一种储能可调的仿青蛙跳跃机器人及运动控制方法，它包含驱动装置、传动装置、执行连杆机构和触发装置；传动装置包含输出轴、输入小齿轮、减速齿轮组、输出齿轮、扭转弹簧和扭转弹簧支架，输入小齿轮、减速齿轮组和输出齿轮均可转动地设置在机架上，输出轴与驱动装置的输出端相连，输入小齿轮与输出轴连接，并与减速齿轮组啮合，减速齿轮组与输出齿轮啮合，输出齿轮与扭转弹簧支架固连，扭转弹簧套在扭转弹簧支架外圈上，且扭转弹簧的两端分别与输出齿轮和执行连杆机构的输入杆固接，触发装置设置在机架上，作动时使执行连杆机构离开死点位置，做伸腿跳跃运动。本发明专利技术结构轻巧，储能大小可调，具有更好可控性。具有更好可控性。具有更好可控性。
【技术实现步骤摘要】
一种储能可调的仿青蛙跳跃机器人及运动控制方法
[0001]本专利技术涉及一种仿生机器人，具体涉及一种储能可调的仿青蛙跳跃机器人及运动控制方法。
技术介绍
[0002]随着人类对工程探测、军事侦察、野外搜救、星球探索等任务需求的增加，非结构化地形和未知环境作业也成为了机器人研究所面临的难题。目前人类模仿自然界中陆地动物的运动方式研发的机器人主要形式有爬行或者步行，该类机器人自由度多，运动稳定但缓慢，缺少敏捷性，面对较大的障碍物具有很大的局限性。跳跃运动方式越障能力强，可以快速躲避危险，在低重力加速度的外星表面，跳跃方式能够发挥出更大的优势。因此，跳跃机器人的研究是仿生机器人中一个重要的分支。
[0003]自然界的青蛙体型偏小，质量较轻，具有很强的跳跃能力，能够跳跃自身数倍身长的距离。这种运动方式对于青蛙在复杂环境中运动，捕捉食物或者躲避天敌具有关键的作用。青蛙跳跃时主要依靠强有力的后腿进行能量的快速释放，迅速伸展腿部，与地面产生很大的作用力，具有爆发性强、越障能力强、运动快速的优点，能够很好地适应非结构化地形。
[0004]结构上来看，现有跳跃机器人大都为多关节串联驱动式，这种方式的机器人较为笨重，整体功率密度较小，难以实现高跳跃性能和解决缓冲问题。
[0005]例如：CN112960045A公开一种仿青蛙两栖机器人及运动控制方法，该机器人采用串联驱动方式，依靠棘轮棘爪和二级齿轮传动，实现后腿的伸展和收缩，结构比较复杂。
技术实现思路
[0006]本专利技术为克服现有技术，提供一种结构轻巧，并具有更好可控性的储能可调的仿青蛙跳跃机器人及运动控制方法。
[0007]一种储能可调的仿青蛙跳跃机器人包含驱动装置、传动装置、执行连杆机构和触发装置；传动装置包含输出轴、输入小齿轮、减速齿轮组、输出齿轮、扭转弹簧和扭转弹簧支架，驱动装置固定在机架上，输入小齿轮、减速齿轮组和输出齿轮均可转动地设置在机架上，输出轴与驱动装置的输出端相连，输入小齿轮与输出轴连接，并与减速齿轮组啮合，减速齿轮组与输出齿轮啮合，输出齿轮与扭转弹簧支架固连，扭转弹簧套在扭转弹簧支架外圈上，且扭转弹簧的两端分别与输出齿轮和执行连杆机构的输入杆固接，执行连杆机构的输出杆与外界相连，所述执行连杆机构为斯蒂芬森六连杆，以实现伸展和收缩运动并具有死点位置可辅助储能，触发装置设置在机架上，作动时使执行连杆机构离开死点位置，做伸腿跳跃运动。
[0008]一种储能可调的仿青蛙跳跃机器人的运动控制方法包含：
[0009](1)、缩腿
[0010]无刷电机转动带动输出轴运动，使输入小齿轮、减速齿轮组、输出齿轮、扭转弹簧和扭转弹簧支架一起转动，引起杆A转动从而使得执行连杆组进行收缩运动直到连杆处于
