一种机器人仿生助跳装置的制作方法

专利名称：一种机器人仿生助跳装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及机器人领域，具体是一种机器人仿生助跳装置。
背景技术：
以跳跃方式运动的机器人由于可以越过数倍甚至数十倍于自身尺寸的障碍物，特 别适合于地形勘测，救援，反恐等有障碍物的复杂环境，已成为当前机器人领域的研究热
点o最早的跳跃机器人以倒立摆作为原理模型，实现了简单弹跳功能，如麻省理工的 单自由度平面内连续跳跃机器人。后来人们从仿生学中得到启示，根据动物运动机理和结 构特点，研制了具有仿生功能的跳跃机器人，如美国国家航空宇航局与加利福尼亚技术学 院联合研制的仿蛙形间歇跳跃机器人，实现了起跳过程中质心受到地面非线性作用力的仿 生功能，改善了机器人的跳跃性能，该机器人的脚部为一刚性圆盘；日本东京大学通过研究 生物腿部的跳跃机理，设计了一种仿生双足跳跃机器人，该机器人采用人工气动肌肉作为 驱动，脚部为一刚性杆件，控制较为复杂。国内哈尔滨工程大学发明了一种仿蝗虫跳跃机器 人，已获国家专利(CN 101058036A)，该机器人的脚部为面积较小的爪片。上述设计或发明的跳跃机器人，基本实现了仿生的跳跃性能。但由于对脚部进行 了简化和刚性处理，并未发挥脚部的仿生功能。脚部在动物起跳过程中，脚掌绕脚趾转动， 脚掌主要起到支撑身体的作用，而脚趾的作用是延长地面对脚部施加作用力的时间，进而 延长加速过程，使质心在脚部离地瞬间获得最大的速度，实现较大的跳远距离。从仿生的角 度出发，利用脚掌和脚趾在起跳过程中的功能，可进一步发挥跳跃机器人的越障优势。

发明内容
为克服现有技术中存在的对脚部进行了简化和刚性处理，不发挥脚部的仿生功能 的不足，本发明提出了一种机器人仿生助跳装置。本发明包括腿部连接杆、摇杆、连杆、支座、脚趾板和电磁铁控制机构，其特征在 于，腿部连接杆、摇杆、连杆和支座组成平行四边形的连杆机构，该连杆机构长边与短边的 比例为4 3。在所述的连杆机构中，摇杆的一端通过摇杆转轴与连杆绞接，另一端通过踝 关节转轴与支座绞接；腿部连接杆的一端通过支座转轴与支座绞接，腿部连接杆的中部通 过连杆转轴与连杆绞接。在支座一侧有与之平行的脚掌连杆，并且脚掌连杆的一端亦与踝 关节转轴绞接。在支座安装踝关节转轴的铰接孔下方有用于对脚掌连杆限位的挡轴。电磁 铁控制机构由电磁铁、挡块、电磁铁支座和连接体组成，位于摇杆与支座绞接处，并通过电 磁铁支座固定在摇杆的侧边上。脚趾板通过脚趾关节转轴与脚掌连杆的一端绞接。在脚趾 关节转轴上套装有扭簧。所述的连接体固定在电磁铁的伸缩轴的轴端；连接体的一个表面 与挡块的外弧面配合。所述的腿部连接杆两端端部分别有支座转轴的铰接孔和与跳跃机器人固连的安 装孔。
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所述的摇杆两端均有连接孔。在与两端连接孔垂直的侧边的一端有凸出的楔形夹 块，并且楔形夹块的角度与高度与挡块的截面配合。在楔形夹块下方有电磁铁支座的安装 孔，并且该安装孔的中心线与摇杆两端平面上的连接孔平行。支座表面有两个凸台，并在两个凸台上分别有踝关节转轴和支座转轴的铰接孔； 两个绞接孔之间的距离应满足平行四边形连杆机构长边与短边的比例要求。两个绞接孔的 孔心均与支座的表面平行。