一種機器人仿生助跳裝置的制作方法

專利名稱：一種機器人仿生助跳裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及機器人領域，具體是一種機器人仿生助跳裝置。
背景技術：
以跳躍方式運動的機器人由于可以越過數倍甚至數十倍于自身尺寸的障礙物，特 別適合于地形勘測，救援，反恐等有障礙物的復雜環境，已成為當前機器人領域的研究熱
點o最早的跳躍機器人以倒立擺作為原理模型，實現了簡單彈跳功能，如麻省理工的 單自由度平面內連續跳躍機器人。后來人們從仿生學中得到啟示，根據動物運動機理和結 構特點，研制了具有仿生功能的跳躍機器人，如美國國家航空宇航局與加利福尼亞技術學 院聯合研制的仿蛙形間歇跳躍機器人，實現了起跳過程中質心受到地面非線性作用力的仿 生功能，改善了機器人的跳躍性能，該機器人的腳部為一剛性圓盤；日本東京大學通過研究 生物腿部的跳躍機理，設計了一種仿生雙足跳躍機器人，該機器人采用人工氣動肌肉作為 驅動，腳部為一剛性桿件，控制較為復雜。國內哈爾濱工程大學發明了一種仿蝗蟲跳躍機器 人，已獲國家專利(CN 101058036A)，該機器人的腳部為面積較小的爪片。上述設計或發明的跳躍機器人，基本實現了仿生的跳躍性能。但由于對腳部進行 了簡化和剛性處理，并未發揮腳部的仿生功能。腳部在動物起跳過程中，腳掌繞腳趾轉動， 腳掌主要起到支撐身體的作用，而腳趾的作用是延長地面對腳部施加作用力的時間，進而 延長加速過程，使質心在腳部離地瞬間獲得最大的速度，實現較大的跳遠距離。從仿生的角 度出發，利用腳掌和腳趾在起跳過程中的功能，可進一步發揮跳躍機器人的越障優勢。

發明內容
為克服現有技術中存在的對腳部進行了簡化和剛性處理，不發揮腳部的仿生功能 的不足，本發明提出了一種機器人仿生助跳裝置。本發明包括腿部連接桿、搖桿、連桿、支座、腳趾板和電磁鐵控制機構，其特征在 于，腿部連接桿、搖桿、連桿和支座組成平行四邊形的連桿機構，該連桿機構長邊與短邊的 比例為4 3。在所述的連桿機構中，搖桿的一端通過搖桿轉軸與連桿絞接，另一端通過踝 關節轉軸與支座絞接；腿部連接桿的一端通過支座轉軸與支座絞接，腿部連接桿的中部通 過連桿轉軸與連桿絞接。在支座一側有與之平行的腳掌連桿，并且腳掌連桿的一端亦與踝 關節轉軸絞接。在支座安裝踝關節轉軸的鉸接孔下方有用于對腳掌連桿限位的擋軸。電磁 鐵控制機構由電磁鐵、擋塊、電磁鐵支座和連接體組成，位于搖桿與支座絞接處，并通過電 磁鐵支座固定在搖桿的側邊上。腳趾板通過腳趾關節轉軸與腳掌連桿的一端絞接。在腳趾 關節轉軸上套裝有扭簧。所述的連接體固定在電磁鐵的伸縮軸的軸端；連接體的一個表面 與擋塊的外弧面配合。所述的腿部連接桿兩端端部分別有支座轉軸的鉸接孔和與跳躍機器人固連的安 裝孔。
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所述的搖桿兩端均有連接孔。在與兩端連接孔垂直的側邊的一端有凸出的楔形夾 塊，并且楔形夾塊的角度與高度與擋塊的截面配合。在楔形夾塊下方有電磁鐵支座的安裝 孔，并且該安裝孔的中心線與搖桿兩端平面上的連接孔平行。支座表面有兩個凸臺，并在兩個凸臺上分別有踝關節轉軸和支座轉軸的鉸接孔； 兩個絞接孔之間的距離應滿足平行四邊形連桿機構長邊與短邊的比例要求。兩個絞接孔的 孔心均與支座的表面平行。