[实用新型]蛙式跳跃机器人动力系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及机器人动力系统，尤其涉及一种跳跃机器人动力系统。

背景技术

随着机器人技术的不断发展，在面对恶劣的环境和复杂的地形时，运用机器人的弹跳功能来增强其地形适应和自主运动的能力，是近年来发展较快的一种机器人技术。具有弹跳性能的机器人目前在国际尚处于研究阶段，在国内也仅有个别院校进行相关研究。由于此类机器人研制难度很大，涉及的很多关键技术保密性很强，故公开资料很少。

国际上，最早的弹跳机器人由Raibert于1980年在麻省理工学院机器人实验室研制成功，该机器人属于连续性跳跃机构，Raibert分析了单足跳跃机器人的起跳姿态控制以及落地时的组空定位算法问题，目前已取得了一些理论研究成果，在实验室中已实现自主稳定跳跃、越障等功能。

在国内，2003年初，南京航空航天大学主要对国际上现已公布的跳跃机器人方案进行系统的研究，并根据部分理论做出了几个跳跃机器人的样机。最近几年，西北工业大学和哈尔滨工业大学也开展了相关的项目研究，前者主要进行仿袋鼠跳跃机器人的研究，后者主要进行防蝗虫跳跃机器人的研究，两者都运用国际上较为成熟的跳跃理论进行了相关分析。

实用新型专利申请号为ZL200810017792.8的专公开了一跳跃机器人动力系统，将无刷直流电机与齿轮泵相连，齿轮泵的进油口与油箱相连，齿轮泵的出油口与二位四通点此换向阀的A口相连，二位四通电磁换向阀的B口接入油箱，二位四通点此换向阀的P口与液压缸的上腔口连接，点此换向阀的T口与液压缸的下腔口连接；其中液压缸的上腔内安装有弹簧，弹簧一端抵靠在液压缸上内壁，另一端抵靠在液压缸活塞上臂上。

该方案存在以下几方面尚需完善：

1、动力系统工作时，需要通过油管与油箱相连，油管的长度限制了机器人活动的范围。

2、齿轮泵、电磁阀等元件耗能太多，降低了能量的利用率。

3、液压缸的质量很大，同时液压缸在工作时，其内部充满了油，进一步增大了其质量，安装在机器人身体上势必增加机器人的整体质量，降低了跳跃的高度和距离。

4、活塞的机械运动范围受液压缸腔空间的制约，从而限制了机器人腿部的运动范围。

发明内容

为了使机器人在跳跃过程中能够获得较大爆发力，提高机器人的活动范围，提高动力系统能量利用率，并且实现动力系统对能量的回收与再利用等问题，本实用新型提供了一种蛙式跳跃机器人，它的动力系统具有低功耗的特点，能够在跳跃过程中将其他形式的能量回收到储能元件，并且进行再次利用，同时本机器人结构简单，并且能够控制机器人双腿同步工作，提高了机器人跳跃的平稳性，适合于进行连续跳跃。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

蛙式跳跃机器人动力系统，其特征在于，包括：

一动力机构，由编码器、电机、左右髋关节、双向超越离合器、齿形带、带轮、滑动杆、弹簧、导轨和滑块组成。在电机与双向超越离合器通过联轴器同轴相连，双向超越离合器上装有齿形带，齿形带的另一端装有带轮，带轮和增量式编码器同轴相连。齿形带的下端和滑动杆固结，滑动杆两端分别和滑块相连，滑块套于导轨上，在滑块和髋关节中间连有弹簧。电机通过双向超越离合器带动齿形带转动，齿形带进而带动滑杆前后运动。

两腿部机构，分别与动力机构的左右髋关节和滑块相连，由大腿、大腿连杆、斜撑杆、中间关节、膝关节、小腿连杆、小腿和踝关节组成，大腿上端和髋关节相连，下端与膝关节相连，中间连杆上端与滑块相连，下端与中间关节相连，中间关节位于大腿中部，小腿上端与膝关节相连，下端与踝关节相连，大腿连杆两端分别铰接于中间关节和膝关节，小腿连杆两端分别铰接于膝关节和踝关节；

两脚部机构，分别与双腿的踝关节相连，采用扇形结构，底部粘贴有足垫和压力传感器。

一处理器，分别与电机、编码器、压力传感器相连，通过计算编码器与压力传感器反馈的信号，控制电机的运动。

本实用新型采用电机作为动力元件，并且利用电机直接驱动储能元件。作为本实用新型的优选方案，本机构电机采用伺服电机，其自身具有电流反馈、转速反馈与位置反馈功能，提高了控制的准确性与稳定性，并且其还具有自锁功能，可以使拉力弹簧保持形变，实现储能元件实现对能量的存储。其有益效果是精简了动力系统的机械结构，提高了能量利用率，提高了动力机构控制的精确性。