死点位置；
[0011](2)、储能
[0012]当连杆收缩到极限位置时进入死点，无刷电机进行反转，此时无刷电机的扭矩通过齿轮减速放大，输入到扭转弹簧的一端，而扭转弹簧的另一端与杆A固连，无法转动，扭转弹簧进行储能，通过控制无刷电机转动的角度位置即可调节扭转弹簧储能大小，从而实现不同的跳跃高度；
[0013](3)、触发
[0014]舵机接收来自控制电路板的信号带动凸轮转动，凸轮推动杆E的末端，使执行连杆组离开死点位置，此时扭转弹簧内所储存的能量使得杆A急速转动，带动其他连杆实现伸腿运动，机器人进行跳跃，跃向空中；
[0015](4)、缓冲
[0016]机器人从空中下落，在杆E的末端触地瞬间开始，机器人进入缓冲，来自地面的冲击经过连杆传递到扭转弹簧并进行储存，此时无刷电机处于阻尼状态，扭转弹簧能量经过输出齿轮、减速齿轮组、输出轴和输入小齿轮，传动到无刷电机进行平稳消耗。
[0017]本专利技术相比现有技术的有益效果是：
[0018]本专利技术的仿青蛙跳跃机器人基于串联弹性致动器，在电机输出与执行连杆组之间串联弹性元件(扭转弹簧)，可通过对能量进行存储与释放提高机器人跳跃功率密度，从而实现优异的跳跃性能。在机器人着陆时，扭转弹簧进行能量的吸收实现平稳缓冲。
[0019]由于所有产生直线运动的四连杆机构都很难很好地实现仿蛙腿的结构外形和运动，或者行程比短，或者仿生特性差，而且能自由设计的参数很少。而五杆机构有两个自由度，因此，本专利技术将考虑范围扩大到单自由度六杆机构。执行连杆组是一组经过参数优化的斯蒂芬森六连杆，可以实现两个主要效果：一是，将输入杆件的旋转运动转化为输出杆件末端的拟直线输出，采用了非二自由度的方式得到稳定可控的输出，使结构更轻巧，得到了更好的跳跃性能且利于动力学控制；二是，具有机构死点，可通过电机反转进行扭转弹簧储能，结构轻巧，且储能大小可调节，具有更好的可控性。本专利技术适用于单腿跳或双腿跳。
[0020]下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步地说明：
附图说明
[0021]图1为从一侧看的本专利技术的立体结构示意图；
[0022]图2为从另一侧看的本专利技术的立体结构示意图；
[0023]图3为触发装置布置示意图。
具体实施方式
[0024]下面将结合附图对本专利技术技术方案的实施例进行详细的描述。除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域技术人员所理解的通常意义。
[0025]实施例1、如图1和图2所示，一种储能可调的仿青蛙跳跃机器人包含驱动装置、传动装置、执行连杆机构H和触发装置K；
[0026]传动装置包含输出轴14、输入小齿轮15、减速齿轮组3、输出齿轮4、扭转弹簧6和扭转弹簧支架7，驱动装置固定在机架1上，输入小齿轮15、减速齿轮组3和输出齿轮4均可转动
地设置在机架1上，机架1作为机器人基体，与多个零件配合，输出轴14与驱动装置的输出端相连，输入小齿轮15与输出轴14连接，输出轴14用于传递电机的输出扭矩，并与减速齿轮组3啮合，减速齿轮组3与输出齿轮4啮合，输出齿轮4与扭转弹簧支架7固连，扭转弹簧6套在扭转弹簧支架7外圈上，扭转弹簧支架7作为扭转弹簧的径向支撑,且扭转弹簧6的两端分别与输出齿轮4和执行连杆机构H的输入杆固接，执行连杆机构H的输出杆与外界(例如脚蹼或地面17)接触，所述执行连杆机构H为斯蒂芬森六连杆，以实现伸展和收缩运动并具有死点位置可辅助储能，触发装置K设置在机架1上，作动时使执行连杆机构H离开死点位置，做伸腿跳跃运动。