所述的腳趾轉軸、扭簧固定銷和踝關節轉軸的安裝孔分別在腳 掌連桿表面的凸臺上。所述的腳掌連桿一端有腳趾轉軸和扭簧固定銷的安裝孔；在腳掌連桿另一端有踝 關節轉軸的安裝孔；腳趾轉軸、扭簧固定銷和踝關節轉軸的安裝孔的軸線相互平行。在踝關 節轉軸安裝孔內側的腳掌連桿上有扇形缺口，扇形缺口 18的兩個圓弧面的中心線與踝關 節轉軸20的軸線重合；在扇形缺口同一位置的腳掌連桿側表面有凸出的連接塊。所述的腳 趾轉軸、扭簧固定銷和踝關節轉軸的安裝孔分別在腳掌連桿表面的凸臺上。所述的腳趾板的中部表面有一對凸出的扭簧固定支座，在該扭簧固定支座上有扭 簧插孔。在腳趾板一端的兩側邊處有對稱凸塊，該凸塊上有腳趾關節轉軸的安裝孔。所述的電磁鐵控制機構中的電磁鐵支座一端端頭有用于安裝電磁鐵的圓環；電磁 鐵支座的中部，有用于與搖桿固定連接的安裝孔；該安裝孔的中心線與薄壁圓環的圓心平 行。所述的擋塊為弧形，弧面的半徑大于腳掌連桿一端轉軸絞接孔的外徑；擋塊外弧 面與位于電磁鐵軸端的連接體的弧面配合；擋塊兩端端面的角度與形狀分別同楔形夾塊和 連接塊的角度與形狀。擋塊內弧面的圓心與踝關節轉軸的中心同心。本發明的工作過程為起跳前，電磁鐵動作，伸縮軸縮回，并帶動擋塊沿其軸線從扇形缺口的上方運動至 楔形夾塊工作面和連接塊工作面圍成的區域內。這時，楔形夾塊的工作面同擋塊工作面重 合，擋塊和連接塊并未接觸。接著，跳躍機器人開始起跳，帶動腿部連接桿繞支座上的支座 轉軸轉動，此時，支座，腳掌連桿和腳趾板均與地面接觸，腿部連接桿，連桿，搖桿和支座組 成平面四桿機構。腿部連接桿繞支座轉動的同時，固連在搖桿上的電磁鐵和擋塊將繞支座 上的踝關節轉軸轉動。當擋塊工作面和腳掌連桿上的連接塊工作面重合時，搖桿和腳掌連 桿變為同一構件。腳趾板同上述平面四桿機構以及腳掌連桿組成串并聯連桿機構。隨著腿 部連接桿繞支座的轉動以及跳躍機器人質心的移動，支座逐漸脫離地面，同地面接觸的桿 件變為腳掌連桿和腳趾板，并且隨機器人質心的進一步前移，腳掌連桿同地面的接觸點不 斷向腳趾板移動。在起跳最后階段，本發名所述的助跳裝置將以腳趾板為支撐，繞腳趾關節 轉軸轉動，直至腳趾板與地面脫離接觸。起跳過程中，由于腳趾板和腳掌連桿之間的相對運 動，扭簧中儲存了一定的能量，這些能量將在腳恥板離地的過程中予以釋放。腳趾板離地后該助跳裝置將處于騰空狀態，由于腳掌連桿和腳趾板的重力作用， 腳掌連桿上的連接塊將同擋塊脫離接觸，搖桿和腳掌連桿脫離接觸，使電磁鐵斷電，伸縮軸 外伸，擋塊工作面同搖桿上的楔形夾塊工作面脫離接觸。由于支座上擋軸的作用，騰空狀態 下腳掌連桿和腳趾板沿各自的長度方向并未垂直于地面，這樣，助跳裝置在著地時，作為獨 立構件的腳掌連桿和腳趾板將繞踝關節轉軸轉到同地面接觸時的起跳初始位置；腿部連接 桿，連桿，搖桿和支座則可按預定姿態平穩著地，并回到下次起跳前的初始狀態。
