弹跳时的相同d = U-Os时，机器人处于腾空上升 阶段，拨叉驱动电机49带动拨叉52反转10 °，离合器动块45与离合器定块43在离合 器复位弹簧47的作用下嵌合，与此同时，髋关节电机29带动后肢弹跳机构前摆150° ; ?= 1.3?1.5s时，机器人处于着陆阶段，前肢仿生机构为着陆做准备开始伸展，肩关节电机 28带动前肢大臂11反转90°，肘关节电机22带动前肢小臂12正转100° ;l = 1.5~L55s 时，曲柄一 10与连杆一 9在一条直线上，处于死点位置，对髋关节电机29起到自锁保护作 用，机器人的脚掌板4先触地，拉簧一 7在地面冲击力作用下拉伸4〔to?左右，机器人重力 势能部分转化为弹性势能；? = 1.55-时，主电机39带动拉簧一 7拉伸至210?? ,髋关 节电机29带动后肢弹跳机构正转150°，肩关节电机28带动前肢大臂11正转35°，肘关 节电机22带动前肢小臂12正转25°，机器人复位到准备起跳时的位姿，为下一次起跳做准 备。
[0022] 3、实现原地转向功能。拉簧一 7处于拉伸状态，不起作用，拉簧二5的作用是使脚 掌板4及时复位。机器人初始化的位姿以及拉簧一 7和拉簧二5的参数同机器人仿青蛙弹 跳时一样。
[0023] 机器人转向的周期T = 每个周期分为三个阶段：前倾阶段、后摆阶段和转向 阶段。一个周期内，时刻? = 〇 I?k时，机器人位姿初始化；I = 1?2s时，两侧的肩关节电机 28带动对应的前肢大臂11正转65°，两侧的肘关节电机22带动对应的前肢小臂12反转 65°，两侧的前肢仿生机构同步收缩，机器人前倾；I = 2 ~ 3s时，一侧的髋关节电机29带动 对应的后肢弹跳机构后摆95°，使得脚掌板4脱离地面；? = 3?4s时，两侧的肩关节电机 28带动对应的前肢大臂11反转65°，两侧的肘关节电机22带动对应的前肢小臂12正转 65°，上述髋关节电机29带动对应的后肢弹跳机构前摆95°，使得后肢脚掌板4与地面的 接触摩擦力形成了对机器人重心的摩擦力矩，机器人转动，并复位到初始化后的位姿，为下 一次转向做准备。
[0024] 4、实现行走。该机器人目前只能在平地简单地行走，主要有两种行走步伐。第一 种步伐是三足触地步伐，即机器人每行走一步，至少有三条腿触地，以维持机器人重心的平 衡。第二种步伐是对角足步伐，机器人四条腿可分为两组对角足，每行走一步，两组对角足 依次离地、触地，机器人的重心在四条腿对角线的中心。
【主权项】
1. 一种多功能仿生弹跳及行走机器人，包括机器人躯干、保护盖、前肢仿生机构、弹簧 锁解机构和后肢弹跳机构，其特征在于：所述的保护盖与机器人躯干固定；两个前肢仿生 机构对称设置在机器人躯干前部；两个后肢弹跳机构对称设置在机器人躯干后部，且分别 通过一个弹簧锁解机构驱动； 所述的后肢弹跳机构包括齿轮箱壳体、齿轮箱上盖、齿轮箱下盖、髋关节电机、曲柄一、 连杆一、同步齿轮、大腿杆、小腿杆一、小腿杆二、拉簧一、拉簧二、输出轴、滚筒和钢绳；所述 齿轮箱壳体的两端分别与齿轮箱上盖和齿轮箱下盖固定；齿轮箱壳体通过轴承支承在机器 人躯干上，形成髋关节；所述髋关节电机的底座固定在机器人躯干上，曲柄一固定在髋关节 电机的输出轴上，连杆一的两端分别铰接于曲柄一的一端和齿轮箱上盖的边缘；两根齿轮 轴对称铰接于齿轮箱上盖上，固定在两根齿轮轴上的两个同步齿轮相啮合；两个同步齿轮 均固连有大腿杆，所述小腿杆一的一端与前部的大腿杆通过销轴连接，形成膝关节一；小腿 杆一的另一端与小腿杆二的中部用销轴连接，形成踝关节；所述小腿杆二的两端分别与后 部的大腿杆和脚掌板用销轴连接，形成膝关节二和跗跖关节；所述拉簧一的两端分别固定 