[19]中华人民共和国国家知识产权局 [51]nt.cl. B62D57002006.01) [2]发明专利申请公布说明书 A63H11/062006.01) [21]申请号200810017793.2 [43]公开日2008年8月20日 [11]公开号CN101244729A [22]申请日2008.3.26 [74]专利代理机构西北工业大学专利中心 [21]申请号200810017793.2 代理人顾潮琪 [71]申请人西北工业大学 地址710072陕西省西安市友谊西路127号 [72]发明人葛文杰沈平张文涛江曼 权利要求书1页说明书3页附图2页 [54]发明名称 仿袋鼠腿形跳跃机器人结构 [57]摘要 本发明公开了一种仿袋鼠腿形跳跃机器人结 构，在机体上安装负载，机体下侧通过支撑架连接 机器人膝关节，机器人膝关节通过腿部轴与机器人 小腿连接，小腿的下端为机器人踝关节，脚掌与小 腿在踝关节处通过脚掌轴连接，踝关节同时位于脚 掌的1/3处，脚掌与脚趾通过脚趾轴连接，脚趾轴 位于脚掌前端，下置弹簧一端安装于脚掌后端，一 端安装于小腿的2/5处，上置弹簧一端安装于小腿 上端，一端安装于机体的1/2处；动力机构通过上 耳环和下耳环分别与小腿和脚掌连接。本发明提高 了机器人的跳跃效率，增强了跳跃能力
200810017793.2 权利要求书 第1/1页 1、仿袋鼠腿形跳跃机器人结构，包括机体、小腿、脚掌和脚趾，其特征在于：机 体上安装负载，机体下侧通过支撑架连接机器人膝关节，机器人膝关节通过腿 部轴与机器人小腿连接，小腿的下端为机器人踝关节，脚掌与小腿在踝关节处 通过脚掌轴连接，踝关节同时位于脚掌的1/3处，脚掌与脚趾通过脚趾轴连接， 脚趾轴位于脚掌前端，下置弹簧一端安装于脚掌后端，一端安装于小腿的2/5 处，上置弹簧一端安装于小腿上端，一端安装于机体的1/2处；动力机构通过 上耳环和下耳环分别与小腿和脚掌连接。 2、根据利用权利要求1所述的仿袋鼠腿形跳跃机器人结构，其特征在于：所述的小腿 和脚掌的长度比例为2：1，脚掌和脚趾的长度比例为3：1。 3、根据利用权利要求1所述的仿袋鼠腿形跳跃机器人结构，其特征在于：所述的机体 采用双层结构，机体中的上层板上安装负载，下层板连接支撑架，上层板和下 层板之间安装有一层上身弹簧。 4、根据利用权利要求1所述的仿袋鼠腿形跳跃机器人结构，其特征在于：所述的脚趾 通过脚趾轴和脚掌连接，并且脚趾以脚掌轴为中心可以转动，转动角度受到脚 趾弹簧的限制，脚趾弹簧一端安装在脚趾的15处，一端安装在脚趾弹簧轴上.， 脚趾弹簧轴固定在脚掌上
200810017793.2 说明书 第1/3页 仿袋鼠腿形跳跃机器人结构 技术领域 本发明涉及一种机器人结构，具体的说是一种跳跃机器人结构。 背景技术 目前，对于跳跃型机器人的研究在国际上尚处于研究性阶段，国内也仅有个别院 校开展了相关研究。1984年美国麻省理工大学腿实验室的M.H.Raiberta教授做了开创性 的贡献。他设计了世界上第一个以跳跃方式运动的单腿机器人，解决了单足跳跃机器 人的起跳姿态控制和落地时足部定位算法问题，并在简单模型下进行了一系列仿真分 析及实验。 专利申请号为200710072236.6，名称为仿生蝗虫跳跃机器人的专利申请，公开了 一种仿生蝗虫跳跃机器人。它包括机体、前腿支撑减震机构、后腿起跳机构；前腿支 撑减震机构包括铰接在机体上的套简，一端穿在套筒上、另一端与掌片固定的支撑杆， 支撑杆上套有压簧；后腿起跳机构包括机体支撑杆、过渡连杆、小腿、大腿、蹬地爪 片，机体支撑杆固定在机体上、一端与大腿铰接、另外一端与过渡连杆铰接，小腿中 部与过渡连杆铰接、一端与大腿铰接、末端与蹬地爪片相连，大腿与小腿的铰接点与 机体支撑杆与过渡杆的铰接点之间连接有弹簧：机体两侧的小腿，通过小腿连杆连接 在一起：在机体内设置有能量储存装置、能量释放装置、控制电路和电源。 但该方案采用的仿蝗虫结构使得机器人腿部过短，重心过低，并且没有考虑脚趾 在机器人跳跃中的作用，因此跳跃效率较低。 发明内容 为了克服现有技术重心过低、跳跃效率不高的不足，本发明提供一种跳跃效率高 的仿袋鼠腿形跳跃机器人结构。 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括机体1、小腿4、脚掌6和脚趾 7,机体1上安装负载，机体1下侧通过支撑架2连接机器人膝关节3，机器人膝关节 3通过腿部轴12与机器人小腿4连接，小腿4的下端为机器人踝关节5，脚掌6与小 腿4在踝关节5处通过脚掌轴13连接，踝关节5同时位于脚掌6的1/3处，脚掌6与 脚趾7通过脚趾轴18连接，脚趾轴18位于脚掌6前端，下置弹簧8一端安装于脚掌 6后端，一端安装于小腿4的2/5处，上置弹簧17一端安装于小腿4上端，一端安装