所述的脚趾转轴、扭簧固定销和踝关节转轴的安装孔分别在脚 掌连杆表面的凸台上。所述的脚掌连杆一端有脚趾转轴和扭簧固定销的安装孔；在脚掌连杆另一端有踝 关节转轴的安装孔；脚趾转轴、扭簧固定销和踝关节转轴的安装孔的轴线相互平行。在踝关 节转轴安装孔内侧的脚掌连杆上有扇形缺口，扇形缺口 18的两个圆弧面的中心线与踝关 节转轴20的轴线重合；在扇形缺口同一位置的脚掌连杆侧表面有凸出的连接块。所述的脚 趾转轴、扭簧固定销和踝关节转轴的安装孔分别在脚掌连杆表面的凸台上。所述的脚趾板的中部表面有一对凸出的扭簧固定支座，在该扭簧固定支座上有扭 簧插孔。在脚趾板一端的两侧边处有对称凸块，该凸块上有脚趾关节转轴的安装孔。所述的电磁铁控制机构中的电磁铁支座一端端头有用于安装电磁铁的圆环；电磁 铁支座的中部，有用于与摇杆固定连接的安装孔；该安装孔的中心线与薄壁圆环的圆心平 行。所述的挡块为弧形，弧面的半径大于脚掌连杆一端转轴绞接孔的外径；挡块外弧 面与位于电磁铁轴端的连接体的弧面配合；挡块两端端面的角度与形状分别同楔形夹块和 连接块的角度与形状。挡块内弧面的圆心与踝关节转轴的中心同心。本发明的工作过程为起跳前，电磁铁动作，伸缩轴缩回，并带动挡块沿其轴线从扇形缺口的上方运动至 楔形夹块工作面和连接块工作面围成的区域内。这时，楔形夹块的工作面同挡块工作面重 合，挡块和连接块并未接触。接着，跳跃机器人开始起跳，带动腿部连接杆绕支座上的支座 转轴转动，此时，支座，脚掌连杆和脚趾板均与地面接触，腿部连接杆，连杆，摇杆和支座组 成平面四杆机构。腿部连接杆绕支座转动的同时，固连在摇杆上的电磁铁和挡块将绕支座 上的踝关节转轴转动。当挡块工作面和脚掌连杆上的连接块工作面重合时，摇杆和脚掌连 杆变为同一构件。脚趾板同上述平面四杆机构以及脚掌连杆组成串并联连杆机构。随着腿 部连接杆绕支座的转动以及跳跃机器人质心的移动，支座逐渐脱离地面，同地面接触的杆 件变为脚掌连杆和脚趾板，并且随机器人质心的进一步前移，脚掌连杆同地面的接触点不 断向脚趾板移动。在起跳最后阶段，本发名所述的助跳装置将以脚趾板为支撑，绕脚趾关节 转轴转动，直至脚趾板与地面脱离接触。起跳过程中，由于脚趾板和脚掌连杆之间的相对运 动，扭簧中储存了一定的能量，这些能量将在脚耻板离地的过程中予以释放。脚趾板离地后该助跳装置将处于腾空状态，由于脚掌连杆和脚趾板的重力作用， 脚掌连杆上的连接块将同挡块脱离接触，摇杆和脚掌连杆脱离接触，使电磁铁断电，伸缩轴 外伸，挡块工作面同摇杆上的楔形夹块工作面脱离接触。由于支座上挡轴的作用，腾空状态 下脚掌连杆和脚趾板沿各自的长度方向并未垂直于地面，这样，助跳装置在着地时，作为独 立构件的脚掌连杆和脚趾板将绕踝关节转轴转到同地面接触时的起跳初始位置；腿部连接 杆，连杆，摇杆和支座则可按预定姿态平稳着地，并回到下次起跳前的初始状态。
