量；
[0042]3、安裝有仿生足部，減緩跳躍過程對機身的沖擊，仿生足部內(nèi)部的微動開關能夠靈敏檢測機器人的落地狀態(tài)。
【附圖說明】
[0043]圖1是本發(fā)明帶主動腳踝關節(jié)與仿生足部的單腿機器人的結構示意圖；
[0044]圖2是機器人小腿與足部的側視圖；
[0045]圖3是踝關節(jié)彈性機構的結構示意圖；
[0046]圖4是仿生足部的局部剖視圖；
[0047]圖5是髖關節(jié)彈性轉盤的結構示意圖；
[0048]圖6是膝關節(jié)彈性驅(qū)動器的結構示意圖。
[0049]圖中，1.機身、2.大腿、3.小腿、4.足部、5.髖關節(jié)電機、6.髖諧波減速器、7.髖關節(jié)彈性驅(qū)動器、8.膝關節(jié)電機、9.膝諧波減速器、10.膝關節(jié)彈性驅(qū)動器、11.膝關節(jié)傳動桿、12.踝關節(jié)電機、13.踝傳動皮帶、14.踝諧波減速器、15.踝關節(jié)驅(qū)動桿、16.踝關節(jié)傳動桿、17.小腿鉸接桿、18.踝關節(jié)彈簧、19.踝關節(jié)彈簧上連桿軸、20.踝關節(jié)上彈簧座、21.踝關節(jié)下彈簧座、22.踝關節(jié)彈簧鎖扣、23.踝關節(jié)彈簧下連桿軸、24.足后跟連桿、25.足部橡膠、26.足底踏板、27.微動開關、28.踝電機編碼器、29.踝關節(jié)編碼器、30.足底彈簧、31.限位卡槽、32.足部主體、33.小腿頂板、34.髖壓縮彈簧、35.膝壓縮彈簧、36.安裝架、37.三腳架。
【具體實施方式】
[0050]下面結合附圖和實例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0051]如圖1-6所示，一種帶主動腳踝關節(jié)與仿生足部的單腿機器人跳躍機構，包括依次鉸接的機身1、大腿2、小腿3和足部4，所述機身I與大腿2的鉸接處設有驅(qū)動大腿2旋轉的方向驅(qū)動裝置，所述大腿2上設有驅(qū)動小腿3轉動的第一跳躍驅(qū)動裝置，所述小腿3的上端具有與大腿2下端鉸接的小腿頂板33，小腿頂板與第一跳躍驅(qū)動裝置之間設有膝關節(jié)傳動桿11，所述膝關節(jié)傳動桿11的兩端分別與小腿頂板33與第一跳躍驅(qū)動裝置鉸接，所述大腿2與小腿3的鉸接出設有驅(qū)動小腿3旋轉的第二跳躍驅(qū)動裝置;所述小腿3和足部4之間設有緩沖機構;所述足部4上還設有微動開關27，所述微動開關27向用于反饋足部4著地的信息;所述機身I上安裝有控制器，所述方向驅(qū)動裝置、第一跳躍驅(qū)動裝置、第二跳躍驅(qū)動裝置和微動開關27均與控制器相連。
[0052]所述大腿2包括:
[0053]與機身I鉸接的安裝架36，用于安裝方向驅(qū)動裝置和第一跳躍驅(qū)動裝置；
[0054]三腳架37，一端與安裝架36固定，另一端與小腿3鉸接。
[°°55]所述方向驅(qū)動裝置包括:
[0056]固定在安裝架36上的髖關節(jié)電機5，并與控制器相連；
[0057]固定在安裝架36上與髖關節(jié)電機5配合傳動的髖諧波減速器6;
[0058]與髖諧波減速器輸出軸配合的膝關節(jié)彈性驅(qū)動器，
[0059]所述髖關節(jié)彈性驅(qū)動器7包括同心布置能相對旋轉的第一外環(huán)和第一內(nèi)環(huán)，第一外環(huán)與第一內(nèi)環(huán)之間預緊安裝有六個髖壓縮彈簧34，所述第一內(nèi)環(huán)與髖諧波減速器的輸出軸固定，所述第一外環(huán)與機身固定，即當髖關節(jié)電機5轉動時，帶動髖諧波減速器6轉動，髖諧波減速器6驅(qū)動髖關節(jié)彈性驅(qū)動器盤7轉動，髖關節(jié)彈性驅(qū)動器盤7帶動機身I轉動；
