本發(fā)明涉及一種液壓驅(qū)動(dòng)跳躍機(jī)器人，特別是涉及一種液壓驅(qū)動(dòng)跳躍機(jī)器人的腿部機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

自然界中的生物經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年的適應(yīng)和進(jìn)化，這使得生物具有堪稱完美的身體構(gòu)造和運(yùn)動(dòng)機(jī)制用以適應(yīng)環(huán)境，這為人類提供了科技發(fā)展的新思路。人們向自然學(xué)習(xí)的腳步從未停止，采用仿生學(xué)原理，設(shè)計(jì)、研制新型的機(jī)器和完整的仿生系統(tǒng)，是最近快速發(fā)展的前沿領(lǐng)域之一。在地形復(fù)雜的地面跳躍機(jī)器人相較于輪式和足式機(jī)器人有著無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，也因此跳躍機(jī)器人在星際探索、軍事偵察及生命救援等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

參照?qǐng)D6。文獻(xiàn)“授權(quán)公告號(hào)是cn101244729b的中國(guó)發(fā)明專利”公開(kāi)了一種仿袋鼠腿形跳躍機(jī)器人結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在機(jī)體上安裝負(fù)載，機(jī)體下側(cè)通過(guò)支撐架連接機(jī)器人膝關(guān)節(jié)，機(jī)器人膝關(guān)節(jié)通過(guò)腿部軸與機(jī)器人小腿連接，小腿的下端為機(jī)器人踝關(guān)節(jié)，腳掌與小腿在踝關(guān)節(jié)處通過(guò)腳掌軸連接，踝關(guān)節(jié)同時(shí)位于腳掌的1/3處，腳掌與腳趾通過(guò)腳趾軸連接，腳趾軸位于腳掌前端，下置彈簧一端安裝于腳掌后端，一端安裝于小腿的2/5處，上置彈簧一端安裝于小腿上端，一端安裝于機(jī)體的1/2處；動(dòng)力機(jī)構(gòu)通過(guò)上耳環(huán)和下耳環(huán)分別與小腿和腳掌連接。

該結(jié)構(gòu)將液壓缸直接安裝于小腿和腳之間，直接驅(qū)動(dòng)踝關(guān)節(jié)，在身體與腿部之間沒(méi)有安裝液壓缸，而是靠上置彈簧的收縮實(shí)現(xiàn)機(jī)器人腿部運(yùn)動(dòng)，這種結(jié)構(gòu)不能實(shí)現(xiàn)機(jī)器人空中姿態(tài)調(diào)整，進(jìn)而不能實(shí)現(xiàn)機(jī)器人連續(xù)穩(wěn)定跳躍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有液壓驅(qū)動(dòng)跳躍機(jī)器人連續(xù)穩(wěn)定跳躍困難的不足，本發(fā)明提供一種液壓驅(qū)動(dòng)跳躍機(jī)器人的腿部機(jī)構(gòu)。該機(jī)器人腿部包括第一液壓缸和第二液壓缸，利用第一液壓缸控制髖關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，第二液壓缸控制膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，踝關(guān)節(jié)采用膝踝關(guān)節(jié)耦合機(jī)構(gòu)來(lái)控制。在機(jī)器人的起跳階段、騰空階段和落地階段，都能通過(guò)兩個(gè)液壓缸的伸縮來(lái)進(jìn)行整個(gè)腿部的運(yùn)動(dòng)。解決了液壓驅(qū)動(dòng)跳躍機(jī)器人空中姿態(tài)調(diào)整的不足，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人連續(xù)穩(wěn)定的跳躍。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種液壓驅(qū)動(dòng)跳躍機(jī)器人的腿部機(jī)構(gòu)，其特點(diǎn)是包括身體機(jī)架1、第一液壓缸支座2、第一液壓缸3、第二液壓缸15、大腿4、小腿8、腳9、髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和膝踝關(guān)節(jié)耦合機(jī)構(gòu)。所述的身體機(jī)架1的一端與髖關(guān)節(jié)支座18固連，另一端與第一液壓缸支座2固連，第一液壓缸支座2與第一液壓缸3的缸筒鉸接，第一液壓缸3的活塞穿過(guò)大腿4上表面的矩形槽23與大腿4鉸接。大腿4通過(guò)膝關(guān)節(jié)與小腿8的一端相連，小腿8的另一端與腳9鉸接。