本發明中通過電磁鐵控制機構實現助跳裝置結構上的改變搖桿和腳掌連桿在電 磁鐵通電后，電磁鐵控制機構中的擋塊與腳掌連桿上的連接塊接觸時，搖桿和腳掌連桿相 互連接為一體；助跳裝置在起跳后處于騰空狀態下，電磁鐵斷電，搖桿和腳掌連桿分離，成 為不接觸的兩個獨立構件，實現了助跳裝置結構上的改變。這種變結構具有一定的仿生功 能電磁鐵通電狀態下，當擋塊工作面同連接塊接觸后，腿部連接桿，連桿，搖桿，支座，腳掌 連桿和腳趾板組成串并聯連桿機構。連桿類似動物小腿和腳之間的肌腱，將腿部連桿的力 和運動傳遞到搖桿和腳掌連桿上；支座類似動物的腳跟；腳掌連桿類似動物的腳掌；而腳 趾板類似動物的腳趾；空套在腳趾關節轉軸上的扭簧類似韌帶，扭簧變形產生的能量在腳 趾板離地時釋放，進一步起到助跳的作用。電磁鐵斷電后，擋塊脫離同楔形夾塊和連接塊的 接觸，腳掌連桿和搖桿變為兩個互不耦合的獨立構件。著地時，腳趾板首先觸地，扭簧可起 到緩沖減震的作用。接著，腳掌連桿觸地并繞踝關節轉軸自由轉動至與地面完全接觸，在轉 動過程中，腳掌連桿上的扇形缺口可保證腳掌連桿不與搖桿干涉。腿部連接桿，連桿，搖桿 和支座則可通過跳躍機器人姿態調整平穩著地，并返回到下次起跳前的初始狀態。起跳過 程中，支座，腳掌連桿和腳趾板相繼離地，延長了離地前腳與地面的作用時間，進而提高質 心的離地速度，起到助跳的功能。而著地過程則相反。這與動物腳跟，腳掌和腳趾在起跳離 地以及觸地的動作過程相同。本發明所涉及的仿生助跳裝置通過模仿動物起跳過程中肌腱 和腳的功能，能夠提高與該裝置固連的跳躍機器人的跳躍性能。


圖1是本發明助跳裝置起跳前初始狀態時的主視圖；圖2是本發明助跳裝置起跳前初始狀態時的三維視圖；圖3(a)是本發明助跳裝置起跳前電磁鐵斷電時的示意圖，(b)是助跳裝置電磁鐵 通電時的示意圖；圖4是圖2中腿部連接桿的示意圖；圖5是圖2中搖桿示意圖；圖6是圖2中連桿示意圖；圖7是圖2中電磁鐵支座的示意圖；圖8是圖2中擋塊的示意圖；圖9是圖2中腳掌連桿的示意圖；圖10是圖2中腳趾板的示意圖；圖11是圖2中支座的示意圖；圖12是本發明助跳裝置起跳后騰空階段，踝關節附近的局部放大示意圖；圖13(a)是本發明助跳裝置起跳階段腳趾板與地面接觸時的示意圖，(b)是助跳 裝置起跳后騰空階段的示意圖，(c)是助跳裝置著地階段腳趾板觸地時的示意圖。圖中1.腿部連接桿2.搖桿 3.連桿 4.楔形夾塊 5.連接體 6.電磁 鐵支座7.電磁鐵 8.擋塊 9.擋軸 10.連接塊 11.腳掌連桿12.扭簧 固定銷
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13.扭簧固定支座14.腳趾板15.扭簧16.腳趾關節轉軸 17.支 座轉軸18.扇形缺口19.支座 20.踝關節轉軸 21.連桿轉軸22.搖 桿轉軸23.電磁鐵伸縮軸
具體實施例方式本實施例是一種仿生助跳裝置，主要由一變結構平面連桿機構組成，以延長起跳 過程中腳部與地面的接觸時間，獲得較大的離地速度，提高跳躍性能的仿生作用。如圖1 圖2所示，本實施例包括由腿部連接桿1、搖桿2、連桿3和支座19組成 的平行四邊形連桿機構，并且該平行四邊形連桿機構長邊與短邊的比例為4 3;在所述的 連桿機構中，搖桿2的一端通過搖桿轉軸22與連桿3絞接，另一端通過踝關節轉軸20與支 座19絞接；腿部連接桿1的一端通過支座轉軸17與支座19絞接，腿部連接桿1的中部通 過連桿轉軸21與連桿3絞接。在支座19 一側有與之平行的腳掌連桿11，并且腳掌連桿11 的一端亦與踝關節轉軸20絞接。電磁鐵控制機構由電磁鐵7、扇形的擋塊8、電磁鐵支座6 和連接體5組成，位于搖桿2與支座19絞接處，并通過電磁鐵支座6固定在搖桿2側邊上； 擋塊8的扇形與踝關節轉軸同心。腳趾板14通過腳趾關節轉軸16與腳掌連桿11的一端 絞接；在腳趾關節轉軸16上套裝有扭簧15。