在膝关节一和膝关节二处的销轴上；拉簧二的一端固定在踝关节处的销轴上，另一端固定 在跗跖关节处的销轴上；所述的输出轴铰接在齿轮箱上盖上，滚筒与输出轴固连；所述钢 绳的一端缠绕在滚筒上，另一端固连在踝关节处的销轴上； 所述的前肢仿生机构包括肩关节电机、直齿轮一、肩关节轴、前肢大臂、肘关节轴、直齿 轮二、肘关节电机、锥齿轮二、锥齿轮一、前肢小臂和前肢脚趾；所述肩关节电机的底座固定 在机器人躯干上，直齿轮一与肩关节电机的输出轴固连；所述的肩关节轴通过轴承支承在 机器人躯干上；所述前肢大臂的顶端固定在肩关节轴上，底端通过轴承支承有肘关节轴； 直齿轮二固连在肩关节轴上，并与直齿轮一啮合；所述肘关节电机的底座固定在前肢大臂 的底部，锥齿轮一固连在肘关节电机的输出轴上；锥齿轮二固连在肘关节轴上，并与锥齿轮 一啮合；所述前肢小臂的顶端与肘关节轴固定；所述前肢脚趾的顶部与前肢小臂底部的沉 头孔通过滑动副连接；缓冲弹簧的一端套在前肢脚趾的顶部，另一端压紧前肢小臂的沉头 孔孔底； 所述的弹簧锁解机构包括主电机、直齿轮三、输入轴、直齿轮四、棘爪、离合器动块、离 合器定块、拨叉驱动电机、曲柄二、连杆二和拨叉；所述主电机的底座固定在齿轮箱下盖上， 直齿轮三与主电机的输出轴固连；所述的输入轴通过轴承支承在齿轮箱下盖上，直齿轮四、 棘轮和离合器定块均固定在输入轴上；直齿轮四与直齿轮三啮合；棘爪轴通过轴承支承在 齿轮箱下盖上；所述的棘爪固定在棘爪轴上，并与棘爪啮合；棘爪复位弹簧的一端与棘爪 固定，另一端与齿轮箱下盖固定；所述的离合器动块与后肢弹跳机构的输出轴通过花键连 接，并与离合器定块嵌合；离合器复位弹簧套在输出轴上，且设置在离合器动块和齿轮箱上 盖之间；电机支撑架的两端分别固定在齿轮箱上盖和齿轮箱下盖上，所述拨叉驱动电机的 底座固定在电机支撑架上，曲柄二固连在拨叉驱动电机的输出轴上；所述连杆二的两端分 别铰接于曲柄二和拨叉的端部上；拨叉的中部与电机支撑架的支承轴铰接，拨叉的U型叉 嵌入离合器动块的环形槽内。
2. 根据权利要求1所述的一种多功能仿生弹跳及行走机器人，其特征在于：所述的直 齿轮二与直齿轮一的齿数比为2 :1 ;所述锥齿轮二与锥齿轮一的旋转中心轴交角为90°， 齿数比为1 :1 ;所述的直齿轮四与直齿轮三的齿数比为2 :1。
3.根据权利要求1所述的一种多功能仿生弹跳及行走机器人，其特征在于：所述前肢 小臂底部的沉头孔两侧均开设有槽长沿前肢小臂臂长方向设置的滑槽；所述前肢脚趾的顶 部与沉头孔间隙配合；限位销穿过沉头孔两侧的滑槽，并与前肢脚趾顶部的限位销插孔过 盈配合。
【专利摘要】本发明公开了一种多功能仿生弹跳及行走机器人。现有机器人都只能实现单一的弹跳轨迹和弹跳动作，且只能在平坦的地形运动，还远远不能适应自然界中复杂的地形环境。本发明的两个前肢仿生机构对称设置在机器人躯干前部，两个后肢弹跳机构对称设置在机器人躯干后部，且分别与一个弹簧锁解机构连接；弹簧锁解机构可驱动、锁定或解锁后肢弹跳机构；弹簧锁解机构包括主电机、直齿轮三、输入轴、直齿轮四、棘爪、离合器动块、离合器定块、拨叉驱动电机、曲柄二、连杆二和拨叉。本发明不仅可以实现起跳角度调整、弹跳高度调整、连续弹跳和自动复位的基本功能，还能实现仿青蛙弹跳和仿袋鼠弹跳两种弹跳轨迹，并可原地转向和行走，以适应复杂的环境。
【IPC分类】B62D57-02
【公开号】CN104590412
【申请号】CN201410816643
【发明人】张雷, 孙文斌, 雷炳杰, 孔佳元
【申请人】浙江理工大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月24日