所述的髖關(guān)節(jié)包括第一角位移傳感器16、第一角位移傳感器固定座17、髖關(guān)節(jié)支座18、髖關(guān)節(jié)不銹鋼管20、髖關(guān)節(jié)法蘭盤22和髖關(guān)節(jié)套筒19。第一角位移傳感器16的殼體與第一角位移傳感器固定座17和大腿4固連，髖關(guān)節(jié)不銹鋼管20通過(guò)髖關(guān)節(jié)法蘭盤22與髖關(guān)節(jié)支座18固連，利用緊定螺釘將髖關(guān)節(jié)不銹鋼管20與第一角位移傳感器16的轉(zhuǎn)動(dòng)軸緊固；髖關(guān)節(jié)不銹鋼管20與第二液壓缸15的缸筒通過(guò)自潤(rùn)滑軸承21鉸接。當(dāng)?shù)谝灰簤焊?的活塞推動(dòng)大腿4時(shí)，第一角位移傳感器16的殼體隨大腿4一起運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸隨身體機(jī)架1運(yùn)動(dòng)，達(dá)到測(cè)量身體機(jī)架1與大腿4之間的角度的目的。

所述的膝關(guān)節(jié)包括第二角位移傳感器7、第二角位移傳感器固定座6、膝關(guān)節(jié)不銹鋼管24和膝關(guān)節(jié)法蘭盤5。第二角位移傳感器7的殼體與第二角位移傳感器固定座6和大腿4固連，膝關(guān)節(jié)不銹鋼管24通過(guò)膝關(guān)節(jié)法蘭盤5與小腿8固連，利用緊定螺釘將膝關(guān)節(jié)不銹鋼管24與第二角位移傳感器7的轉(zhuǎn)動(dòng)軸緊固。當(dāng)?shù)诙簤焊?5的活塞推動(dòng)小腿時(shí)，第二角位移傳感器7的殼體隨大腿4一起運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸隨小腿8一起運(yùn)動(dòng)，達(dá)到測(cè)量大腿4與小腿8之間的角度的目的。

所述的膝踝關(guān)節(jié)耦合機(jī)構(gòu)包括腳9、小腿8、大腿4、第一連桿11、第二連桿10、第一不完全齒輪13、第二不完全齒輪12和第三連桿14。小腿8與第一不完全齒輪13固連，第一連桿11與小腿8和第二不完全齒輪12鉸接，第二連桿10的兩端分別與第二不完全齒輪12和腳9的后端鉸接，形成一個(gè)閉鏈的齒輪-五桿機(jī)構(gòu)；第三連桿14與第一連桿11和大腿4鉸接，第三連桿14、第一連桿11、小腿8、大腿4形成一個(gè)對(duì)邊平行的四桿機(jī)構(gòu)。第一不完全齒輪13與第二不完全齒輪12的傳動(dòng)比為1:1。當(dāng)大腿4與小腿8之間的角度增大時(shí)，第三連桿14與第一連桿11的角度同時(shí)增大，第二不完全齒輪12帶動(dòng)第二連桿10向上運(yùn)動(dòng)，第二連桿10帶動(dòng)腳9的后端向上運(yùn)動(dòng)，從而使腳9與小腿8之間的角度增大。反之，當(dāng)大腿4與小腿8之間的角度減小時(shí)，小腿8與腳9之間的角度相應(yīng)減小。