本发明中通过电磁铁控制机构实现助跳装置结构上的改变摇杆和脚掌连杆在电 磁铁通电后，电磁铁控制机构中的挡块与脚掌连杆上的连接块接触时，摇杆和脚掌连杆相 互连接为一体；助跳装置在起跳后处于腾空状态下，电磁铁断电，摇杆和脚掌连杆分离，成 为不接触的两个独立构件，实现了助跳装置结构上的改变。这种变结构具有一定的仿生功 能电磁铁通电状态下，当挡块工作面同连接块接触后，腿部连接杆，连杆，摇杆，支座，脚掌 连杆和脚趾板组成串并联连杆机构。连杆类似动物小腿和脚之间的肌腱，将腿部连杆的力 和运动传递到摇杆和脚掌连杆上；支座类似动物的脚跟；脚掌连杆类似动物的脚掌；而脚 趾板类似动物的脚趾；空套在脚趾关节转轴上的扭簧类似韧带，扭簧变形产生的能量在脚 趾板离地时释放，进一步起到助跳的作用。电磁铁断电后，挡块脱离同楔形夹块和连接块的 接触，脚掌连杆和摇杆变为两个互不耦合的独立构件。着地时，脚趾板首先触地，扭簧可起 到缓冲减震的作用。接着，脚掌连杆触地并绕踝关节转轴自由转动至与地面完全接触，在转 动过程中，脚掌连杆上的扇形缺口可保证脚掌连杆不与摇杆干涉。腿部连接杆，连杆，摇杆 和支座则可通过跳跃机器人姿态调整平稳着地，并返回到下次起跳前的初始状态。起跳过 程中，支座，脚掌连杆和脚趾板相继离地，延长了离地前脚与地面的作用时间，进而提高质 心的离地速度，起到助跳的功能。而着地过程则相反。这与动物脚跟，脚掌和脚趾在起跳离 地以及触地的动作过程相同。本发明所涉及的仿生助跳装置通过模仿动物起跳过程中肌腱 和脚的功能，能够提高与该装置固连的跳跃机器人的跳跃性能。


图1是本发明助跳装置起跳前初始状态时的主视图；图2是本发明助跳装置起跳前初始状态时的三维视图；图3(a)是本发明助跳装置起跳前电磁铁断电时的示意图，(b)是助跳装置电磁铁 通电时的示意图；图4是图2中腿部连接杆的示意图；图5是图2中摇杆示意图；图6是图2中连杆示意图；图7是图2中电磁铁支座的示意图；图8是图2中挡块的示意图；图9是图2中脚掌连杆的示意图；图10是图2中脚趾板的示意图；图11是图2中支座的示意图；图12是本发明助跳装置起跳后腾空阶段，踝关节附近的局部放大示意图；图13(a)是本发明助跳装置起跳阶段脚趾板与地面接触时的示意图，(b)是助跳 装置起跳后腾空阶段的示意图，(c)是助跳装置着地阶段脚趾板触地时的示意图。图中1.腿部连接杆2.摇杆 3.连杆 4.楔形夹块 5.连接体 6.电磁 铁支座7.电磁铁 8.挡块 9.挡轴 10.连接块 11.脚掌连杆12.扭簧 固定销
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13.扭簧固定支座14.脚趾板15.扭簧16.脚趾关节转轴 17.支 座转轴18.扇形缺口19.支座 20.踝关节转轴 21.连杆转轴22.摇 杆转轴23.电磁铁伸缩轴
具体实施例方式本实施例是一种仿生助跳装置，主要由一变结构平面连杆机构组成，以延长起跳 过程中脚部与地面的接触时间，获得较大的离地速度，提高跳跃性能的仿生作用。如图1 图2所示，本实施例包括由腿部连接杆1、摇杆2、连杆3和支座19组成 的平行四边形连杆机构，并且该平行四边形连杆机构长边与短边的比例为4 3;在所述的 连杆机构中，摇杆2的一端通过摇杆转轴22与连杆3绞接，另一端通过踝关节转轴20与支 座19绞接；腿部连接杆1的一端通过支座转轴17与支座19绞接，腿部连接杆1的中部通 过连杆转轴21与连杆3绞接。在支座19 一侧有与之平行的脚掌连杆11，并且脚掌连杆11 的一端亦与踝关节转轴20绞接。电磁铁控制机构由电磁铁7、扇形的挡块8、电磁铁支座6 和连接体5组成，位于摇杆2与支座19绞接处，并通过电磁铁支座6固定在摇杆2侧边上； 挡块8的扇形与踝关节转轴同心。脚趾板14通过脚趾关节转轴16与脚掌连杆11的一端 绞接；在脚趾关节转轴16上套装有扭簧15。