如圖2和圖4所示，腿部連接桿1為條形板件。在腿部連接桿1兩端端部各有一 個小孔，其中一個為安裝支座轉軸17的鉸接孔，腿部連接桿1通過支座轉軸17與支座19 鉸接；另一個為該仿生助跳裝置與跳躍機器人固連的安裝孔。腿部連接桿1的中部，靠近支 座轉軸17鉸接孔的一側，加工有安裝連桿轉軸21的鉸接孔，腿部連接桿1通過連桿轉軸21 與連桿3鉸接。腿部連接桿1上還排列有多個通孔，用于該腿部連接桿與跳躍機器人固連 的安裝孔，同時減輕了腿部連接桿的重量。如圖5所示，搖桿2為桿件，兩端平面上均有連接孔。在與兩端連接孔垂直的側邊 的一端有凸出的楔形夾塊4，并且楔形夾塊4的角度與高度與擋塊8的截面配合，楔形夾塊 4靠近擋塊8的矩形平面為楔形夾塊的工作面。在楔形夾塊4下方有固定安裝孔，并且該 固定安裝孔的中心線與搖桿兩端平面上的連接孔平行，電磁鐵支座6通過該安裝孔與搖桿 2固連。如圖11所示，支座19亦為板件。在支座19的表面有兩個凸臺，并在兩個凸臺上 分別有踝關節轉軸20和支座轉軸17的鉸接孔；兩個絞接孔之間的距離應滿足平行四邊形 連桿機構長邊與短邊的比例要求；兩個絞接孔的孔心均與支座19的表面平行。在支座19 安裝踝關節轉軸20的鉸接孔下方有擋軸9，當助跳裝置離地后通過擋軸9對腳掌連桿11限 位。如圖9所示，腳掌連桿11為條形桿件。在腳掌連桿11 一端表面有凸臺，在該凸臺 側面有腳趾轉軸和扭簧固定銷的安裝孔；在腳掌連桿11另一端表面亦有凸臺，該凸臺側面 有踝關節轉軸20的安裝孔；腳趾轉軸、扭簧固定銷和踝關節轉軸20的安裝孔的軸線相互平 行。在踝關節轉軸20安裝孔內側的腳掌連桿11上有扇形缺口 18，扇形缺口 18的兩個圓弧 面的中心線與踝關節轉軸20的軸線重合；在扇形缺口 18同一位置的腳掌連桿11側表面有凸出的連接塊10。連接塊10靠近電磁鐵7的表面為連接塊10的工作面，起跳過程中該工 作面與擋塊8貼合。如圖10所示，腳趾板14為“U”形板。在腳趾板14的中部表面有一對凸出的扭簧 固定支座，在該扭簧固定支座上有扭簧插孔。在腳趾板14 一端的兩側邊處有對稱凸塊，該 凸塊上有腳趾關節轉軸16的安裝孔。腳趾板14的另一端端部的下表面呈圓弧狀，以提高 起跳過程中腳趾板適應地形的能力。如圖7所示，電磁鐵控制機構中的電磁鐵支座6為條形桿，在條形桿的一端端頭上 有一薄壁圓環，該薄壁圓環用于安裝電磁鐵7。在電磁鐵支座6的條形桿中部，有用于與搖 桿2固定連接的安裝孔；該安裝孔的中心線與薄壁圓環的圓心平行。電磁鐵7為伸縮式電磁鐵，并且該電磁鐵7的外徑同電磁鐵支座6薄壁圓環的內 徑。電磁鐵7裝入并固定在電磁鐵支座6的薄壁圓環內。電磁鐵7在未通電狀態下，其伸 縮軸23伸出殼體的長度等于搖桿2的厚度。如圖8所示，擋塊8為弧形條，其內弧面的半徑大于腳掌連桿11 一端轉軸20絞接 孔的外徑；擋塊8外弧面與位于電磁鐵7軸端的連接體的弧面配合。擋塊8一端端面的角 度與形狀同楔形夾塊4的角度與形狀，另一端端面的角度與形狀同腳掌連桿11 一端的連接 塊10的角度與形狀。擋塊8內弧面的圓心與踝關節轉軸20的中心同心。連接體5為塊狀，焊接在電磁鐵的伸縮軸23的軸端。連接體5的一個表面為弧面， 用于與擋塊8的外弧面配合。如圖12 圖13所示，電磁鐵支座6通過其條形桿中部的安裝孔與搖桿2固定連 接。