单腿跳跃机器人的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种单腿跳跃机器人，包括身体（1）、大腿（2）和小腿（3）三部分，身体（1）与大腿（2）之间通过髋关节（4）连接，大腿（2）与小腿（3）之间通过膝关节（5）连接。所述单腿跳跃机器人采用直流电机驱动，且大腿驱动电机（21）和小腿驱动电机（22）的安装位置同轴不共轴，减小了机器人在前进方向的惯量，减小实现驱动力；其次，所述单腿跳跃机器人的大腿（2）通过50：40的啮合比将角度传递给安装于身体（1）上的角度传感器（9），实现微小角度的1.25倍机械放大，提高了角度控制的精确度。
【专利说明】单腿跳跃机器人
【技术领域】
[0001]本实用新型属于机器人【技术领域】，具体涉及一种单腿跳跃机器人。
【背景技术】
[0002]单腿跳跃机器人主要用来作为弹跳机理的研究和验证平台。国内外均有各种各样的机械结构，其中有液压驱动、液压和绳联合驱动等驱动方式，但是采用液压驱动的机器人，结构复杂、成本偏高，对于一般性弹跳机理的研究很不划算，而绳驱动的机器人由于需要正反转双向驱动，一方面所需动力源数量翻倍，另一方面使机器人结构非常复杂。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种机械结构简单、容易控制、便于实验开展的单腿跳跃机器人。
[0004]为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案:
[0005]一种单腿跳跃机器人，包括身体、大腿和小腿三部分，身体与大腿之间通过髋关节连接，大腿与小腿之间通过膝关节连接，其特征在于:
[0006]身体包括两块身体保护板、身体支撑板及身体驱动电机，身体保护板和身体支撑板连接为一个支架，身体驱动电机位于所述支架内，身体驱动电机的尾部装有电机码盘，身体驱动电机的前端装有减速机，减速机的输出轴通过齿轮联轴器与啮合齿轮连接，啮合齿轮和与所述哨合齿轮相同的被哨合齿轮以1:1的传动比哨合，被哨合齿轮以与哨合齿轮相同的齿轮联轴器与身体转动轴连接，身体转动轴、身体转动副轴承与髋关节转动副支座形成身体转动副；髋关节转动副支座与髋关节支撑板固定连接；
[0007]髋关节包括大腿驱动电机、小腿驱动电机、髋关节大腿连接件、髋关节链轮和髋关节转动副支座，大腿驱动电机和小腿驱动电机的安装位置同轴但不共轴，两个驱动电机的尾部均装有电机码盘，前部均装有减速机，减速机的输出轴分别通过大腿驱动轴圆锥销、小腿驱动轴圆锥销与大腿驱动轴、小腿驱动轴固定连接，大腿驱动轴、小腿驱动轴通过螺钉固定于驱动轴支架上，大腿驱动轴、小腿驱动轴两端分别通过大腿转动副轴承、小腿转动副轴承、电机轴承与大腿转动副轴承支座、小腿转动副轴承支座、电机轴承支座形成转动副；髋关节大腿连接件通过平头普通平键和弹性挡圈固定在大腿驱动轴上；髋关节链轮通过平头普通平键和弹性挡圈固定在小腿驱动轴上；
[0008]膝关节包括膝关节大腿连接件、膝关节小腿连接件和膝关节转动轴,膝关节小腿连接件通过平头普通平键和螺钉连接在膝关节转动轴上、膝关节大腿连接件件通过膝关节轴承连接在膝关节转动轴上形成转动副，膝关节转动轴通过平头普通平键、弹性挡圈与膝关节链轮固定连接，膝关节链轮与髋关节链轮通过链条连接；
[0009]大腿由一根铝管组成，铝管的两端通过螺钉分别与膝关节大腿连接件、髋关节大腿连接件连接，髋关节大腿连接件中加入日本大同弹簧；铝管连接髋关节大腿连接件的一端还设有一个50齿的铝齿轮，所述铝齿轮与身体上设置的40齿的齿轮啮合，40齿的齿轮啮合连接角度传感器。
[0010]小腿包括弹簧、钛管和小腿连接件，小腿的端部连接一个橡胶半球的脚趾，脚趾的上端连接弹簧，弹簧的上端通过小腿连接件连接钛管，钛管与膝关节小腿连接件连接；弹簧和所述脚趾的中间安装有压力传感器，所述压力传感器外部设有压力传感器保护件。