如图2和图4所示，腿部连接杆1为条形板件。在腿部连接杆1两端端部各有一 个小孔，其中一个为安装支座转轴17的铰接孔，腿部连接杆1通过支座转轴17与支座19 铰接；另一个为该仿生助跳装置与跳跃机器人固连的安装孔。腿部连接杆1的中部，靠近支 座转轴17铰接孔的一侧，加工有安装连杆转轴21的铰接孔，腿部连接杆1通过连杆转轴21 与连杆3铰接。腿部连接杆1上还排列有多个通孔，用于该腿部连接杆与跳跃机器人固连 的安装孔，同时减轻了腿部连接杆的重量。如图5所示，摇杆2为杆件，两端平面上均有连接孔。在与两端连接孔垂直的侧边 的一端有凸出的楔形夹块4，并且楔形夹块4的角度与高度与挡块8的截面配合，楔形夹块 4靠近挡块8的矩形平面为楔形夹块的工作面。在楔形夹块4下方有固定安装孔，并且该 固定安装孔的中心线与摇杆两端平面上的连接孔平行，电磁铁支座6通过该安装孔与摇杆 2固连。如图11所示，支座19亦为板件。在支座19的表面有两个凸台，并在两个凸台上 分别有踝关节转轴20和支座转轴17的铰接孔；两个绞接孔之间的距离应满足平行四边形 连杆机构长边与短边的比例要求；两个绞接孔的孔心均与支座19的表面平行。在支座19 安装踝关节转轴20的铰接孔下方有挡轴9，当助跳装置离地后通过挡轴9对脚掌连杆11限 位。如图9所示，脚掌连杆11为条形杆件。在脚掌连杆11 一端表面有凸台，在该凸台 侧面有脚趾转轴和扭簧固定销的安装孔；在脚掌连杆11另一端表面亦有凸台，该凸台侧面 有踝关节转轴20的安装孔；脚趾转轴、扭簧固定销和踝关节转轴20的安装孔的轴线相互平 行。在踝关节转轴20安装孔内侧的脚掌连杆11上有扇形缺口 18，扇形缺口 18的两个圆弧 面的中心线与踝关节转轴20的轴线重合；在扇形缺口 18同一位置的脚掌连杆11侧表面有凸出的连接块10。连接块10靠近电磁铁7的表面为连接块10的工作面，起跳过程中该工 作面与挡块8贴合。如图10所示，脚趾板14为“U”形板。在脚趾板14的中部表面有一对凸出的扭簧 固定支座，在该扭簧固定支座上有扭簧插孔。在脚趾板14 一端的两侧边处有对称凸块，该 凸块上有脚趾关节转轴16的安装孔。脚趾板14的另一端端部的下表面呈圆弧状，以提高 起跳过程中脚趾板适应地形的能力。如图7所示，电磁铁控制机构中的电磁铁支座6为条形杆，在条形杆的一端端头上 有一薄壁圆环，该薄壁圆环用于安装电磁铁7。在电磁铁支座6的条形杆中部，有用于与摇 杆2固定连接的安装孔；该安装孔的中心线与薄壁圆环的圆心平行。电磁铁7为伸缩式电磁铁，并且该电磁铁7的外径同电磁铁支座6薄壁圆环的内 径。电磁铁7装入并固定在电磁铁支座6的薄壁圆环内。电磁铁7在未通电状态下，其伸 缩轴23伸出壳体的长度等于摇杆2的厚度。如图8所示，挡块8为弧形条，其内弧面的半径大于脚掌连杆11 一端转轴20绞接 孔的外径；挡块8外弧面与位于电磁铁7轴端的连接体的弧面配合。挡块8一端端面的角 度与形状同楔形夹块4的角度与形状，另一端端面的角度与形状同脚掌连杆11 一端的连接 块10的角度与形状。挡块8内弧面的圆心与踝关节转轴20的中心同心。连接体5为块状，焊接在电磁铁的伸缩轴23的轴端。连接体5的一个表面为弧面， 用于与挡块8的外弧面配合。如图12 图13所示，电磁铁支座6通过其条形杆中部的安装孔与摇杆2固定连 接。