單腿跳躍機器人的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種單腿跳躍機器人，包括身體（1）、大腿（2）和小腿（3）三部分，身體（1）與大腿（2）之間通過髖關(guān)節(jié)（4）連接，大腿（2）與小腿（3）之間通過膝關(guān)節(jié)（5）連接。所述單腿跳躍機器人采用直流電機驅(qū)動，且大腿驅(qū)動電機（21）和小腿驅(qū)動電機（22）的安裝位置同軸不共軸，減小了機器人在前進方向的慣量，減小實現(xiàn)驅(qū)動力；其次，所述單腿跳躍機器人的大腿（2）通過50：40的嚙合比將角度傳遞給安裝于身體（1）上的角度傳感器（9），實現(xiàn)微小角度的1.25倍機械放大，提高了角度控制的精確度。
【專利說明】單腿跳躍機器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于機器人【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種單腿跳躍機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]單腿跳躍機器人主要用來作為彈跳機理的研究和驗證平臺。國內(nèi)外均有各種各樣的機械結(jié)構(gòu)，其中有液壓驅(qū)動、液壓和繩聯(lián)合驅(qū)動等驅(qū)動方式，但是采用液壓驅(qū)動的機器人，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本偏高，對于一般性彈跳機理的研究很不劃算，而繩驅(qū)動的機器人由于需要正反轉(zhuǎn)雙向驅(qū)動，一方面所需動力源數(shù)量翻倍，另一方面使機器人結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提供一種機械結(jié)構(gòu)簡單、容易控制、便于實驗開展的單腿跳躍機器人。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用以下技術(shù)方案:
[0005]一種單腿跳躍機器人，包括身體、大腿和小腿三部分，身體與大腿之間通過髖關(guān)節(jié)連接，大腿與小腿之間通過膝關(guān)節(jié)連接，其特征在于:
[0006]身體包括兩塊身體保護板、身體支撐板及身體驅(qū)動電機，身體保護板和身體支撐板連接為一個支架，身體驅(qū)動電機位于所述支架內(nèi)，身體驅(qū)動電機的尾部裝有電機碼盤，身體驅(qū)動電機的前端裝有減速機，減速機的輸出軸通過齒輪聯(lián)軸器與嚙合齒輪連接，嚙合齒輪和與所述哨合齒輪相同的被哨合齒輪以1:1的傳動比哨合，被哨合齒輪以與哨合齒輪相同的齒輪聯(lián)軸器與身體轉(zhuǎn)動軸連接，身體轉(zhuǎn)動軸、身體轉(zhuǎn)動副軸承與髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動副支座形成身體轉(zhuǎn)動副；髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動副支座與髖關(guān)節(jié)支撐板固定連接；
[0007]髖關(guān)節(jié)包括大腿驅(qū)動電機、小腿驅(qū)動電機、髖關(guān)節(jié)大腿連接件、髖關(guān)節(jié)鏈輪和髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動副支座，大腿驅(qū)動電機和小腿驅(qū)動電機的安裝位置同軸但不共軸，兩個驅(qū)動電機的尾部均裝有電機碼盤，前部均裝有減速機，減速機的輸出軸分別通過大腿驅(qū)動軸圓錐銷、小腿驅(qū)動軸圓錐銷與大腿驅(qū)動軸、小腿驅(qū)動軸固定連接，大腿驅(qū)動軸、小腿驅(qū)動軸通過螺釘固定于驅(qū)動軸支架上，大腿驅(qū)動軸、小腿驅(qū)動軸兩端分別通過大腿轉(zhuǎn)動副軸承、小腿轉(zhuǎn)動副軸承、電機軸承與大腿轉(zhuǎn)動副軸承支座、小腿轉(zhuǎn)動副軸承支座、電機軸承支座形成轉(zhuǎn)動副；髖關(guān)節(jié)大腿連接件通過平頭普通平鍵和彈性擋圈固定在大腿驅(qū)動軸上；髖關(guān)節(jié)鏈輪通過平頭普通平鍵和彈性擋圈固定在小腿驅(qū)動軸上；