電磁鐵7位于搖桿2 —側，被套裝并固定在電磁鐵支座6的圓環內，并使電磁鐵7伸縮 軸軸端的連接體5位于擋塊8外弧面的上方；擋塊8外弧面與連接體5的弧面固定連接。 當電磁鐵7通電后，助跳裝置開始起跳。在起跳過程中電磁鐵伸縮軸23縮回，擋塊8的一 個端面與楔形夾塊4的工作面貼合，另一個端面與腳掌連桿11上的連接塊10的工作面貼 合，使搖桿2與腳掌連桿11通過磁力連接，并通過腳掌連桿11將搖桿2運動的力傳至腳趾 板14，延長了助跳裝置的觸地時間，從而獲得了較大的離地速度。起跳后電磁鐵斷電，電磁 鐵7的伸縮軸23外伸，使擋塊8與楔形夾塊4脫離，并且擋塊8移動至腳掌連桿11上的扇 形缺口 18上方；此時，搖桿2與腳掌連桿11的連接斷開，使助跳裝置落地時所產生的沖擊 力對裝置的影響最小。該助跳裝置的工作過程為助跳裝置通過腿部連接桿1與進行跳躍運動的跳躍機 器人固連在一起。機器人在起跳前，電磁鐵7通電，電磁鐵伸縮軸23縮回(如圖3(b)所 示)，伸縮軸的伸縮行程等于搖桿2的厚度，電磁鐵伸縮軸23縮回的同時將帶動擋塊8沿伸 縮軸軸線從扇形缺口 18的上方運動至楔形夾塊4工作面和連接塊10工作面之間。當電磁 鐵伸縮軸23縮回到終止位置時，楔形夾塊4的工作面同擋塊8的工作面重合，擋塊8的另 一個工作面和連接塊10的工作面并未接觸。接著，跳躍機器人開始起跳，帶動腿部連接桿 1以支座轉軸17為轉動中心繞支座19轉動，此時，支座19，腳掌連桿11和腳趾板14均與 地面接觸，腿部連接桿1，連桿3，搖桿2和支座19組成平面四桿機構。腿部連接桿1繞支 座19相對轉動的同時，固定在搖桿2上的電磁鐵控制機構一同繞支座19上的踝關節轉軸 20轉動。當擋塊8和腳掌連桿11上的連接塊10接觸時，搖桿2和腳掌連桿11相互連接為 一體。腿部連接桿1，連桿3，支座19，腳趾板14，搖桿2和腳掌連桿11組成串并聯機構，其中，腿部連接桿1，連桿3，支座19，搖桿2和腳掌連桿11組成平面并聯四桿機構，腳趾板14 又與該四桿機構組成串聯機構。隨著腿部連接桿1繞支座19的轉動以及跳躍機器人質心 的前移，支座19逐漸脫離地面，同地面接觸的桿件變為腳掌連桿11和腳趾板14，并且隨機 器人質心的進一步前移，腳掌連桿11同地面的接觸點不斷向腳趾板14移動。在起跳的最 后階段，只有腳趾板14與地面保持接觸(如圖13(a)所示)，跳躍機器人及其本發名所述的 助跳裝置將以腳趾板14為支撐，繞腳趾關節轉軸16轉動，直至腳趾板14與地面脫離接觸。 起跳過程中，由于腳掌連桿11和腳趾板14相繼與地面脫離接觸，腳掌連桿11相對腳趾板 14存在轉動，扭簧中儲存了一定的能量，這些能量將在腳趾板離地的過程中予以釋放。腳趾板14離地后該助跳裝置將處于騰空狀態(如圖13 (b)所示)，由于腳掌連桿 11和腳趾板14的重力作用，腳掌連桿11上的連接塊10將同擋塊8脫離接觸，搖桿2和腳 掌連桿11分離。此時，電磁鐵7斷電，電磁鐵伸縮軸23從電磁鐵7的殼體內伸出，其伸出 的行程等于通電狀態下縮回的行程。擋塊8的工作面同搖桿上的楔形夾塊4的工作面脫離 接觸，擋塊8返回到電磁鐵7斷電時的位置，即擋塊8位于楔形夾塊4和連接塊10圍成的 區域之外，扇形缺口之上。