电磁铁7位于摇杆2 —侧，被套装并固定在电磁铁支座6的圆环内，并使电磁铁7伸缩 轴轴端的连接体5位于挡块8外弧面的上方；挡块8外弧面与连接体5的弧面固定连接。 当电磁铁7通电后，助跳装置开始起跳。在起跳过程中电磁铁伸缩轴23缩回，挡块8的一 个端面与楔形夹块4的工作面贴合，另一个端面与脚掌连杆11上的连接块10的工作面贴 合，使摇杆2与脚掌连杆11通过磁力连接，并通过脚掌连杆11将摇杆2运动的力传至脚趾 板14，延长了助跳装置的触地时间，从而获得了较大的离地速度。起跳后电磁铁断电，电磁 铁7的伸缩轴23外伸，使挡块8与楔形夹块4脱离，并且挡块8移动至脚掌连杆11上的扇 形缺口 18上方；此时，摇杆2与脚掌连杆11的连接断开，使助跳装置落地时所产生的冲击 力对装置的影响最小。该助跳装置的工作过程为助跳装置通过腿部连接杆1与进行跳跃运动的跳跃机 器人固连在一起。机器人在起跳前，电磁铁7通电，电磁铁伸缩轴23缩回(如图3(b)所 示)，伸缩轴的伸缩行程等于摇杆2的厚度，电磁铁伸缩轴23缩回的同时将带动挡块8沿伸 缩轴轴线从扇形缺口 18的上方运动至楔形夹块4工作面和连接块10工作面之间。当电磁 铁伸缩轴23缩回到终止位置时，楔形夹块4的工作面同挡块8的工作面重合，挡块8的另 一个工作面和连接块10的工作面并未接触。接着，跳跃机器人开始起跳，带动腿部连接杆 1以支座转轴17为转动中心绕支座19转动，此时，支座19，脚掌连杆11和脚趾板14均与 地面接触，腿部连接杆1，连杆3，摇杆2和支座19组成平面四杆机构。腿部连接杆1绕支 座19相对转动的同时，固定在摇杆2上的电磁铁控制机构一同绕支座19上的踝关节转轴 20转动。当挡块8和脚掌连杆11上的连接块10接触时，摇杆2和脚掌连杆11相互连接为 一体。腿部连接杆1，连杆3，支座19，脚趾板14，摇杆2和脚掌连杆11组成串并联机构，其中，腿部连接杆1，连杆3，支座19，摇杆2和脚掌连杆11组成平面并联四杆机构，脚趾板14 又与该四杆机构组成串联机构。随着腿部连接杆1绕支座19的转动以及跳跃机器人质心 的前移，支座19逐渐脱离地面，同地面接触的杆件变为脚掌连杆11和脚趾板14，并且随机 器人质心的进一步前移，脚掌连杆11同地面的接触点不断向脚趾板14移动。在起跳的最 后阶段，只有脚趾板14与地面保持接触(如图13(a)所示)，跳跃机器人及其本发名所述的 助跳装置将以脚趾板14为支撑，绕脚趾关节转轴16转动，直至脚趾板14与地面脱离接触。 起跳过程中，由于脚掌连杆11和脚趾板14相继与地面脱离接触，脚掌连杆11相对脚趾板 14存在转动，扭簧中储存了一定的能量，这些能量将在脚趾板离地的过程中予以释放。脚趾板14离地后该助跳装置将处于腾空状态(如图13 (b)所示)，由于脚掌连杆 11和脚趾板14的重力作用，脚掌连杆11上的连接块10将同挡块8脱离接触，摇杆2和脚 掌连杆11分离。此时，电磁铁7断电，电磁铁伸缩轴23从电磁铁7的壳体内伸出，其伸出 的行程等于通电状态下缩回的行程。挡块8的工作面同摇杆上的楔形夹块4的工作面脱离 接触，挡块8返回到电磁铁7断电时的位置，即挡块8位于楔形夹块4和连接块10围成的 区域之外，扇形缺口之上。