[0008]膝關(guān)節(jié)包括膝關(guān)節(jié)大腿連接件、膝關(guān)節(jié)小腿連接件和膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸,膝關(guān)節(jié)小腿連接件通過平頭普通平鍵和螺釘連接在膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸上、膝關(guān)節(jié)大腿連接件件通過膝關(guān)節(jié)軸承連接在膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸上形成轉(zhuǎn)動副，膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸通過平頭普通平鍵、彈性擋圈與膝關(guān)節(jié)鏈輪固定連接，膝關(guān)節(jié)鏈輪與髖關(guān)節(jié)鏈輪通過鏈條連接；
[0009]大腿由一根鋁管組成，鋁管的兩端通過螺釘分別與膝關(guān)節(jié)大腿連接件、髖關(guān)節(jié)大腿連接件連接，髖關(guān)節(jié)大腿連接件中加入日本大同彈簧；鋁管連接髖關(guān)節(jié)大腿連接件的一端還設(shè)有一個50齒的鋁齒輪，所述鋁齒輪與身體上設(shè)置的40齒的齒輪嚙合，40齒的齒輪嚙合連接角度傳感器。
[0010]小腿包括彈簧、鈦管和小腿連接件，小腿的端部連接一個橡膠半球的腳趾，腳趾的上端連接彈簧，彈簧的上端通過小腿連接件連接鈦管，鈦管與膝關(guān)節(jié)小腿連接件連接；彈簧和所述腳趾的中間安裝有壓力傳感器，所述壓力傳感器外部設(shè)有壓力傳感器保護件。
[0011]進一步地，所述單腿跳躍機器人還包括彈簧防失穩(wěn)導槽、彈簧防失穩(wěn)導桿、直線軸承和圓導軌，所述彈簧防失穩(wěn)導槽通過螺栓與壓力傳感器連接，所述彈簧防失穩(wěn)導桿位于彈簧內(nèi)部，直線軸承位于彈簧防失穩(wěn)導桿內(nèi)部，圓導軌位于直線軸承內(nèi)部，圓導軌的一端通過螺紋和彈簧防失穩(wěn)導槽連接，圓導軌的另一端通過螺栓卡在直線軸承的外部；彈簧防失穩(wěn)導桿、直線軸承和小腿連接件通過螺釘連接為一個整體。
[0012]進一步地，所述壓力傳感器未與彈簧防失穩(wěn)導槽連接的一端通過螺釘與壓力傳感器接觸端連接，壓力傳感器接觸端通過螺釘與腳趾連接件連接，腳趾連接件通過螺釘和腳趾連接。
[0013]進一步地，所述單腿跳躍機器人還包括腳趾防掉件，腳趾防掉件的一端通過螺釘與彈簧防失穩(wěn)導槽連接，另一端則插入壓力傳感器接觸端與腳趾連接件形成的縫隙中。
[0014]進一步地，所述身體驅(qū)動電機、大腿驅(qū)動電機和小腿驅(qū)動電機均是直流電機。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果如下:
[0016]首先，本實用新型所述單腿跳躍機器人采用直流電機身體、大腿和小腿進行驅(qū)動，降低實驗成本；
[0017]其次，本實用新型所述單腿跳躍機器人的大腿驅(qū)動電機和小腿驅(qū)動電機的安裝位置為同軸不共軸，最大限度的減小了機器人在前進方向的慣量，減小了機器人在前進方向跳躍時所需驅(qū)動力；
[0018]再次，本實用新型所述單腿跳躍機器人的大腿通過50:40的嚙合比將角度傳遞給安裝于身體上的角度傳感器，實現(xiàn)微小角度的1.25倍機械放大，提高了角度控制的精確度；
[0019]最后，本實用新型所述單腿跳躍機器人的小腿是通過鏈輪間接驅(qū)動，鎖住小腿與大腿夾角的角度后便可通過只調(diào)節(jié)大腿的角度實現(xiàn)小腿垂直蹬地起跳，避免了大小腿的角度同步調(diào)節(jié)帶來的控制不方便；
[0020]另外，本實用新型所述單腿跳躍機器人作為彈跳機理的研究和驗證平臺，便于建立坐標系，易于控制電機，對于算法的加載和實驗的開展十分有利。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本實用新型的單腿跳躍機器人的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為本實用新型單腿跳躍機器人的身體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3為本實用新型單腿跳躍機器人的髖關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4為本實用新型單腿跳躍機器人的膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖5為本實用新型單腿跳躍機器人的小腿結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0026]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0027]如圖1所示，本實施例中的單腿跳躍機器人，包括身體1、大腿3和小腿5三部分，身體I與大腿3之間通過髖關(guān)節(jié)2連接，大腿3與小腿5之間通過膝關(guān)節(jié)4連接。
