一种新型的双足跳跃机器人重心自稳态腿部结构

1.本实用新型涉及仿生机器人领域，具体是指一种新型的双足跳跃机器人重心自稳态腿部结构。


背景技术：

2.随着机器人技术的不断发展，未来机器人将会有越来越多的应用，而其中一个重要的机器人应用方向就是仿生机器人用于对复杂的自然界进行探索，这就要求机器人具有较强的越障能力以及自稳定能力。现在机器人的主流移动方式有轮式或履带式移动、步行、爬行等，但是这些移动方式的越障能力都十分有限，无法实现对实际自然界中大体积障碍物的跨越。而且步行及爬行机器人由于自由度较多，且控制复杂、运动缓慢，鲁棒性较低。与轮式机器人和步行机器人不同，跳跃运动的起跳爆发性以及着地点的离散性使仿生跳跃机器人具备很强的越障和环境适应力。而野生动物的跳跃运动各具特色，一直以来都是研究仿生机器人的模型样本。袋鼠是以跳跃为运动方式的生物中最有特点的动物，其跳跃运动不仅速度快，运动稳定、越障能力强且耗能较少。因此，通过对袋鼠运动方式的模仿，有助于跳跃机器人的设计及控制方法的研究。目前仿生机器人技术已逐渐应用于军事、生产生活、康复医疗等诸多领域。
3.中国专利申请号cn200820028650.7，公开了一种仿袋鼠腿形跳跃机器人结构，在机体上安装负载，机体下侧通过支撑架连接机器人膝关节，机器人膝关节通过腿部轴与机器人小腿连接，小腿的下端为机器人踝关节，脚掌与小腿在踝关节处通过脚掌轴连接，踝关节同时位于脚掌的1/3处，脚掌与脚趾通过脚趾轴连接，脚趾轴位于脚掌前端，下置弹簧一端安装于脚掌后端，一端安装于小腿的2/5处，上置弹簧一端安装于小腿上端，一端安装于机体的1/2 处；动力机构通过上耳环和下耳环分别与小腿和脚掌连接。
4.其缺陷在于，其仅通过一个驱动单元9可以驱动小腿4与脚掌6间的角度瞬间增大，即向上弹跳，并不便于使其往前进行行进弹跳，也就是说其向前行进跳跃的功能较为薄弱，鉴于以上，我们提出一种新型的双足跳跃机器人重心自稳态腿部结构来解决上述问题。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题就是克服以上的技术缺陷，提供一种结构合理，实用性强，可以模仿袋鼠行在跳跃中行进，使用效果好的一种新型的双足跳跃机器人重心自稳态腿部结构。
6.为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案为：一种新型的双足跳跃机器人重心自稳态腿部结构，包括机体，机体下部里连接有腿部结构，腿部结构对称设置于机体的两侧，腿部结构包括大腿板、小腿、足部、大腿驱动部，大腿板呈v形状板，v形板的三个角中的一角处与机体铰接连接，其他两角用于与小腿铰接；
7.所述小腿包括连杆一、连杆二、驱动气缸，所述连杆一上端铰接连接在v形板的一端，连杆二上端铰接连接在v形板的另一端，连杆一、连杆二下端分别铰接连接在足部的铰
接点一和铰接点二上，所述大腿板与连杆一、连杆二、足部可以围成能够形变的四边形结构，驱动气缸设置在四边形结构的对角线处，并且驱动气缸的两端均为铰接连接；
8.所述大腿驱动部包括驱动电机、摇杆、摆杆；所述驱动电机固定设置在机体内，驱动电机输出端设有摇杆，摇杆另一端铰接连接摆杆的一端，摆杆另一端铰接连接大腿板。
9.进一步的，所述足部底面呈圆弧状的底面，并且包括脚趾、脚掌、脚跟，所述足部靠近脚跟的侧边设有铰接点一、铰接点二、铰接点三，铰接点三位于铰接点一和铰接点二之间并且靠近铰接点二设置，所述驱动气缸上端铰接连接在连杆一上端一侧、下端铰接连接在铰接点三上。
10.进一步的，所述脚趾呈矩形框状结构，并且脚趾宽度大于脚掌和脚跟。
11.进一步的，所述机体前端设有安装架，所述安装架内设有压缩气瓶，所述压缩气瓶为驱动气缸提供驱动气体。
12.进一步的，所述机体内还设有电路板和电池。
13.本实用新型与现有技术相比的优点在于：本实用新型双足跳跃机器人重心自稳态腿部结构通过驱动气缸使小腿的四边形结构形变，可以使足部瞬间转动从而提供跳跃的弹力，其次通过大腿驱动部驱动大腿板转动，使用时，通过大腿板转动与小腿弹跳的配合可以实现纵向与横向力的合并，展现为整体向前跳动的效果。
附图说明