所述的矩形槽23位于大腿4上表面靠近髖關(guān)節(jié)的3/1處，長(zhǎng)度和寬度分別為大腿上表面的1/3和1/2。

本發(fā)明的有益效果是：該機(jī)器人腿部包括第一液壓缸和第二液壓缸，利用第一液壓缸控制髖關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，第二液壓缸控制膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，踝關(guān)節(jié)采用膝踝關(guān)節(jié)耦合機(jī)構(gòu)來(lái)控制。在機(jī)器人的起跳階段、騰空階段和落地階段，都能通過(guò)兩個(gè)液壓缸的伸縮來(lái)進(jìn)行整個(gè)腿部的運(yùn)動(dòng)。解決了液壓驅(qū)動(dòng)跳躍機(jī)器人空中姿態(tài)調(diào)整的不足，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人連續(xù)穩(wěn)定的跳躍。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明液壓驅(qū)動(dòng)跳躍機(jī)器人的腿部機(jī)構(gòu)裝配體的示意圖。

圖2是本發(fā)明液壓驅(qū)動(dòng)跳躍機(jī)器人的腿部機(jī)構(gòu)髖關(guān)節(jié)的示意圖。

圖3是本發(fā)明液壓驅(qū)動(dòng)跳躍機(jī)器人的腿部機(jī)構(gòu)膝關(guān)節(jié)的示意圖。

圖4是本發(fā)明液壓驅(qū)動(dòng)跳躍機(jī)器人的腿部機(jī)構(gòu)膝踝關(guān)節(jié)耦合機(jī)構(gòu)的示意圖。

圖5是圖1中大腿的示意圖。

圖6是背景技術(shù)仿袋鼠腿形跳躍機(jī)器人結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖中，1-身體機(jī)架，2-第一液壓缸支座，3-第一液壓缸，4-大腿，5-膝關(guān)節(jié)法蘭盤，6-第二角位移傳感固定座，7-第二角位移傳感器，8-小腿，9-腳，10-第二連桿，11-第一連桿，12-第二不完全齒輪，13-第一不完全齒輪，14-第三連桿，15-第二液壓缸，16-第一角位移傳感器，17-第一角位移傳感器固定座，18-髖關(guān)節(jié)支座，19-髖關(guān)節(jié)套筒，20-髖關(guān)節(jié)不銹鋼管，21-自潤(rùn)滑軸承，22-髖關(guān)節(jié)法蘭盤，23-矩形槽，24-膝關(guān)節(jié)不銹鋼管。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例參照?qǐng)D1～5。

本發(fā)明液壓驅(qū)動(dòng)跳躍機(jī)器人的腿部機(jī)構(gòu)包括身體機(jī)架1、第一液壓缸支座2、第一液壓缸3、第二液壓缸15、大腿4、小腿8、腳9、髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和膝踝關(guān)節(jié)耦合機(jī)構(gòu)。身體機(jī)架1一端與髖關(guān)節(jié)支座18固連，另一端與第一液壓缸支座2固連，第一液壓缸支座2與第一液壓缸3的缸筒鉸接，第一液壓缸3的活塞穿過(guò)大腿4上表面的矩形槽23與大腿4鉸接。大腿4通過(guò)膝關(guān)節(jié)與小腿8的一端相連，小腿8的另一端與腳9鉸接。

所述的髖關(guān)節(jié)包括第一角位移傳感器16、第一角位移傳感器固定座17、髖關(guān)節(jié)支座18、髖關(guān)節(jié)不銹鋼管20、髖關(guān)節(jié)法蘭盤22、髖關(guān)節(jié)套筒19。第一角位移傳感器16的殼體與第一角位移傳感器固定座17和大腿4固連，髖關(guān)節(jié)不銹鋼管20通過(guò)髖關(guān)節(jié)法蘭盤22與髖關(guān)節(jié)支座18固連，利用緊定螺釘將髖關(guān)節(jié)不銹鋼管20與第一角位移傳感器16的轉(zhuǎn)動(dòng)軸緊固；髖關(guān)節(jié)不銹鋼管20與第二液壓缸15的缸筒通過(guò)自潤(rùn)滑軸承21鉸接。當(dāng)?shù)谝灰簤焊?的活塞推動(dòng)大腿4時(shí)，第一角位移傳感器16的殼體隨大腿4一起運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸隨身體機(jī)架1運(yùn)動(dòng)，達(dá)到測(cè)量身體機(jī)架1與大腿4之間的角度的目的。