由于支座19上挡轴9的作用(如图12所示)，腾空状态下脚掌 连杆11和脚趾板14沿各自的长度方向并未垂直于地面，这样，助跳装置在着地时(如图 13 (c)所示)，作为独立构件的脚掌连杆11将绕踝关节转轴20转到同地面接触时的起跳前 的位置；跳跃机器人可通过调整腿部的位姿改变腿部连接杆1的位姿，进而实现整个助跳 装置按预定姿态平稳着地，并回到下次起跳前的初始状态。本发明所涉及的助跳装置中，摇杆2和脚掌连杆11在电磁铁7通电后的一段时间 内相互连接为一体，在起跳后的腾空状态下分离，体现了该跳跃装置结构上的改变。这种变 结构具有一定的仿生功能电磁铁7通电状态下，当挡块8同连接块10接触后，腿部连接杆 1，连杆3，摇杆2支座19，脚掌连杆11和脚趾板14组成串并联机构。连杆3类似动物的肌 腱，将腿部连接杆1的力和运动传递到摇杆2和脚掌连杆11上；支座19，脚掌连杆11和脚 趾板14类似动物的柔性脚，其中，支座19类似动物的脚跟，脚掌连杆11类似动物的脚掌， 而脚趾板14类似动物的脚趾；空套在脚趾关节转轴16上的扭簧15类似韧带，扭簧15变形 产生的能量在脚趾离地时释放，进一步起到助跳的作用。脚趾板14离地后，电磁铁7断电， 脚掌连杆11和摇杆2变为两个独立构件。着地时，脚趾板14首先触地，扭簧15可起到缓 冲刚性冲击，减小震动的作用。接着，脚掌连杆11触地并绕踝关节转轴20自由转动至与地 面完全接触，在转动过程中，脚掌连杆11上的扇形缺口 18可保证脚掌连杆11不与摇杆2 干涉。腿部连接杆1，连杆3，摇杆2和支座19则可通过跳跃机器人姿态调整平稳着地，并 返回到下次起跳前的初始状态。离地起跳的过程中，支座19，脚掌连杆11和脚趾板14相继 离地，延长了离地前脚与地面的作用时间，进而提高质心的离地速度。而着地过程则相反。 这与动物脚跟，脚掌和脚趾在起跳离地以及落地的动作过程完全相同。根据仿生学原理，本发明所涉及的仿生助跳装置通过模仿动物起跳过程中肌腱和 脚的功能，控制简单，可提高与该装置固连的跳跃机器人的跳跃性能。
权利要求
一种机器人仿生助跳装置，包括腿部连接杆(1)、摇杆(2)、连杆(3)、支座(19)、脚掌连杆(11)、脚趾板(14)和电磁铁控制机构，其特征在于a.腿部连接杆(1)、摇杆(2)、连杆(3)和支座(19)组成平行四边形的连杆机构，该连杆机构长边与短边的比例为4∶3；在所述的连杆机构中，摇杆(2)的一端通过摇杆转轴(22)与连杆(3)绞接，另一端通过踝关节转轴(20)与支座(19)绞接；腿部连接杆(1)的一端通过支座转轴(17)与支座(19)绞接，腿部连接杆(1)的中部通过连杆转轴(21)与连杆(3)绞接；在支座(19)一侧有与之平行的脚掌连杆(11)，并且脚掌连杆(11)的一端亦与踝关节转轴(20)绞接；在支座(19)安装踝关节转轴(20)的铰接孔下方有用于对脚掌连杆(11)限位的挡轴(9)；b.电磁铁控制机构由电磁铁(7)、挡块(8)、电磁铁支座(6)和连接体(5)组成，位于摇杆(2)与支座(19)绞接处，并通过电磁铁支座(6)固定在摇杆(2)的侧边上；脚趾板(14)通过脚趾关节转轴(16)与脚掌连杆(11)的一端绞接；在脚趾关节转轴(16)上套装有扭簧(15)。
2.如权利要求1所述一种机器人仿生助跳装置，其特征在于，所述的腿部连接杆(1)两 端端部分别有支座转轴(17)的铰接孔和与跳跃机器人固连的安装孔；