14.图1是本实用新型一种新型的双足跳跃机器人重心自稳态腿部结构的结构示意图一。
15.图2是本实用新型一种新型的双足跳跃机器人重心自稳态腿部结构的结构示意图二。
16.图3是本实用新型腿部结构立体示意图。
17.图4是本实用新型腿部结构正视图。
18.如图所示：1、机体；2、大腿板；3、足部；4、大腿驱动部；5、连杆一；6、连杆二；7、驱动气缸；8、铰接点一；9、铰接点二；10、铰接点三；11、驱动电机；12、摇杆；13、摆杆；14、脚趾；15、脚掌；16、脚跟；17、安装架；18、压缩气瓶；19、电路板；20、电池。
具体实施方式
19.下面结合附图来进一步说明本实用新型的具体实施方式。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。
20.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。另外，术语“包括”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
21.一种新型的双足跳跃机器人重心自稳态腿部结构，如图1、2，包括机体1，机体1下部里连接有腿部结构，腿部结构对称设置于机体1的两侧，腿部结构包括大腿板2、小腿、足部3、大腿驱动部4，如图3所示，大腿板2呈v形状板，v形板的三个角中的一角处与机体 1铰接连接，其他两角用于与小腿铰接，大腿板2的三个角端分别铰接连接不同部件，大腿板2设有两个并且相同的上端一侧角位通过铰轴穿过机体1可以同步转动连接，大腿板2再通过大腿驱动部4进行驱动转动，其转动时，大腿板2前侧一端可以被驱动向下和向后移动，从而使整体实现向上向前的移动，大腿驱动部4包括驱动电机11、摇杆12、摆杆13；所述驱动电机11固定设置在机体1内，驱动电机11输出端设有摇杆12，摇杆12另一端铰接连接摆杆13的一端，摆杆13另一端铰接连接大腿板2；
22.如图3、4所示，所述小腿包括连杆一5、连杆二6、驱动气缸7，所述连杆一5上端铰接连接在v形板的一端，连杆二6上端铰接连接在v形板的另一端，连杆一5、连杆二6下端分别铰接连接在足部3的铰接点一8和铰接点二9上，所述大腿板2与连杆一5、连杆二6、足部3可以围成能够形变的四边形结构，驱动气缸7设置在四边形结构的对角线处，并且驱动气缸7的两端均为铰接连接，通过四边形结构的形变，可以使足部3发生转动，即产生向下蹬地的效果，在配合大腿板2的向下转动的力，二者合一更加便于整体的七条，并且足部 3的转动也有向后蹬的力，配合大腿板2的向后的力从而实现整体的向前跳跃；
23.所述足部3底面呈圆弧状的底面，并且包括脚趾14、脚掌15、脚跟16，所述足部3靠近脚跟16的侧边设有铰接点一8、铰接点二9、铰接点三10，铰接点三10位于铰接点一8和铰接点二9之间并且靠近铰接点二9设置，所述驱动气缸7上端铰接连接在连杆一5上端一侧、下端铰接连接在铰接点三10上。所述脚趾14呈矩形框状结构，并且脚趾14宽度大于脚掌15和脚跟16。考虑机器人足部3与地面的接触以及主要着力范围在竖直方向上对足部3 进行区域划分即将重心所处位置这一信息更直接的观察，将足部3分为脚趾14、脚掌15、脚跟16，三个部分，在跳跃时，重心向前移动当脚趾14着地时，此时蹬腿起跳可以获得较高的跳跃高度，并且重心前倾便于跳跃更远，起跳时，重心右脚跟16向前过度到脚掌15，过度到脚趾14时，驱动气杆和大腿板2再同步配合实现蹬腿跳跃的作业；再着地时，足部3与上述过度相反，使脚趾14先着地，脚趾14宽度较大，便于稳定着地，在经过圆弧状底面过度到脚跟16，在着地时，驱动气缸7收缩起到缓冲的作用。
24.所述机体1前端设有安装架17，所述安装架17内设有压缩气瓶18，所述压缩气瓶18为驱动气缸7提供驱动气体。所述机体1内还设有电路板19和电池20。
25.以上对本实用新型及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，具体实施方式中所示的也只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。