[0027]该仿青蛙跳跃机器人基于串联弹性致动器，在电机输出与执行连杆组之间串联弹性元件(扭转弹簧用于跳跃储能与缓冲)，可通过对能量进行存储与释放提高机器人跳跃功率密度，从而实现优异的跳跃性能。在机器人着陆时，扭转弹簧进行能量的吸收实现平稳缓冲。
[0028]该跳跃机器人的执行连杆是一组经过参数优化的斯蒂芬森六连杆，可以实现两个主要效果：一是，将输入杆件的旋转运动转化为输出杆件末端的拟直线输出，采用了非二自由度的方式得到稳定可控的输出，使结构更轻巧，得到了更好的跳跃性能且利于动力学控制；二是，具有机构死点，可通过电本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种储能可调的仿青蛙跳跃机器人，其特征在于：包含驱动装置、传动装置、执行连杆机构(H)和触发装置(K)；传动装置包含输出轴(14)、输入小齿轮(15)、减速齿轮组(3)、输出齿轮(4)、扭转弹簧(6)和扭转弹簧支架(7)，驱动装置固定在机架(1)上，输入小齿轮(15)、减速齿轮组(3)和输出齿轮(4)均可转动地设置在机架(1)上，输出轴(14)与驱动装置的输出端相连，输入小齿轮(15)与输出轴(14)连接，并与减速齿轮组(3)啮合，减速齿轮组(3)与输出齿轮(4)啮合，输出齿轮(4)与扭转弹簧支架(7)固连，扭转弹簧(6)套在扭转弹簧支架(7)外圈上，且扭转弹簧(6)的两端分别与输出齿轮(4)和执行连杆机构(H)的输入杆固接，所述执行连杆机构(H)为斯蒂芬森六连杆，以实现伸展和收缩运动并具有死点位置可辅助储能，触发装置(K)设置在机架(1)上，作动时使执行连杆机构(H)离开死点位置，做伸腿跳跃运动。2.根据权利要求1所述一种储能可调的仿青蛙跳跃机器人，其特征在于：所述执行连杆机构(H)包含杆A(5)、杆B(8)、杆C(10)、杆D(11)和杆E(12)；杆A(5)的两侧分别与扭转弹簧支架(7)和机架(1)配合，并可相对机架(1)转动，杆A(5)的上下端分别与杆B(8)和杆C(10)的一端铰接，杆B(8)和杆C(10)的另一端分别与杆E(12)铰接，杆D(11)的两端分别与机架(1)和杆E(12)铰接。3.根据权利要求2所述一种储能可调的仿青蛙跳跃机器人，其特征在于：所述触发装置(K)包含舵机(16)和凸轮(9)；舵机(16)固定在机架(1)上，舵机(16)的输出轴与凸轮(9)相连，凸轮(9)用于推动杆E(12)末端，使得执行连杆机构(H)离开死点位置，作伸腿跳跃运动。4.根据权利要求1所述一种储能可调的仿青蛙跳跃机器人，其特征在于：所述驱动装置为无刷电机(13)，无刷电机(13)的定子固定在机架(1)上，定子上的三相线与控制电路板(2)相连无刷电机(13)的转子与输出轴(14)固连，控制电路板(2)固定在机架(1)上，且位于无刷电机(13)定子正后方，连接着...
【专利技术属性】
技术研发人员：樊继壮，杜启龙，董志辉，赵杰，徐天，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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