本發(fā)明屬于仿生機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及一種仿生跳躍機(jī)器人。

背景技術(shù)：

人類目前有較深入研究的主要在動物的運動方面，但是在仿生這個領(lǐng)域還有許多問題值得科學(xué)家們?nèi)パ芯俊?/p>

早在1980年，麻省理工學(xué)院的raibert教授曾研究出了全世界第一個能單腿跳躍活動的機(jī)器人，之后raibert教授又研究了那種類似袋鼠跳躍的二維跳躍的腿部模型，此后raibert又研制出了一種三維跳躍機(jī)構(gòu)。

美國casewesternreserveuniversity也對仿生機(jī)器人進(jìn)行了研究，然后在1992年發(fā)明了通過人工筋作為動力的機(jī)械蟋蟀。這種機(jī)器人的大腿都采用人工筋制作，這種人工筋是由一種高分子的纖維編制而成，用時只要用壓縮機(jī)充氣即可，使人工筋繃緊和收縮，因此具有彈跳能力，它的動力為壓縮空氣，運用一種叫做微型角度的傳感器來獲得外部的消息。

日本的fumitakakikuchi在2003年研究出了一種通過氣缸作為驅(qū)動的機(jī)器人，以氣缸作為動力從而實現(xiàn)機(jī)器人的跳躍和行走，它的特點就是每條腿的動力都是源于氣缸。四連桿機(jī)構(gòu)實現(xiàn)運動，通過實驗證明了該機(jī)器人的跳躍能力以及落地時的平穩(wěn)緩沖能力。

現(xiàn)有跳躍機(jī)器人的動力源件數(shù)量較多，有效動力密度低，且重量較大，跳躍高度和距離較小。因此設(shè)計一種單動力源驅(qū)動，重量較輕，跳躍距離遠(yuǎn)且能夠連續(xù)穩(wěn)定跳躍的跳躍式機(jī)器人十分重要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種能夠跳躍前進(jìn)的仿生跳躍機(jī)器人。

本發(fā)明包括機(jī)架、前腿跳躍機(jī)構(gòu)、后腿跳躍機(jī)構(gòu)和傳動機(jī)構(gòu)。所述的前腿跳躍機(jī)構(gòu)包括前腿軸、前腿動力桿、前腿小彈簧、前腿連接桿、前腿大彈簧和前腿腳掌桿。所述的前腿軸支承在機(jī)架上。前腿軸的兩端與兩根前腿動力桿的內(nèi)端分別固定；兩根前腿動力桿的中部與兩根前腿連接桿的一端分別鉸接。兩根前腿連接桿的另一端與兩根前腿腳掌桿的中部分別鉸接。所述前腿小彈簧及前腿大彈簧的一端均與前腿動力桿固定，另一端均與前腿腳掌桿固定。

所述的后腿跳躍機(jī)構(gòu)包括后腿軸、后腿動力桿、后腿小彈簧、后腿連接桿、后腿大彈簧和后腿腳掌桿；所述的后腿軸支承在機(jī)架上。后腿軸的兩端與兩根后腿動力桿的內(nèi)端分別固定；兩根后腿動力桿的中部與兩根后腿連接桿的一端分別鉸接。兩根后腿連接桿的另一端與兩根后腿腳掌桿的中部分別鉸接。所述后腿小彈簧及后腿大彈簧的一端均與后腿動力桿固定，另一端均與后腿腳掌桿固定。