[0011]进一步地，所述单腿跳跃机器人还包括弹簧防失稳导槽、弹簧防失稳导杆、直线轴承和圆导轨，所述弹簧防失稳导槽通过螺栓与压力传感器连接，所述弹簧防失稳导杆位于弹簧内部，直线轴承位于弹簧防失稳导杆内部，圆导轨位于直线轴承内部，圆导轨的一端通过螺纹和弹簧防失稳导槽连接，圆导轨的另一端通过螺栓卡在直线轴承的外部；弹簧防失稳导杆、直线轴承和小腿连接件通过螺钉连接为一个整体。
[0012]进一步地，所述压力传感器未与弹簧防失稳导槽连接的一端通过螺钉与压力传感器接触端连接，压力传感器接触端通过螺钉与脚趾连接件连接，脚趾连接件通过螺钉和脚趾连接。
[0013]进一步地，所述单腿跳跃机器人还包括脚趾防掉件，脚趾防掉件的一端通过螺钉与弹簧防失稳导槽连接，另一端则插入压力传感器接触端与脚趾连接件形成的缝隙中。
[0014]进一步地，所述身体驱动电机、大腿驱动电机和小腿驱动电机均是直流电机。
[0015]与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下:
[0016]首先，本实用新型所述单腿跳跃机器人采用直流电机身体、大腿和小腿进行驱动，降低实验成本；
[0017]其次，本实用新型所述单腿跳跃机器人的大腿驱动电机和小腿驱动电机的安装位置为同轴不共轴，最大限度的减小了机器人在前进方向的惯量，减小了机器人在前进方向跳跃时所需驱动力；
[0018]再次，本实用新型所述单腿跳跃机器人的大腿通过50:40的啮合比将角度传递给安装于身体上的角度传感器，实现微小角度的1.25倍机械放大，提高了角度控制的精确度；
[0019]最后，本实用新型所述单腿跳跃机器人的小腿是通过链轮间接驱动，锁住小腿与大腿夹角的角度后便可通过只调节大腿的角度实现小腿垂直蹬地起跳，避免了大小腿的角度同步调节带来的控制不方便；
[0020]另外，本实用新型所述单腿跳跃机器人作为弹跳机理的研究和验证平台，便于建立坐标系，易于控制电机，对于算法的加载和实验的开展十分有利。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型的单腿跳跃机器人的结构示意图；
[0022]图2为本实用新型单腿跳跃机器人的身体结构示意图；
[0023]图3为本实用新型单腿跳跃机器人的髋关节结构示意图；
[0024]图4为本实用新型单腿跳跃机器人的膝关节结构示意图；
[0025]图5为本实用新型单腿跳跃机器人的小腿结构示意图。
【具体实施方式】
[0026]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0027]如图1所示，本实施例中的单腿跳跃机器人，包括身体1、大腿3和小腿5三部分，身体I与大腿3之间通过髋关节2连接，大腿3与小腿5之间通过膝关节4连接。
[0028]如图2所示，身体I包括两块身体保护板11、身体支撑板12及身体驱动电机13，身体保护板11和身体支撑体12连接为一个支架，身体驱动电机13位于所述支架内，身体驱动电机13的尾部装有电机码盘31，身体驱动电机13的前端装有减速机132，减速机132的输出轴133通过齿轮联轴器14与啮合齿轮15连接，啮合齿轮15和与啮合齿轮15相同的被哨合齿轮16以1:1的传动比哨合，被哨合齿轮16以与哨合齿轮15相同的齿轮联轴器17与身体转动轴18连接，身体转动轴18、身体转动副轴承19与髋关节转动副支座25形成身体转动副；髋关节转动副支座25与髋关节支撑板固定连接。
[0029]如图3所示，髋关节2包括大腿驱动电机21、小腿驱动电机22、髋关节大腿连接件23、髋关节链轮24和髋关节转动副支座25，大腿驱动电机21和小腿驱动电机22的安装位置同轴但不共轴，两个驱动电机21、22的尾部均装有电机码盘211、221，前部均装有减速机212,222,减速机212、222的输出轴213、223分别通过大腿驱动轴圆锥销214、小腿驱动轴圆锥销224与大腿驱动轴26、小腿驱动轴27固定连接，大腿驱动轴26、小腿驱动轴27通过螺钉固定于驱动轴支架上，大腿驱动轴26、小腿驱动轴27两端分别通过大腿转动副轴承261、小腿转动副轴承271、电机轴承215、225与大腿转动副轴承支座、小腿转动副轴承支座262、电机轴承支座216、226形成转动副；髋关节大腿连接件23通过平头普通平键和弹性挡圈固定在大腿驱动轴26上；髋关节链轮24通过平头普通平键和弹性挡圈固定在小腿驱动轴27上。