所述的膝關(guān)節(jié)包括第二角位移傳感器7、第二角位移傳感器固定座6、膝關(guān)節(jié)不銹鋼管24、膝關(guān)節(jié)法蘭盤5。第二角位移傳感器7的殼體與第二角位移傳感器固定座6和大腿4固連，膝關(guān)節(jié)不銹鋼管24通過(guò)膝關(guān)節(jié)法蘭盤5與小腿8固連，利用緊定螺釘將膝關(guān)節(jié)不銹鋼管24與第二角位移傳感器7的轉(zhuǎn)動(dòng)軸緊固。當(dāng)?shù)诙簤焊?5的活塞推動(dòng)小腿時(shí)，第二角位移傳感器7的殼體隨大腿4一起運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸隨小腿8一起運(yùn)動(dòng)，達(dá)到測(cè)量大腿4與小腿8之間的角度的目的。

所述的膝踝關(guān)節(jié)耦合機(jī)構(gòu)包括腳9、小腿8、大腿4、第一連桿11、第二連桿10、第一不完全齒輪13、第二不完全齒輪12和第三連桿14。小腿8與第一不完全齒輪13固連，第一連桿11與小腿8和第二不完全齒輪12鉸接，第二連桿10的兩端分別與第二不完全齒輪12和腳9的后端鉸接，形成一個(gè)閉鏈的齒輪-五桿機(jī)構(gòu)；第三連桿14與第一連桿11和大腿4鉸接，第三連桿14、第一連桿11、小腿8、大腿4形成一個(gè)對(duì)邊平行的四桿機(jī)構(gòu)。第一不完全齒輪13與第二不完全齒輪12的傳動(dòng)比為1：1。當(dāng)大腿4與小腿8之間的角度增大時(shí)，第三連桿14與第一連桿11的角度同時(shí)增大，第二不完全齒輪12帶動(dòng)第二連桿10向上運(yùn)動(dòng)，第二連桿10帶動(dòng)腳9的后端向上運(yùn)動(dòng)，從而使腳9與小腿8之間的角度增大。反之，當(dāng)大腿4與小腿8之間的角度減小時(shí)，小腿8與腳9之間的角度相應(yīng)減小。

所述的大腿4上表面有為安裝第一液壓缸而開(kāi)的矩形槽23，矩形槽23位于大腿4上表面靠近髖關(guān)節(jié)的3/1處，長(zhǎng)度和寬度分別為大腿上表面的1/3和1/2。

機(jī)器人在起跳階段，第一液壓缸3和第二液壓缸15分別推動(dòng)大腿4和小腿8控制髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，膝關(guān)節(jié)通過(guò)膝踝耦合機(jī)構(gòu)來(lái)控制踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，整個(gè)腿部機(jī)構(gòu)伸展從而實(shí)現(xiàn)跳躍機(jī)器人的起跳；在騰空階段，第一液壓缸3收縮，使身體機(jī)架1與大腿4之間的角度減小，整個(gè)腿部向前擺動(dòng)以準(zhǔn)備落地，實(shí)現(xiàn)空中姿態(tài)調(diào)整；在落地階段，第二液壓缸15收縮，整個(gè)腿部收縮到起跳前的狀態(tài)；重復(fù)此過(guò)程實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的連續(xù)穩(wěn)定跳躍。