所述的傳動機(jī)構(gòu)包括電機(jī)、拉卷輪、彈簧、齒輪組、第二從動軸、第一從動軸、動力桿組和鋼索。所述的電機(jī)固定在機(jī)架上；第一從動軸與第二從動軸平行設(shè)置，且均支承在機(jī)架上。所述齒輪組包括第一缺齒齒輪、第一全齒齒輪、第二全齒齒輪、第三全齒齒輪、第二缺齒齒輪和第三缺齒齒輪。第一缺齒齒輪由電機(jī)驅(qū)動。第一全齒齒輪、第二全齒齒輪及第三全齒齒輪均固定在第一從動軸上。第二缺齒齒輪及第三缺齒齒輪均固定在第二從動軸上。第一缺齒齒輪的有齒部分與第一全齒齒輪嚙合。第二缺齒齒輪與第二全齒齒輪嚙合，或第三缺齒齒輪與第三全齒齒輪嚙合。拉卷輪固定在第二從動軸上。所述的動力桿組包括第一蓄能桿、第二蓄能桿、第三蓄能桿、第四蓄能桿、前腿傳動桿、后腿傳動桿、后腿搖桿和前腿搖桿。第三蓄能桿、第四蓄能桿、前腿傳動桿及后腿傳動桿的一端通過蓄能鉸接軸鉸接。第三蓄能桿遠(yuǎn)離蓄能鉸接軸的那端與第一蓄能桿的一端通過第一鉸接軸鉸接。第一蓄能桿的另一端與機(jī)架鉸接。第四蓄能桿遠(yuǎn)離蓄能鉸接軸的那端與第二蓄能桿的一端通過第二鉸接軸鉸接。第二蓄能桿的另一端與機(jī)架鉸接。第一鉸接軸與第二鉸接軸通過蓄能彈簧連接。前腿傳動桿遠(yuǎn)離蓄能鉸接軸的那端與前腿搖桿的一端鉸接。前腿搖桿的另一端與前腿軸固定。后腿傳動桿遠(yuǎn)離蓄能鉸接軸的那端與后腿搖桿的一端鉸接。后腿搖桿的另一端與后腿軸固定。鋼索的一端與拉卷輪固定，另一端與蓄能鉸接軸固定。

所述前腿小彈簧與前腿大彈簧的勁度系數(shù)相等，且前腿小彈簧的自由長度小于前腿大彈簧的自由長度。前腿小彈簧設(shè)置在前腿連接桿靠近前腿動力桿內(nèi)端的一側(cè)。前腿大彈簧設(shè)置在前腿連接桿靠近前腿動力桿外端的一側(cè)。

所述后腿小彈簧與后腿大彈簧的勁度系數(shù)相等，且后腿小彈簧的自由長度小于后腿大彈簧的自由長度。后腿小彈簧設(shè)置在后腿連接桿靠近后腿動力桿內(nèi)端的一側(cè)。后腿大彈簧設(shè)置在后腿連接桿后腿動力桿外端的一側(cè)。

所述的機(jī)架上支承有定滑輪；所述的鋼索繞過定滑輪。

所述的機(jī)架上固定有與電機(jī)相連的蓄電池。

所述第二全齒齒輪齒數(shù)的1.5倍小于第三全齒齒輪齒數(shù)。

本發(fā)明具有的有益效果是：

1、本發(fā)明通過前腿跳躍機(jī)構(gòu)與后腿跳躍機(jī)構(gòu)協(xié)同運作，能夠進(jìn)行穩(wěn)定持續(xù)的跳躍式前進(jìn)。

2、本發(fā)明僅通過一個電機(jī)的轉(zhuǎn)動即可完成跳躍，結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定可靠。

3、本發(fā)明通過連桿傳動，整體重量較小，滿足微小型特點。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)立體圖；