3.如权利要求1所述一种机器人仿生助跳装置，其特征在于，所述的摇杆(2)两端均有 连接孔；在与两端连接孔垂直的侧边的一端有凸出的楔形夹块(4)，并且楔形夹块(4)的角 度与高度与挡块(8)的截面配合；在楔形夹块(4)下方有电磁铁支座(6)的安装孔，并且该 安装孔的中心线与摇杆两端平面上的连接孔中心线平行。
4.如权利要求1所述一种机器人仿生助跳装置，其特征在于，所述的支座(19)表面有 两个凸台，并在两个凸台上分别有踝关节转轴(20)和支座转轴(17)的铰接孔；两个绞接孔 之间的距离应满足平行四边形连杆机构长边与短边的比例要求；两个绞接孔的孔心均与支 座(19)的表面平行。
5.如权利要求1所述一种机器人仿生助跳装置，其特征在于，所述的脚掌连杆(11)一 端有脚趾转轴和扭簧固定销的安装孔；在脚掌连杆(11)另一端有踝关节转轴(20)的安 装孔；脚趾转轴、扭簧固定销和踝关节转轴(20)的安装孔的轴线相互平行；在踝关节转轴 (20)安装孔内侧的脚掌连杆(11)上有缺口(18)，扇形缺口 18的两个圆弧面的中心线与踝 关节转轴(20)的轴线重合；在缺口(18)同一位置的脚掌连杆(11)侧表面有凸出的连接块 (10)。
6.如权利要求1所述一种机器人仿生助跳装置，其特征在于，所述的脚趾板(14)的中 部表面有一对凸出的扭簧固定支座，在该扭簧固定支座上有扭簧插孔；在脚趾板(14) 一端 的两侧边处有对称凸块，该凸块上有脚趾关节转轴(16)的安装孔。
7.如权利要求1所述一种机器人仿生助跳装置，其特征在于，所述的电磁铁控制机构 中的电磁铁支座(6) —端端头有用于安装电磁铁(7)的圆环；电磁铁支座(6)的中部，有用 于与摇杆(2)固定连接的安装孔；该安装孔的中心线与薄壁圆环的圆心平行。
8.如权利要求1所述一种机器人仿生助跳装置，其特征在于，所述的挡块(8)为弧形， 其内弧面的半径大于脚掌连杆(11) 一端转轴(20)绞接孔的外径；挡块(8)外弧面与位于 电磁铁(7)轴端的连接体的弧面配合；挡块(8)两端端面的角度与形状分别同楔形夹块 (4)和连接块(10)的角度与形状；挡块(8)内弧面的圆心与踝关节转轴(20)的中心同心。
9.如权利要求1所述一种机器人仿生助跳装置，其特征在于，所述的连接体(5)固定在 电磁铁的伸缩轴(23)的轴端；连接体(5)的一个表面与挡块(8)的外弧面配合。
10.如权利要求4所述一种机器人仿生助跳装置，其特征在于，所述的脚趾转轴、扭簧 固定销和踝关节转轴(20)的安装孔分别在脚掌连杆(11)表面的凸台上。
全文摘要
一种机器人仿生助跳装置，摇杆的两端分别与连杆和支座绞接；腿部连接杆分别与支座和连杆绞接，组成平行四边形的连杆机构；该连杆机构长边与短边的比例为4∶3。支座一侧有与之平行的脚掌连杆。电磁铁控制机构固定在摇杆与支座绞接处。脚趾板通过脚趾关节转轴与脚掌连杆的一端绞接。在脚趾关节转轴上套装有扭簧。连接体固定在电磁铁的伸缩轴的轴端；连接体的一个表面与挡块的外弧面配合。本发明在起跳过程中，支座、脚掌连杆和脚趾板相继离地，延长了脚与地面的作用时间，提高质心的离地速度，起到助跳的功能。而着地过程则相反，通过模仿动物起跳过程中肌腱和脚的功能，能够提高与该装置固连的跳跃机器人的跳跃性能。
文档编号A63H11/06GK101862542SQ201010185440
公开日2010年10月20日 申请日期2010年5月27日 优先权日2010年5月27日
发明者吴金香, 柴辉, 樊重庆, 葛文杰, 陈鹏威, 魏敦文 申请人:西北工业大学