[0060]所述第一跳躍驅(qū)動裝置包括:
[0061 ]固定在安裝架36上的膝關節(jié)電機8，并與控制器相連；
[0062]固定在安裝架36上與膝關節(jié)電機8配合傳動的膝諧波減速器9;
[0063]與膝諧波減速器輸出軸配合的膝關節(jié)彈性驅(qū)動器，
[0064]所述膝關節(jié)彈性驅(qū)動器10包括同心布置能相對旋轉的第二外環(huán)和第二內(nèi)環(huán)，第二外環(huán)與第二內(nèi)環(huán)之間預緊安裝有六個髖壓縮彈簧35，所述第二內(nèi)環(huán)與膝諧波減速器的輸出軸固定，所述第二外環(huán)與膝關節(jié)傳動桿11的一端鉸接，即當膝關節(jié)電機8轉動時，帶動膝諧波減速器9轉動，膝諧波減速器9驅(qū)動膝關節(jié)彈性驅(qū)動器10轉動，膝關節(jié)彈性驅(qū)動器10帶動膝關節(jié)傳動桿11運動，將轉動傳遞到小腿頂板33。
[0065]所述第二跳躍驅(qū)動裝置包括:
[0066]固定在小腿3上的踝關節(jié)電機12，并與控制器相連；
[0067]固定在三腳架37上與踝關節(jié)電機12配合傳動的踝諧波減速器14;
[0068]與踝諧波減速器14輸出端固定的踝關節(jié)驅(qū)動桿15;
[0069]踝電機編碼器28，所述踝電機編碼器28的轉子與踝關節(jié)驅(qū)動桿15固定連接，定子與小腿3固定連接。
[0070]所述緩沖機構包括:
[0071]踝關節(jié)傳動桿16，一端與踝關節(jié)驅(qū)動桿15末端鉸接；
[0072]小腿鉸接桿17，一端與小腿3的下部鉸接；
[0073]彈性機構，上端分別與踝關節(jié)傳動桿16的另一端和小腿鉸接桿17的另一端鉸接，下端與足部4纟父接；
[0074]所述小腿3、踝關節(jié)驅(qū)動桿15、踝關節(jié)傳動桿16和小腿鉸接桿17構成一個平行四邊形四連桿機構。
[0075]所述彈性機構包括:
[0076]與踝關節(jié)傳動桿16的另一端和小腿鉸接桿17的另一端鉸接的踝關節(jié)上彈簧座20;
[0077]固定在踝關節(jié)上彈簧座20上的踝關節(jié)彈簧鎖扣22;
[0078]兩個踝關節(jié)上彈簧座20之間設有若干踝關節(jié)彈簧18，所述踝關節(jié)彈簧18通過踝關節(jié)彈簧鎖扣22固定在踝關節(jié)上彈簧座20。
[0079]所述小腿3和足部4的鉸接處設有踝關節(jié)編碼器29;所述踝關節(jié)編碼器29與控制器相連。
[0080]所述足部4包括足部主體32，所述足部主體32后部固定有足后跟連桿24;所述彈性機構的下端與足后跟連桿24鉸接;所述足部主體32包裹有足部橡膠25，用于降低跳躍沖擊并增大與地面的摩擦力;所述足底踏板26設置在足部橡膠25和足部主體32之間，足底踏板26的前端嵌入足部主體32的限位卡槽31中，足底踏板26的后端鉸接在足部主體32的下端；所述足底踏板26和足部主體32之間設置有足底彈簧30，足底彈簧30處于壓縮狀態(tài)，用于使足底踏板26與足部主體下端保持距離;所述足部主體32內(nèi)部還安裝有兩個微動開關27;所述微動開關27的撥桿貼在足底踏板26表面;所述微動開關27與控制器相連；當足部橡膠25離地時，足底彈簧30壓迫解除，足底踏板26離開足部主體下端，受足部限位卡槽31的約束與足部主體下端保持一定距離。此時微動開關27斷開，向控制系統(tǒng)反饋足部4離地的信息。所述控制器可以采用Elmo公司Gold Solo Guitar型號的產(chǎn)品，但不限于此。