200810017793.2 说明书第2/3页 于机体1的1/2处。动力机构9通过上耳环10和下耳环11分别与小腿4和脚掌6连 接。 本发明工作时，动力机构9通过上耳环10和下耳环11分别向小腿4和脚掌6提 供推力，小腿4和脚掌6在短时间内打开一个角度，机器人起跳；当机器人落地时， 动力机构9收缩，同时由于重力作用，小腿4和脚掌6间夹角缩小，上置弹簧17和下 置弹簧8被拉伸，继续能量，帮助下一次起跳。 作为本发明的优选方案，所述机器人仿照袋鼠设计，小腿4和脚掌6的长度比例 为2：1，脚掌6和脚趾7的长度比例为3：1。 作为本发明的优选方案，机器人机体1采用双层结构。机体中的上层板14上安装 负载，下层板15连接支撑架2，上层板14和下层板15之间安装有一层上身弹簧16， 用来减少跳跃对负载的震动影响。 作为本发明的优选方案，脚趾7通过脚趾轴18和脚掌6连接，并且脚趾7以脚掌 轴18为中心可以转动，转动角度受到脚趾弹簧20的限制，脚趾弹簧20一端安装在脚 趾7的1/5处，一端安装在脚趾弹簧轴19上，脚趾弹簧轴19固定在脚掌6上。机器 人腾空时，受脚趾弹簧20的拉力作用，脚趾7与脚掌6位于同-一轴线上：机器人落地 时，受机器人本身的重力作用，脚趾7向上翻转，拉伸脚趾弹簧20，起到减震缓冲的 作用，并能在脚趾弹簧中积蓄能量，帮助下一次起跳。同时，翻转的脚趾能与地面平 行，保证机器人能够稳定在地面上。 本发明的有益效果是：由于采用了仿袋鼠腿形结构，因此腿部长度可以占到机器 人总长度的四分之三以上，增强了跳跃和越障能力。由于将机器人的负载安装在机体 之上，因此机器人的重心靠上，能有效提高跳跃的能量利用率。由于采用活动脚趾， 更符合跳跃生物特点，提高跳跃效率。由于以上的特点，本发明提高了机器人的跳跃 效率，增强了跳跃能力。 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 附图说明 图1是本发明的结构正视图。 图2是本发明的结构侧视图。 图3是机体双层结构示意图
200810017793.2 说明书第3/3页 图4(a)是机器人脚趾腾空姿态示意图；图4(b)是机器人脚趾落地姿态示意图。 图中，1-机体，2-支撑架，3-膝关节，4-小腿，5-踝关节，6-脚掌，7-脚趾，8-下 置弹簧，9-驱动元件，10-上耳环，11-下耳环，12-腿部轴，13-脚掌轴，14-上层板，15- 下层板，16-上身弹簧，17-上置弹簧，18-脚趾轴，19-脚趾弹簧轴，20-脚趾弹簧。 具体实施方式 装置实施例：参照图1和图2，本发明包括机体1，机体1上安装负载，机体1 下侧通过支撑架2连接机器人膝关节3，机器人膝关节3通过腿部轴12与机器人小腿 4连接，小腿4的下端为机器人踝关节5，脚掌6与小腿4在踝关节5处通过脚掌轴 13连接，踝关节5同时位于脚掌6的1/3处，脚掌6与脚趾7通过脚趾轴18连接，脚 趾轴18位于脚掌6前端，下置弹簧8一端安装于脚掌6后端，一端安装于小腿4的 2/5处，上置弹簧17一端安装于小腿4上端，一端安装于机体1的1/2处。动力机构9 通过上耳环10和下耳环11分别与小腿4和脚掌6连接。驱动元件9可以使用液压缸 或者气缸。其中机器人小腿4、脚掌6和脚趾7的尺寸是按照6：3：1比例设计的。 本发明工作时，动力机构9通过上耳环10和下耳环11分别向小腿4和脚掌6提 供推力，小腿4和脚掌6在短时间内打开一个角度，机器人起跳：当机器人落地时， 动力机构9收缩，同时由于重力作用，小腿4和脚掌6间夹角缩小，上置弹簧17和下 置弹簧8被拉伸，继续能量，帮助下一次起跳。 参照图3，为仿袋鼠腿形机器人机体双层结构，机体中的上层板14上安装负载， 下层板15连接支撑架2，上层板14和下层板15之间安装有一层上身弹簧16，用来减 少跳跃对负载的震动影响，上层板14和下层板15通过螺栓固定。 参照图4，为机器人脚趾腾空与落地姿态示意图，脚趾7通过脚趾轴18和脚掌6 连接，并且脚趾7以脚掌轴18为中心可以转动，转动角度受到脚趾弹簧20的限制， 脚趾弹簧20一端安装在脚趾7的1/5处，一端安装在脚趾弹簧轴19上，脚趾弹簧轴 19固定在脚掌6上。因此在腾空和落地时脚趾有着不同的姿态。图4()为腾空时脚趾 姿态，脚趾弹簧20收缩，脚趾与脚掌处于同一水平线上。图4(b)为落地时脚趾姿态， 脚趾弹簧由于受力被拉伸，脚趾与地面的角度略小于脚掌与地面的角度，再次起跳时， 脚趾弹簧20释放能量，提高跳跃能力
200810017793.2 说 明书附图 第1/2页 8 5 6 图1 2 4 13 6 12 10 9 图2 6
200810017793.2 说明书附图第2/2页 14 16 15 图3 20 19 20 19 18 18 a b 图4 7