由于支座19上擋軸9的作用(如圖12所示)，騰空狀態下腳掌 連桿11和腳趾板14沿各自的長度方向并未垂直于地面，這樣，助跳裝置在著地時(如圖 13 (c)所示)，作為獨立構件的腳掌連桿11將繞踝關節轉軸20轉到同地面接觸時的起跳前 的位置；跳躍機器人可通過調整腿部的位姿改變腿部連接桿1的位姿，進而實現整個助跳 裝置按預定姿態平穩著地，并回到下次起跳前的初始狀態。本發明所涉及的助跳裝置中，搖桿2和腳掌連桿11在電磁鐵7通電后的一段時間 內相互連接為一體，在起跳后的騰空狀態下分離，體現了該跳躍裝置結構上的改變。這種變 結構具有一定的仿生功能電磁鐵7通電狀態下，當擋塊8同連接塊10接觸后，腿部連接桿 1，連桿3，搖桿2支座19，腳掌連桿11和腳趾板14組成串并聯機構。連桿3類似動物的肌 腱，將腿部連接桿1的力和運動傳遞到搖桿2和腳掌連桿11上；支座19，腳掌連桿11和腳 趾板14類似動物的柔性腳，其中，支座19類似動物的腳跟，腳掌連桿11類似動物的腳掌， 而腳趾板14類似動物的腳趾；空套在腳趾關節轉軸16上的扭簧15類似韌帶，扭簧15變形 產生的能量在腳趾離地時釋放，進一步起到助跳的作用。腳趾板14離地后，電磁鐵7斷電， 腳掌連桿11和搖桿2變為兩個獨立構件。著地時，腳趾板14首先觸地，扭簧15可起到緩 沖剛性沖擊，減小震動的作用。接著，腳掌連桿11觸地并繞踝關節轉軸20自由轉動至與地 面完全接觸，在轉動過程中，腳掌連桿11上的扇形缺口 18可保證腳掌連桿11不與搖桿2 干涉。腿部連接桿1，連桿3，搖桿2和支座19則可通過跳躍機器人姿態調整平穩著地，并 返回到下次起跳前的初始狀態。離地起跳的過程中，支座19，腳掌連桿11和腳趾板14相繼 離地，延長了離地前腳與地面的作用時間，進而提高質心的離地速度。而著地過程則相反。 這與動物腳跟，腳掌和腳趾在起跳離地以及落地的動作過程完全相同。根據仿生學原理，本發明所涉及的仿生助跳裝置通過模仿動物起跳過程中肌腱和 腳的功能，控制簡單，可提高與該裝置固連的跳躍機器人的跳躍性能。
權利要求
一種機器人仿生助跳裝置，包括腿部連接桿(1)、搖桿(2)、連桿(3)、支座(19)、腳掌連桿(11)、腳趾板(14)和電磁鐵控制機構，其特征在于a.腿部連接桿(1)、搖桿(2)、連桿(3)和支座(19)組成平行四邊形的連桿機構，該連桿機構長邊與短邊的比例為4∶3；在所述的連桿機構中，搖桿(2)的一端通過搖桿轉軸(22)與連桿(3)絞接，另一端通過踝關節轉軸(20)與支座(19)絞接；腿部連接桿(1)的一端通過支座轉軸(17)與支座(19)絞接，腿部連接桿(1)的中部通過連桿轉軸(21)與連桿(3)絞接；在支座(19)一側有與之平行的腳掌連桿(11)，并且腳掌連桿(11)的一端亦與踝關節轉軸(20)絞接；在支座(19)安裝踝關節轉軸(20)的鉸接孔下方有用于對腳掌連桿(11)限位的擋軸(9)；b.電磁鐵控制機構由電磁鐵(7)、擋塊(8)、電磁鐵支座(6)和連接體(5)組成，位于搖桿(2)與支座(19)絞接處，并通過電磁鐵支座(6)固定在搖桿(2)的側邊上；腳趾板(14)通過腳趾關節轉軸(16)與腳掌連桿(11)的一端絞接；在腳趾關節轉軸(16)上套裝有扭簧(15)。
2.如權利要求1所述一種機器人仿生助跳裝置，其特征在于，所述的腿部連接桿(1)兩 端端部分別有支座轉軸(17)的鉸接孔和與跳躍機器人固連的安裝孔；