[0081 ] 本發(fā)明的工作過程如下:
[0082]機器人的控制器安裝在身體I內(nèi)部。大腿2上安裝有髖關節(jié)電機5、膝關節(jié)電機8、髖諧波減速器6、膝諧波減速器9、髖關節(jié)彈性驅(qū)動器盤7和膝關節(jié)彈性驅(qū)動器10。髖關節(jié)電機5通過髖諧波減速器6與髖關節(jié)彈性驅(qū)動器盤7聯(lián)接，髖關節(jié)彈性驅(qū)動器盤7輸出端與身體I聯(lián)接，髖關節(jié)電機5轉動時，帶動髖諧波減速器9轉動，髖諧波減速器6驅(qū)動髖關節(jié)彈性驅(qū)動器盤7轉動，髖關節(jié)彈性驅(qū)動器盤7帶動身體I轉動;膝關節(jié)電機8通過膝諧波減速器9與膝關節(jié)彈性驅(qū)動器10聯(lián)接，膝關節(jié)彈性驅(qū)動器10輸出端與膝關節(jié)傳動桿11鉸接，膝關節(jié)傳動桿11另一端與小腿3頂端鉸接，膝關節(jié)電機8轉動時，帶動膝諧波減速器9轉動，膝諧波減速器9驅(qū)動膝關節(jié)彈性驅(qū)動器10轉動，膝關節(jié)彈性驅(qū)動器10帶動膝關節(jié)傳動桿11運動，將轉動傳遞到小腿頂板33。
[0083]為減小踝關節(jié)驅(qū)動機構對髖膝關節(jié)的轉動慣量，踝關節(jié)電機12、踝諧波減速器14、踝關節(jié)驅(qū)動桿15安裝在機器人的小腿頂板33上，踝諧波減速器14與膝關節(jié)同軸。踝關節(jié)電機12輸出軸通過踝傳動皮帶13帶動踝諧波減速器14輸入端轉動，踝諧波減速器14輸出端與踝關節(jié)驅(qū)動桿15固接，踝電機編碼器28與膝關節(jié)轉軸同軸安裝，其轉子與踝關節(jié)驅(qū)動桿15固接，定子與小腿3固接;踝關節(jié)驅(qū)動桿15末端與踝關節(jié)傳動桿16鉸接，踝關節(jié)傳動桿16另一端與小腿鉸接桿17、踝關節(jié)上彈簧座20通過踝關節(jié)彈簧上連桿軸19鉸接，小腿鉸接桿17另一端與小腿3鉸接。小腿3、踝關節(jié)驅(qū)動桿15、踝關節(jié)傳動桿16、小腿鉸接桿17構成一個平行四邊形四連桿機構；小腿3、小腿鉸接桿17、踝關節(jié)彈簧18和足后跟連桿24也構成一個四連桿機構。踝關節(jié)上彈簧座20上固定有三個踝關節(jié)彈簧鎖扣22，踝關節(jié)彈簧鎖扣22通過中部的圓槽將三條踝關節(jié)彈簧18末端固定在踝關節(jié)上彈簧座20上。三條踝關節(jié)彈簧18的另一端通過另外三個踝關節(jié)彈簧鎖扣22固定在踝關節(jié)下彈簧座21上。運動時，通過踝電機編碼器28讀取踝關節(jié)驅(qū)動桿相對于小腿的轉角，通過踝關節(jié)編碼器29讀取足部4相對于小腿3的轉角。三個踝關節(jié)彈簧18具備拉伸功能，因此在機器人著地時踝關節(jié)彈簧18拉伸以存儲能量;踝關節(jié)彈簧18在壓縮方向沒有彈性，可以看作剛體，因此機器人在空中回擺足部4時沒有彈性的干擾，可以較精確地定位。實際使用中，根據(jù)機器人質(zhì)量的變化，踝關節(jié)彈簧18可以從一個到三個進行調(diào)節(jié)，其長度與勁度系數(shù)也可以相應更改。