[0028]如圖2所示，身體I包括兩塊身體保護板11、身體支撐板12及身體驅(qū)動電機13，身體保護板11和身體支撐體12連接為一個支架，身體驅(qū)動電機13位于所述支架內(nèi)，身體驅(qū)動電機13的尾部裝有電機碼盤31，身體驅(qū)動電機13的前端裝有減速機132，減速機132的輸出軸133通過齒輪聯(lián)軸器14與嚙合齒輪15連接，嚙合齒輪15和與嚙合齒輪15相同的被哨合齒輪16以1:1的傳動比哨合，被哨合齒輪16以與哨合齒輪15相同的齒輪聯(lián)軸器17與身體轉(zhuǎn)動軸18連接，身體轉(zhuǎn)動軸18、身體轉(zhuǎn)動副軸承19與髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動副支座25形成身體轉(zhuǎn)動副；髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動副支座25與髖關(guān)節(jié)支撐板固定連接。
[0029]如圖3所示，髖關(guān)節(jié)2包括大腿驅(qū)動電機21、小腿驅(qū)動電機22、髖關(guān)節(jié)大腿連接件23、髖關(guān)節(jié)鏈輪24和髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動副支座25，大腿驅(qū)動電機21和小腿驅(qū)動電機22的安裝位置同軸但不共軸，兩個驅(qū)動電機21、22的尾部均裝有電機碼盤211、221，前部均裝有減速機212,222,減速機212、222的輸出軸213、223分別通過大腿驅(qū)動軸圓錐銷214、小腿驅(qū)動軸圓錐銷224與大腿驅(qū)動軸26、小腿驅(qū)動軸27固定連接，大腿驅(qū)動軸26、小腿驅(qū)動軸27通過螺釘固定于驅(qū)動軸支架上，大腿驅(qū)動軸26、小腿驅(qū)動軸27兩端分別通過大腿轉(zhuǎn)動副軸承261、小腿轉(zhuǎn)動副軸承271、電機軸承215、225與大腿轉(zhuǎn)動副軸承支座、小腿轉(zhuǎn)動副軸承支座262、電機軸承支座216、226形成轉(zhuǎn)動副；髖關(guān)節(jié)大腿連接件23通過平頭普通平鍵和彈性擋圈固定在大腿驅(qū)動軸26上；髖關(guān)節(jié)鏈輪24通過平頭普通平鍵和彈性擋圈固定在小腿驅(qū)動軸27上。
[0030]如圖4所示,膝關(guān)節(jié)4包括膝關(guān)節(jié)大腿連接件41、膝關(guān)節(jié)小腿連接件42和膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸43，膝關(guān)節(jié)小腿連接件42通過平頭普通平鍵和螺釘連接在膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸43上、膝關(guān)節(jié)大腿連接件41通過膝關(guān)節(jié)軸承44連接在膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸43上形成轉(zhuǎn)動副,膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸43通過平頭普通平鍵、彈性擋圈與膝關(guān)節(jié)鏈輪45固定連接，膝關(guān)節(jié)鏈輪45與髖關(guān)節(jié)鏈輪24通過鏈條6連接。
[0031]如圖3、圖4所示，大腿3由一根鋁管組成，鋁管的兩端通過螺釘分別與膝關(guān)節(jié)大腿連接件41、髖關(guān)節(jié)大腿連接件23連接，髖關(guān)節(jié)大腿連接件23中加入日本大同彈簧31 ;鋁管連接髖關(guān)節(jié)大腿連接件23的一端還設(shè)有一個50齒的鋁齒輪7，所述鋁齒輪32與身體上設(shè)置的40齒的齒輪8嚙合，40齒的齒輪8嚙合連接角度傳感器9。
[0032]如圖5所示，小腿5包括彈簧51、鈦管52和小腿連接件53，小腿5的端部連接一個橡膠半球的腳趾54，腳趾54的上端連接彈簧51，彈簧51的上端通過小腿連接件53連接鈦管52，鈦管52與膝關(guān)節(jié)小腿連接件42連接；彈簧51和腳趾54的中間安裝有壓力傳感器55,壓力傳感器55外部設(shè)有壓力傳感器保護件551。