圖2是本發(fā)明中前腿跳躍機(jī)構(gòu)的示意圖；

圖3是本發(fā)明中后腿跳躍機(jī)構(gòu)的示意圖；

圖4是本發(fā)明中傳動機(jī)構(gòu)的示意圖；

圖5是本發(fā)明中齒輪組的示意圖；

圖6是本發(fā)明中動力桿組的示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1和2所示，仿生跳躍機(jī)器人，包括機(jī)架、前腿跳躍機(jī)構(gòu)、后腿跳躍機(jī)構(gòu)和傳動機(jī)構(gòu)。前腿跳躍機(jī)構(gòu)包括前腿軸1、前腿動力桿2、前腿小彈簧3、前腿連接桿4、前腿大彈簧5和前腿腳掌桿6。前腿軸1支承在機(jī)架上。前腿軸1的兩端與兩根前腿動力桿2的內(nèi)端分別固定；兩根前腿動力桿2的中部與兩根前腿連接桿4的一端分別鉸接。兩根前腿連接桿4的另一端與兩根前腿腳掌桿6的中部分別鉸接。前腿小彈簧3及前腿大彈簧5的一端均與前腿動力桿2固定，另一端均與前腿腳掌桿6固定。前腿小彈簧3與前腿大彈簧5的勁度系數(shù)相等，且前腿小彈簧3的自由長度小于前腿大彈簧5的自由長度。前腿小彈簧3設(shè)置在前腿連接桿4靠近前腿動力桿2內(nèi)端的一側(cè)。前腿大彈簧5設(shè)置在前腿連接桿4靠近前腿動力桿2外端的一側(cè)。非工作狀態(tài)下，前腿腳掌桿6底面與機(jī)架底面平齊。

如圖1和3所示，后腿跳躍機(jī)構(gòu)包括后腿軸7、后腿動力桿8、后腿小彈簧9、后腿連接桿10、后腿大彈簧11和后腿腳掌桿12；后腿軸7支承在機(jī)架上。后腿軸7的兩端與兩根后腿動力桿8的內(nèi)端分別固定；兩根后腿動力桿8的中部與兩根后腿連接桿10的一端分別鉸接。兩根后腿連接桿10的另一端與兩根后腿腳掌桿12的中部分別鉸接。后腿小彈簧9及后腿大彈簧11的一端均與后腿動力桿8固定，另一端均與后腿腳掌桿12固定。后腿小彈簧9與后腿大彈簧11的勁度系數(shù)相等，且后腿小彈簧9的自由長度小于后腿大彈簧11的自由長度。后腿小彈簧9設(shè)置在后腿連接桿10靠近后腿動力桿8內(nèi)端的一側(cè)。后腿大彈簧11設(shè)置在后腿連接桿10后腿動力桿8外端的一側(cè)。非工作狀態(tài)下，后腿腳掌桿12底面與機(jī)架底面平齊。

如圖1、4、5和6所示，傳動機(jī)構(gòu)包括電池固定板13、電機(jī)14、拉卷輪15、蓄能彈簧16、定滑輪17、齒輪組、第二從動軸23、第一從動軸24、第二固定軸25、第一固定軸26、動力桿組和鋼索36。第一固定軸26與第二固定軸25平行設(shè)置，且均固定在機(jī)架上。電池固定板13固定在機(jī)架上。電池固定板13上固定有電機(jī)14及蓄電池；電機(jī)14與蓄電池相連；第一從動軸24與第二從動軸23平行設(shè)置，且均支承在機(jī)架上。齒輪組包括第一缺齒齒輪18、第一全齒齒輪19、第二全齒齒輪20、第三全齒齒輪21、第二缺齒齒輪22和第三缺齒齒輪35。第一缺齒齒輪18與電機(jī)14的輸出軸固定。第一全齒齒輪19、第二全齒齒輪20及第三全齒齒輪21均固定在第一從動軸24上。第二缺齒齒輪22及第三缺齒齒輪35均固定在第二從動軸23上。第一缺齒齒輪18的有齒部分與第一全齒齒輪19嚙合。第二缺齒齒輪22及第三缺齒齒輪35有齒部分對應(yīng)的圓心角均為180°。第二缺齒齒輪22與第二全齒齒輪20嚙合，或第三缺齒齒輪35與第三全齒齒輪21嚙合，即若第二缺齒齒輪22與第二全齒齒輪20嚙合，則第三缺齒齒輪35與第三全齒齒輪21不嚙合。若第二缺齒齒輪22與第二全齒齒輪20不嚙合，則第三缺齒齒輪35與第三全齒齒輪21嚙合。第二全齒齒輪20齒數(shù)的1.5倍小于第三全齒齒輪21齒數(shù)。拉卷輪15固定在第二從動軸23上。動力桿組包括第一蓄能桿27、第二蓄能桿28、第三蓄能桿29、第四蓄能桿30、前腿傳動桿31、后腿傳動桿32、后腿搖桿33和前腿搖桿34。第三蓄能桿29、第四蓄能桿30、前腿傳動桿31及后腿傳動桿32的一端通過蓄能鉸接軸鉸接。第三蓄能桿29遠(yuǎn)離蓄能鉸接軸的那端與第一蓄能桿27的一端通過第一鉸接軸鉸接。第一蓄能桿27的另一端與第一固定軸26構(gòu)成轉(zhuǎn)動副。第四蓄能桿30遠(yuǎn)離蓄能鉸接軸的那端與第二蓄能桿28的一端通過第二鉸接軸鉸接。第二蓄能桿28的另一端與第二固定軸25構(gòu)成轉(zhuǎn)動副。第一鉸接軸與第二鉸接軸通過蓄能彈簧16連接。前腿傳動桿31遠(yuǎn)離蓄能鉸接軸的那端與前腿搖桿34的一端鉸接。前腿搖桿34的另一端與前腿軸1固定。后腿傳動桿32遠(yuǎn)離蓄能鉸接軸的那端與后腿搖桿33的一端鉸接。后腿搖桿33的另一端與后腿軸7固定。鋼索36的一端與拉卷輪15固定，另一端與蓄能鉸接軸固定。定滑輪17支承在機(jī)架上；鋼索36繞過定滑輪17。