當踝關節(jié)彈簧18沒有拉伸時，小腿3、小腿鉸接桿17、踝關節(jié)彈簧18和足后跟連桿24構成的四連桿機構為平行四邊形，此時踝電機編碼器28與踝關節(jié)編碼器29讀數(shù)相同；當踝關節(jié)彈簧18受力拉伸時，小腿3、小腿鉸接桿17、踝關節(jié)彈簧18和足后跟連桿24構成的四連桿機構變形，踝關節(jié)編碼器29和踝電機編碼器28讀數(shù)不再相同。根據(jù)踝關節(jié)編碼器29與踝電機編碼器28讀數(shù)的差值可以計算出踝關節(jié)彈簧18的伸長量，通過胡克定律計算出足部橡膠25所受的壓力，控制系統(tǒng)能夠以此判斷機器人的運動狀態(tài)和姿態(tài)，進而控制髖關節(jié)電機5、膝關節(jié)電機8與踝關節(jié)電機12的運動。
[0084]機器人足部4后部固接有足后跟連桿24，踝關節(jié)部位與踝關節(jié)編碼器29定子固接，小腿與踝關節(jié)編碼器29轉子固接。踝關節(jié)下彈簧座21與足后跟連桿24通過踝關節(jié)彈簧下連桿軸23鉸接。足部4包裹有足部橡膠25用于降低跳躍沖擊并增大與地面的摩擦力；足部4內(nèi)部安裝有兩個微動開關27，微動開關27撥桿貼在足底踏板26表面;足底踏板26后端鉸接在足部4下端，足底踏板26前端嵌入足部限位卡槽31中。當足部4著地時，足底彈簧30受力收縮，足底踏板26牢牢貼在足部4下端，此時微動開關27撥桿受到壓迫，微動開關27閉合，向控制系統(tǒng)反饋足部橡膠25著地的信息；當足部橡膠25離地時，足底彈簧30壓迫解除，足底踏板26離開足部4下端，受足部限位卡槽31的約束與足部4下端保持一定距離。此時微動開關27斷開，向控制系統(tǒng)反饋足部4離地的信息。
【主權項】
1.一種帶主動腳踝關節(jié)與仿生足部的單腿機器人跳躍機構，包括依次鉸接的機身、大腿、小腿和足部等，所述機身與大腿的鉸接處設有驅(qū)動大腿旋轉的方向驅(qū)動裝置，所述大腿上設有驅(qū)動小腿轉動的第一跳躍驅(qū)動裝置，所述小腿的上端具有與大腿下端鉸接的小腿頂板，小腿頂板與第一跳躍驅(qū)動裝置之間設有膝關節(jié)傳動桿，所述膝關節(jié)傳動桿的兩端分別與小腿頂板與第一跳躍驅(qū)動裝置鉸接，其特征在于，所述大腿與小腿的鉸接出設有驅(qū)動小腿旋轉的第二跳躍驅(qū)動裝置;所述小腿和足部之間設有緩沖機構;所述足部上還設有微動開關，所述微動開關向用于反饋足部著地的信息;所述機身上安裝有控制器，所述方向驅(qū)動裝置、第一跳躍驅(qū)動裝置、第二跳躍驅(qū)動裝置和微動開關均與控制器相連。2.根據(jù)權利要求1所述的帶主動腳踝關節(jié)與仿生足部的單腿機器人跳躍機構，其特征在于，所述大腿包括: 與機身鉸接的安裝架，用于安裝方向驅(qū)動裝置和第一跳躍驅(qū)動裝置； 三腳架，一端與安裝架固定，另一端與小腿鉸接。3.根據(jù)權利要求2所述的帶主動腳踝關節(jié)與仿生足部的單腿機器人跳躍機構，其特征在于，所述方向驅(qū)動裝置包括: 固定在安裝架上的髖關節(jié)電機，所述髖關節(jié)電機與控制器相連； 固定在安裝架上與髖關節(jié)電機配合傳動的髖諧波減速器； 與髖諧波減速器輸出軸配合的髖關節(jié)彈性驅(qū)動器； 所述髖關節(jié)彈性驅(qū)動器包括同心布置能相對旋轉的第一外環(huán)和第一內(nèi)環(huán)，第一外環(huán)與第一內(nèi)環(huán)之間設置有若干第一彈簧件，所述第一內(nèi)環(huán)與髖諧波減速器的輸出軸固定，所述第一外環(huán)與機身固定。4.