[0033]如圖5所示，本實施例中的單腿跳躍機器人還包括彈簧防失穩(wěn)導槽56、彈簧防失穩(wěn)導桿57、直線軸承58和圓導軌59，彈簧防失穩(wěn)導槽56通過螺栓與壓力傳感器55連接，彈簧防失穩(wěn)導桿57位于彈簧51內(nèi)部,直線軸承58位于彈簧防失穩(wěn)導桿57內(nèi)部，圓導軌59位于直線軸承58的內(nèi)部，圓導軌59的一端通過螺紋和彈簧防失穩(wěn)導槽56連接，圓導軌59的另一端通過螺栓卡在直線軸承58的外部；彈簧防失穩(wěn)導桿57、直線軸承58和小腿連接件53通過螺釘連接為一個整體；壓力傳感器55未與彈簧防失穩(wěn)導槽56連接的一端通過螺釘與壓力傳感器接觸端552連接，壓力傳感器接觸端552通過螺釘與腳趾連接件541連接，腳趾連接件541通過螺釘和腳趾54連接。
[0034]本實施例中的單腿跳躍機器人還包括腳趾防掉件542，腳趾防掉件542的一端通過螺釘與彈簧防失穩(wěn)導槽56連接，另一端則插入壓力傳感器接觸端552與腳趾連接件541形成的縫隙中。
[0035]為了便于控制電機，本實施例中的身體驅(qū)動電機13、大腿驅(qū)動電機21和小腿驅(qū)動電機22均是直流電機。
[0036]盡管這里參照本實用新型的最佳解釋性實施例對本實用新型進行了描述，但是，應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計出很多其他的修改和實施方式，這些修改和實施方式將落在本申請公開的原則范圍和精神之內(nèi)。更具體地說，在本申請公開、附圖和權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可以對主題組合布局的組成部件和/或布局進行多種變型和改進。除了對組成部件和/或布局進行的變型和改進外，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，其他的用途也將是明顯的。
【權(quán)利要求】
1.一種單腿跳躍機器人，包括身體(1)、大腿(2)和小腿(3)三部分，身體(1)與大腿(2)之間通過髖關(guān)節(jié)(4)連接，大腿(2)與小腿(3)之間通過膝關(guān)節(jié)(5)連接，其特征在于: 身體(1)包括兩塊身體保護板(11)、身體支撐板(12 )及身體驅(qū)動電機(13 )，身體保護板(11)和身體支撐體(12)連接為一個支架，身體驅(qū)動電機(13)位于所述支架內(nèi)，身體驅(qū)動電機(13)的尾部裝有電機碼盤(31)，身體驅(qū)動電機(13)的前端裝有減速機(132)，減速機(132)的輸出軸(133)通過齒輪聯(lián)軸器(14)與嚙合齒輪(15)連接，嚙合齒輪(15)和與嚙合齒輪(15)相同的被嚙合齒輪(16)以1:1的傳動比嚙合，被嚙合齒輪(16)以與嚙合齒輪(15)相同的齒輪聯(lián)軸器(17)與身體轉(zhuǎn)動軸(18)連接，身體轉(zhuǎn)動軸(18)、身體轉(zhuǎn)動副軸承(19)與髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動副支座(25)形成身體轉(zhuǎn)動副；髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動副支座(25)與髖關(guān)節(jié)支撐板固定連接； 髖關(guān)節(jié)(2)包括大腿驅(qū)動電機(21)、小腿驅(qū)動電機(22)、髖關(guān)節(jié)大腿連接件(23)、髖關(guān)節(jié)鏈輪(24 )和髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動副支座(25 )，大腿驅(qū)動電機(21)和小腿驅(qū)動電機(22 )的安裝位置同軸但不共軸，兩個驅(qū)動電機(21)、(22)的尾部均裝有電機碼盤(211)、(221)，前部均裝有減速機(212)、(222)，減速機(212)、(222)的輸出軸(213)、(223)分別通過大腿驅(qū)動軸圓錐銷(214)、小腿驅(qū)動軸圓錐銷(224)與大腿驅(qū)動軸(26 )、小腿驅(qū)動軸(27 )固定連接，大腿驅(qū)動軸(26)、小腿驅(qū)動軸(27)通過螺釘固定于驅(qū)動軸支架上，大腿驅(qū)動軸(26)、小腿驅(qū)動軸(27)兩端分別通過大腿轉(zhuǎn)動副軸承(261)、小腿轉(zhuǎn)動副軸承(271)、電機軸承(215)、(225)與大腿轉(zhuǎn)動副軸承支座(262)、小腿轉(zhuǎn)動副軸承支座(262)、電機軸承支座(216)、(226)形成轉(zhuǎn)動副；髖關(guān)節(jié)大腿連接件(23)通過平頭普通平鍵和彈性擋圈固定在大腿驅(qū)動軸(26)上；髖關(guān)節(jié)鏈輪(24)通過平頭普通平鍵和彈性擋圈固定在小腿驅(qū)動軸(27)上； 膝關(guān)節(jié)(4)包括膝關(guān)節(jié)大腿連接件(41)、膝關(guān)節(jié)小腿連接件(42)和膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸(43)，膝關(guān)節(jié)小腿連接件(42`)通過平頭普通平鍵和螺釘連接在膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸(43)上、膝關(guān)節(jié)大腿連接件(41)通過膝關(guān)節(jié)軸承(44)連接在膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸(43)上形成轉(zhuǎn)動副,膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸(43 )通過平頭普通平鍵、彈性擋圈與膝關(guān)節(jié)鏈輪(45 )固定連接，膝關(guān)節(jié)鏈輪(45 )與髖關(guān)節(jié)鏈輪(24 )通過鏈條(6 )連接； 大腿(3)由一根鋁管組成，鋁管的兩端通過螺釘分別與膝關(guān)節(jié)大腿連接件(41)、髖關(guān)節(jié)大腿連接件(23)連接，髖關(guān)節(jié)大腿連接件(23)中加入日本大同彈簧(31);鋁管連接髖關(guān)節(jié)大腿連接件(23 )的一端還設(shè)有一個(50 )齒的鋁齒輪(7 )，所述鋁齒輪(32 )與身體上設(shè)置的(40)齒的齒輪(8)嚙合，(40)齒的齒輪(8)嚙合連接角度傳感器(9)； 小腿(5)包括彈簧(51)、鈦管(52)和小腿連接件(53)，小腿(5)的端部連接一個橡膠半球的腳趾(54)，腳趾(54)的上端連接彈簧(51)，彈簧(51)的上端通過小腿連接件(53)連接鈦管(52)，鈦管(52)與膝關(guān)節(jié)小腿連接件(42)連接；彈簧(51)和腳趾(54)的中間安裝有壓力傳感器(55)，壓力傳感器(55)外部設(shè)有壓力傳感器保護件(551)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單腿跳躍機器人，其特征在于:還包括彈簧防失穩(wěn)導槽(56)、彈簧防失穩(wěn)導桿(57)、直線軸承(58)和圓導軌(59)，彈簧防失穩(wěn)導槽(56)通過螺栓與壓力傳感器(55)連接,彈簧防失穩(wěn)導桿(57)位于彈簧(51)內(nèi)部,直線軸承(58)位于彈簧防失穩(wěn)導桿(57)內(nèi)部，圓導軌(59)位于直線軸承(58)的內(nèi)部，圓導軌(59)的一端通過螺紋和彈簧防失穩(wěn)導槽(56)連接，圓導軌(59)的另一端通過螺栓卡在直線軸承(58)的外部；彈簧防失穩(wěn)導桿(57)、直線軸承(58)和小腿連接件(53)通過螺釘連接為一個整體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單腿跳躍機器人，其特征在于:所述壓力傳感器(55)未與彈簧防失穩(wěn)導槽(56)連接的一端通過螺釘與壓力傳感器接觸端(552)連接，壓力傳感器接觸端(552 )通過螺釘與腳趾連接件(541)連接，腳趾連接件(541)通過螺釘和腳趾(54 )連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單腿跳躍機器人，其特征在于:還包括腳趾防掉件(542)，腳趾防掉件(542)的一端通過螺釘與彈簧防失穩(wěn)導槽(56)連接，另一端則插入壓力傳感器接觸端(552)與腳趾連接件(541)形成的縫隙中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項權(quán)利要求所述的單腿跳躍機器人，其特征在于:所述身體驅(qū)動電機(13)、大腿驅(qū) 動電機(21)和小腿驅(qū)動電機(22)均是直流電機。
【文檔編號】B62D57/02GK203381702SQ201320424223
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月17日
【發(fā)明者】葛樹志, 周健, 懷錚, 代小林 申請人:電子科技大學