本發(fā)明的工作原理如下：

步驟一、電機(jī)14轉(zhuǎn)動，第一缺齒齒輪18的有齒部分帶動第一全齒齒輪19轉(zhuǎn)動。此時，第三缺齒齒輪35與第三全齒齒輪21嚙合，故第三全齒齒輪21帶動第二從動軸23轉(zhuǎn)動。第二從動軸23上的拉卷輪15在轉(zhuǎn)動過程中拉動鋼索36，蓄能鉸接軸在鋼索36的拉動下向定滑輪17運動，進(jìn)而使得蓄能彈簧變形。在蓄能鉸接軸的拉動下，前腿搖桿34帶動前腿軸1轉(zhuǎn)動，后腿搖桿33帶動后腿軸7轉(zhuǎn)動，使得前腿動力桿2及后腿動力桿8均向上翻轉(zhuǎn)。第三缺齒齒輪35的有齒部分與第三全齒齒輪21嚙合完畢后，第二缺齒齒輪22的有齒部分與第二全齒齒輪20開始嚙合。由于第三全齒齒輪21與第三缺齒齒輪35的傳動比小于第二全齒齒輪20與第二缺齒齒輪22的傳動比，故第二從動軸23的轉(zhuǎn)速降低。隨著蓄能彈簧變形長度的增大，鋼索36傳遞的拉力增大，在第二從動軸23轉(zhuǎn)速不變的情況下，電機(jī)所需輸出的功率也隨之增大；此時降低第二從動軸23的轉(zhuǎn)速，能夠減慢鋼索36的移動速度，從而降低電機(jī)所需輸出的功率，進(jìn)而保證電機(jī)所需輸出功率的相對穩(wěn)定。

步驟二、第一缺齒齒輪18的有齒部分與第一全齒齒輪19嚙合完畢后，前腿動力桿2及后腿動力桿8均在蓄能彈簧的作用下快速向下翻轉(zhuǎn)，前腿腳掌桿6及后腿腳掌桿12撞擊地面，為機(jī)架提供彈跳力，機(jī)架向前跳躍。第二從動軸23也在蓄能彈簧的作用下轉(zhuǎn)動至初始狀態(tài)。

步驟三、機(jī)架落地，第一缺齒齒輪18的有齒部分與第一全齒齒輪19重新開始嚙合后，重復(fù)步驟一和二。