[0030]如图4所示,膝关节4包括膝关节大腿连接件41、膝关节小腿连接件42和膝关节转动轴43，膝关节小腿连接件42通过平头普通平键和螺钉连接在膝关节转动轴43上、膝关节大腿连接件41通过膝关节轴承44连接在膝关节转动轴43上形成转动副,膝关节转动轴43通过平头普通平键、弹性挡圈与膝关节链轮45固定连接，膝关节链轮45与髋关节链轮24通过链条6连接。
[0031]如图3、图4所示，大腿3由一根铝管组成，铝管的两端通过螺钉分别与膝关节大腿连接件41、髋关节大腿连接件23连接，髋关节大腿连接件23中加入日本大同弹簧31 ;铝管连接髋关节大腿连接件23的一端还设有一个50齿的铝齿轮7，所述铝齿轮32与身体上设置的40齿的齿轮8啮合，40齿的齿轮8啮合连接角度传感器9。
[0032]如图5所示，小腿5包括弹簧51、钛管52和小腿连接件53，小腿5的端部连接一个橡胶半球的脚趾54，脚趾54的上端连接弹簧51，弹簧51的上端通过小腿连接件53连接钛管52，钛管52与膝关节小腿连接件42连接；弹簧51和脚趾54的中间安装有压力传感器55,压力传感器55外部设有压力传感器保护件551。
[0033]如图5所示，本实施例中的单腿跳跃机器人还包括弹簧防失稳导槽56、弹簧防失稳导杆57、直线轴承58和圆导轨59，弹簧防失稳导槽56通过螺栓与压力传感器55连接，弹簧防失稳导杆57位于弹簧51内部,直线轴承58位于弹簧防失稳导杆57内部，圆导轨59位于直线轴承58的内部，圆导轨59的一端通过螺纹和弹簧防失稳导槽56连接，圆导轨59的另一端通过螺栓卡在直线轴承58的外部；弹簧防失稳导杆57、直线轴承58和小腿连接件53通过螺钉连接为一个整体；压力传感器55未与弹簧防失稳导槽56连接的一端通过螺钉与压力传感器接触端552连接，压力传感器接触端552通过螺钉与脚趾连接件541连接，脚趾连接件541通过螺钉和脚趾54连接。
[0034]本实施例中的单腿跳跃机器人还包括脚趾防掉件542，脚趾防掉件542的一端通过螺钉与弹簧防失稳导槽56连接，另一端则插入压力传感器接触端552与脚趾连接件541形成的缝隙中。
[0035]为了便于控制电机，本实施例中的身体驱动电机13、大腿驱动电机21和小腿驱动电机22均是直流电机。
[0036]尽管这里参照本实用新型的最佳解释性实施例对本实用新型进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
【权利要求】
1.一种单腿跳跃机器人，包括身体(1)、大腿(2)和小腿(3)三部分，身体(1)与大腿(2)之间通过髋关节(4)连接，大腿(2)与小腿(3)之间通过膝关节(5)连接，其特征在于: 身体(1)包括两块身体保护板(11)、身体支撑板(12 )及身体驱动电机(13 )，身体保护板(11)和身体支撑体(12)连接为一个支架，身体驱动电机(13)位于所述支架内，身体驱动电机(13)的尾部装有电机码盘(31)，身体驱动电机(13)的前端装有减速机(132)，减速机(132)的输出轴(133)通过齿轮联轴器(14)与啮合齿轮(15)连接，啮合齿轮(15)和与啮合齿轮(15)相同的被啮合齿轮(16)以1:1的传动比啮合，被啮合齿轮(16)以与啮合齿轮(15)相同的齿轮联轴器(17)与身体转动轴(18)连接，身体转动轴(18)、身体转动副轴承(19)与髋关节转动副支座(25)形成身体转动副；髋关节转动副支座(25)与髋关节支撑板固定连接； 髋关节(2)包括大腿驱动电机(21)、小腿驱动电机(22)、髋关节大腿连接件(23)、髋关节链轮(24 )和髋关节转动副支座(25 )，大腿驱动电机(21)和小腿驱动电机(22 )的安装位置同轴但不共轴，两个驱动电机(21)、(22)的尾部均装有电机码盘(211)、(221)，前部均装有减速机(212)、(222)，减速机(212)、(222)的输出轴(213)、(223)分别通过大腿驱动轴圆锥销(214)、小腿驱动轴圆锥销(224)与大腿驱动轴(26 )、小腿驱动轴(27 )固定连接，大腿驱动轴(26)、小腿驱动轴(27)通过螺钉固定于驱动轴支架上，大腿驱动轴(26)、小腿驱动轴(27)两端分别通过大腿转动副轴承(261)、小腿转动副轴承(271)、电机轴承(215)、(225)与大腿转动副轴承支座(262)、小腿转动副轴承支座(262)、电机轴承支座(216)、(226)形成转动副；髋关节大腿连接件(23)通过平头普通平键和弹性挡圈固定在大腿驱动轴(26)上；髋关节链轮(24)通过平头普通平键和弹性挡圈固定在小腿驱动轴(27)上； 膝关节(4)包括膝关节大腿连接件(41)、膝关节小腿连接件(42)和膝关节转动轴(43)，膝关节小腿连接件(42`)通过平头普通平键和螺钉连接在膝关节转动轴(43)上、膝关节大腿连接件(41)通过膝关节轴承(44)连接在膝关节转动轴(43)上形成转动副,膝关节转动轴(43 )通过平头普通平键、弹性挡圈与膝关节链轮(45 )固定连接，膝关节链轮(45 )与髋关节链轮(24 )通过链条(6 )连接； 大腿(3)由一根铝管组成，铝管的两端通过螺钉分别与膝关节大腿连接件(41)、髋关节大腿连接件(23)连接，髋关节大腿连接件(23)中加入日本大同弹簧(31);铝管连接髋关节大腿连接件(23 )的一端还设有一个(50 )齿的铝齿轮(7 )，所述铝齿轮(32 )与身体上设置的(40)齿的齿轮(8)啮合，(40)齿的齿轮(8)啮合连接角度传感器(9)； 小腿(5)包括弹簧(51)、钛管(52)和小腿连接件(53)，小腿(5)的端部连接一个橡胶半球的脚趾(54)，脚趾(54)的上端连接弹簧(51)，弹簧(51)的上端通过小腿连接件(53)连接钛管(52)，钛管(52)与膝关节小腿连接件(42)连接；弹簧(51)和脚趾(54)的中间安装有压力传感器(55)，压力传感器(55)外部设有压力传感器保护件(551)。
2.根据权利要求1所述的单腿跳跃机器人，其特征在于:还包括弹簧防失稳导槽(56)、弹簧防失稳导杆(57)、直线轴承(58)和圆导轨(59)，弹簧防失稳导槽(56)通过螺栓与压力传感器(55)连接,弹簧防失稳导杆(57)位于弹簧(51)内部,直线轴承(58)位于弹簧防失稳导杆(57)内部，圆导轨(59)位于直线轴承(58)的内部，圆导轨(59)的一端通过螺纹和弹簧防失稳导槽(56)连接，圆导轨(59)的另一端通过螺栓卡在直线轴承(58)的外部；弹簧防失稳导杆(57)、直线轴承(58)和小腿连接件(53)通过螺钉连接为一个整体。
3.根据权利要求1所述的单腿跳跃机器人，其特征在于:所述压力传感器(55)未与弹簧防失稳导槽(56)连接的一端通过螺钉与压力传感器接触端(552)连接，压力传感器接触端(552 )通过螺钉与脚趾连接件(541)连接，脚趾连接件(541)通过螺钉和脚趾(54 )连接。
4.根据权利要求1所述的单腿跳跃机器人，其特征在于:还包括脚趾防掉件(542)，脚趾防掉件(542)的一端通过螺钉与弹簧防失稳导槽(56)连接，另一端则插入压力传感器接触端(552)与脚趾连接件(541)形成的缝隙中。
5.根据权利要求1至4任一项权利要求所述的单腿跳跃机器人，其特征在于:所述身体驱动电机(13)、大腿驱 动电机(21)和小腿驱动电机(22)均是直流电机。
【文档编号】B62D57/02GK203381702SQ201320424223
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年7月17日 优先权日:2013年7月17日
【发明者】葛树志, 周健, 怀铮, 代小林 申请人:电子科技大学