3.如權利要求1所述一種機器人仿生助跳裝置，其特征在于，所述的搖桿(2)兩端均有 連接孔；在與兩端連接孔垂直的側邊的一端有凸出的楔形夾塊(4)，并且楔形夾塊(4)的角 度與高度與擋塊(8)的截面配合；在楔形夾塊(4)下方有電磁鐵支座(6)的安裝孔，并且該 安裝孔的中心線與搖桿兩端平面上的連接孔中心線平行。
4.如權利要求1所述一種機器人仿生助跳裝置，其特征在于，所述的支座(19)表面有 兩個凸臺，并在兩個凸臺上分別有踝關節轉軸(20)和支座轉軸(17)的鉸接孔；兩個絞接孔 之間的距離應滿足平行四邊形連桿機構長邊與短邊的比例要求；兩個絞接孔的孔心均與支 座(19)的表面平行。
5.如權利要求1所述一種機器人仿生助跳裝置，其特征在于，所述的腳掌連桿(11)一 端有腳趾轉軸和扭簧固定銷的安裝孔；在腳掌連桿(11)另一端有踝關節轉軸(20)的安 裝孔；腳趾轉軸、扭簧固定銷和踝關節轉軸(20)的安裝孔的軸線相互平行；在踝關節轉軸 (20)安裝孔內側的腳掌連桿(11)上有缺口(18)，扇形缺口 18的兩個圓弧面的中心線與踝 關節轉軸(20)的軸線重合；在缺口(18)同一位置的腳掌連桿(11)側表面有凸出的連接塊 (10)。
6.如權利要求1所述一種機器人仿生助跳裝置，其特征在于，所述的腳趾板(14)的中 部表面有一對凸出的扭簧固定支座，在該扭簧固定支座上有扭簧插孔；在腳趾板(14) 一端 的兩側邊處有對稱凸塊，該凸塊上有腳趾關節轉軸(16)的安裝孔。
7.如權利要求1所述一種機器人仿生助跳裝置，其特征在于，所述的電磁鐵控制機構 中的電磁鐵支座(6) —端端頭有用于安裝電磁鐵(7)的圓環；電磁鐵支座(6)的中部，有用 于與搖桿(2)固定連接的安裝孔；該安裝孔的中心線與薄壁圓環的圓心平行。
8.如權利要求1所述一種機器人仿生助跳裝置，其特征在于，所述的擋塊(8)為弧形， 其內弧面的半徑大于腳掌連桿(11) 一端轉軸(20)絞接孔的外徑；擋塊(8)外弧面與位于 電磁鐵(7)軸端的連接體的弧面配合；擋塊(8)兩端端面的角度與形狀分別同楔形夾塊 (4)和連接塊(10)的角度與形狀；擋塊(8)內弧面的圓心與踝關節轉軸(20)的中心同心。
9.如權利要求1所述一種機器人仿生助跳裝置，其特征在于，所述的連接體(5)固定在 電磁鐵的伸縮軸(23)的軸端；連接體(5)的一個表面與擋塊(8)的外弧面配合。
10.如權利要求4所述一種機器人仿生助跳裝置，其特征在于，所述的腳趾轉軸、扭簧 固定銷和踝關節轉軸(20)的安裝孔分別在腳掌連桿(11)表面的凸臺上。
全文摘要
一種機器人仿生助跳裝置，搖桿的兩端分別與連桿和支座絞接；腿部連接桿分別與支座和連桿絞接，組成平行四邊形的連桿機構；該連桿機構長邊與短邊的比例為4∶3。支座一側有與之平行的腳掌連桿。電磁鐵控制機構固定在搖桿與支座絞接處。腳趾板通過腳趾關節轉軸與腳掌連桿的一端絞接。在腳趾關節轉軸上套裝有扭簧。連接體固定在電磁鐵的伸縮軸的軸端；連接體的一個表面與擋塊的外弧面配合。本發明在起跳過程中，支座、腳掌連桿和腳趾板相繼離地，延長了腳與地面的作用時間，提高質心的離地速度，起到助跳的功能。而著地過程則相反，通過模仿動物起跳過程中肌腱和腳的功能，能夠提高與該裝置固連的跳躍機器人的跳躍性能。
文檔編號A63H11/06GK101862542SQ201010185440
公開日2010年10月20日 申請日期2010年5月27日 優先權日2010年5月27日
發明者吳金香, 柴輝, 樊重慶, 葛文杰, 陳鵬威, 魏敦文 申請人:西北工業大學