根據(jù)權利要求3所述的帶主動腳踝關節(jié)與仿生足部的單腿機器人跳躍機構，其特征在于，所述第一跳躍驅(qū)動裝置包括: 固定在安裝架上的膝關節(jié)電機，所述膝關節(jié)電機與控制器相連； 固定在安裝架上與膝關節(jié)電機配合傳動的膝諧波減速器； 與膝諧波減速器輸出軸配合的膝關節(jié)彈性驅(qū)動器， 所述膝關節(jié)彈性驅(qū)動器包括同心布置能相對旋轉的第二外環(huán)和第二內(nèi)環(huán)，第二外環(huán)與第二內(nèi)環(huán)之間設置有若干第二彈簧件，所述第二內(nèi)環(huán)與膝諧波減速器的輸出軸固定，所述第二外環(huán)與膝關節(jié)傳動桿的一端鉸接。5.根據(jù)權利要求4所述的帶主動腳踝關節(jié)與仿生足部的單腿機器人跳躍機構，其特征在于，所述第二跳躍驅(qū)動裝置包括: 固定在小腿上的踝關節(jié)電機，所述踝關節(jié)電機與控制器相連； 固定在三腳架上與踝關節(jié)電機配合傳動的踝諧波減速器； 與踝諧波減速器輸出端固定的踝關節(jié)驅(qū)動桿； 踝電機編碼器，所述踝電機編碼器的轉子與踝關節(jié)驅(qū)動桿固定連接，定子與小腿固定連接。6.根據(jù)權利要求5所述的帶主動腳踝關節(jié)與仿生足部的單腿機器人跳躍機構，其特征在于，所述緩沖機構包括: 踝關節(jié)傳動桿，一端與踝關節(jié)驅(qū)動桿末端鉸接； 小腿鉸接桿，一端與小腿的下部鉸接； 彈性機構，上端分別與踝關節(jié)傳動桿的另一端和小腿鉸接桿的另一端鉸接，下端與足部鉸接； 所述小腿、踝關節(jié)驅(qū)動桿、踝關節(jié)傳動桿和小腿鉸接桿構成一個平行四邊形四連桿機構。7.根據(jù)權利要求6所述的帶主動腳踝關節(jié)與仿生足部的單腿機器人跳躍機構，其特征在于，所述彈性機構包括: 與踝關節(jié)傳動桿的另一端和小腿鉸接桿的另一端鉸接的踝關節(jié)上彈簧座； 固定在踝關節(jié)上彈簧座上的踝關節(jié)彈簧鎖扣； 兩個踝關節(jié)上彈簧座之間設有若干踝關節(jié)彈簧，所述踝關節(jié)彈簧18通過踝關節(jié)彈簧鎖扣22固定在踝關節(jié)上彈簧座20。8.根據(jù)權利要求7所述的帶主動腳踝關節(jié)與仿生足部的單腿機器人跳躍機構，其特征在于，所述小腿和足部的鉸接處設有踝關節(jié)編碼器;所述踝關節(jié)編碼器與控制器相連。9.根據(jù)權利要求8所述的帶主動腳踝關節(jié)與仿生足部的單腿機器人跳躍機構，其特征在于，所述足部包括足部主體，所述足部主體后部固定有足后跟連桿;所述彈性機構的下端與足后跟連桿鉸接;所述足部主體包裹有足部橡膠，用于降低跳躍沖擊并增大與地面的摩擦力;所述足底踏板設置在足部橡膠和足部主體之間，足底踏板的前端嵌入足部主體的限位卡槽中，足底踏板的后端鉸接在足部主體的下端;所述足底踏板和足部主體之間設置有足底彈簧，足底彈簧處于壓縮狀態(tài);所述足部主體內(nèi)部還安裝有兩個微動開關;所述微動開關的撥桿貼在足底踏板表面;所述微動開關與控制器相連。10.根據(jù)權利要求9所述的帶主動腳踝關節(jié)與仿生足部的單腿機器人跳躍機構，其特征在于，所述小腿、小腿鉸接桿、踝關節(jié)彈簧和足后跟連桿構成一個四連桿機構。
【文檔編號】B62D57/02GK106005079SQ201610356002
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月24日
【發(fā)明人】朱秋國, 趙逸棟, 毛翊超, 吳偉男, 李陽, 熊蓉
【申請人】浙江大學