本发明公开了一种空中姿态可调的八连杆结构跳跃机器人，属于机器人技术领域，包括机身机构、蓄能与释放机构、摆杆机构和控制模块，机身机构为包括动力短臂杆一、动力长臂杆一、长臂杆一、长臂杆二、短臂杆、摇臂杆、动力长臂杆二和动力短臂杆二的平面八连杆结构，蓄能与释放机构主要由直流减速电机、行星架、单向轴承、齿轮一、齿轮二、齿轮三、卷绳轴和卷绳构成，摆杆结构包括旋转电机、摆杆和飞轮连接件，控制模块由核心控制板、通信模块、直流电机驱动器、锂电池和姿态采集模块构成。本发明能够稳定起跳，跳跃高度及跳跃空中姿态可控，灵活性好、能量利用率高。
1.一种空中姿态可调的八连杆结构跳跃机器人，其特征在于：包括机身机构（1）、蓄能与释放机构（2）、摆杆机构（3）和控制模块（4）；
机身机构（1）为包括动力短臂杆一（14）、动力长臂杆一（16）、长臂杆一（19）、长臂杆二（114）、短臂杆（116）、摇臂杆（118）、动力长臂杆二（121）和动力短臂杆二（123）的平面八连杆结构，支撑腿（11）与腿杆（12）的末端固定连接，动力短臂杆一（14）和动力短臂杆二（123）的一端分别与连接轴一（13）的两端连接，连接轴一（13）固定连接在腿杆（12）上，动力短臂杆一（14）和动力短臂杆二（123）的另一端分别与连接轴二（15）的两端连接，动力长臂杆一（16）和动力长臂杆二（121）的一端也分别与连接轴二（15）的两端连接，扭簧一（119）套在连接轴二（15）的一端，扭簧一（119）的两力臂端分别连接在动力短臂杆一（14）和动力长臂杆一（16）上，扭簧二（120）套在连接轴二（15）的另一端，扭簧二（120）的两力臂端分别连接在动力短臂杆二（123）和动力长臂杆二（121）上，摇臂杆（118）的一端连接在连接轴三（122）上，连接轴三（122）固连在腿杆（12）上，摇臂杆（118）的另一端连接在连接轴四（115）上，连接轴四（115）固连在长臂杆二（114）的一端，连接杆（17）的一端连接在连接轴二（15）上，连接杆（17）的另一端连接在连接轴五（18）上，连接轴五（18）固连在短臂杆（116）上，短臂杆（116）的另一端连接在连接轴六（117）上，连接轴六（117）固连在腿杆（12）上，长臂杆一（19）的一端连接在连接轴五（18）上，另一端连接在连接轴七（110）上，连接轴七（110）固连在末端机身一（111）上，长臂杆二（114）一端连接在连接轴四（115）上，另一端连接在连接轴七（110）上，同时长臂杆二（114）也同连接轴五（18）连接，动力长臂杆一（16）和动力长臂杆二（121）分别与连接轴八（112）连接，连接轴八（112）的两端分别连在末端机身一（111）和末端机身二（113）上；
蓄能与释放机构（2）主要由直流减速电机（21）、行星架（22）、单向轴承（23）、齿轮一（24）、齿轮二（25）、齿轮三（27）、卷绳轴（26）和卷绳（29）构成，直流减速电机（21）固定在末端机身二（113）上，单向轴承（23）套在直流减速电机（21）的输出轴上，行星架（22）套在单向轴承（23）的外侧，齿轮一（24）套在直流减速电机（21）的输出轴上，齿轮二（25）连接在行星架（22）上，齿轮三（27）固定在卷绳轴（26）上，卷绳轴（26）套在转轴（28）上，转轴（28）与末端机身二（113）固连，同时齿轮一（24）与齿轮二（25）始终处于啮合状态，齿轮二（25）与齿轮三（27）的啮合状态与直流减速电机（21）的旋转方向有关，当直流减速电机（21）正转时齿轮二（25）与齿轮三（27）啮合，当直流减速电机（21）反转时齿轮二（25）与齿轮三（27）在单向轴承（23）的作用下处于非啮合状态，卷绳（29）一端系在卷绳轴（26）上，另一端系在腿杆（12）上，当直流减速电机（21）正转带动卷绳轴（26）转动时，卷绳（29）会缠绕在卷绳轴（26）上；
摆杆结构（3）包括旋转电机（31）、摆杆（35）和飞轮连接件（36），旋转电机（31）固定在末端机身一（111）上，传动齿轮一（38）固定在旋转电机（31）的电机轴上，传动齿轮二（37）的转轴固定在末端机身一（111）上，传动齿轮二（37）与传动齿轮一（38）啮合，飞轮连接件（36）固定在传动齿轮二（37）上，摆杆（35）固定在飞轮连接件（36）上，摆杆（35）的一端固连着配重连接件一（34），配重连接件一（34）上固连着配重销一（32）和配重销二（33），摆杆（35）的另一端固连着配重连接件二（39），配重连接件二（39）上固连着配重销三（310）和配重销四（311）；
控制模块（4）由核心控制板（41）、通信模块（42）、直流电机驱动器（43）、锂电池（44）和姿态采集模块（45）构成，核心控制板（41）固定在末端机身二（113）外侧，实现机器人运动过程中控制程序的存储与运行，通信模块（42）固定在末端机身二（113）的外侧，实现与核心控制板（41）的通讯以及接受来自外部的控制指令，直流电机驱动器（43）固定在末端机身二（113）的内侧，实现对直流减速电机（21）及旋转电机（31）的运动转动控制，锂电池（44）为机器人提供电能，固定在末端机身二（113）的外侧，姿态采集模块（45）固定在末端机身一（111）的内侧，实现对跳跃机器人空中姿态的监测。
2.根据权利要求1所述的一种空中姿态可调的八连杆结构跳跃机器人，其特征在于：动力长臂杆一（16）位于动力短臂杆一（14）的外侧，动力长臂杆二（121）位于动力短臂杆二（123）的外侧。
3.根据权利要求1所述的一种空中姿态可调的八连杆结构跳跃机器人，其特征在于：动力短臂杆一（14）和动力短臂杆二（123）相对腿杆（12）对称设置，扭簧一（119）和扭簧二（120）对称套在连接轴二（15）的两端。
一种空中姿态可调的八连杆结构跳跃机器人
技术领域
[0001] 本发明涉及一种空中姿态可调的八连杆结构跳跃机器人，属于机器人技术领域。
背景技术
[0002] 随着技术的发展，机器人技术在各个方面均得到广泛应用，尤其是在星际探测、生命救援和军事侦察等领域，存在各种类型复杂、非结构化的工作环境，这就要求机器人不但体积小且具有强大的越障能力。
[0003] 弹跳是自然界中一种很常见的运动方式，像青蛙、袋鼠和蝗虫等，相比于爬行，弹跳具有活动范围广、移动效率高、爆发力强等的特点，因此弹跳功能在机器人领域应用广泛，尤其适合在非结构化的工作环境中加以应用。但是目前大部分的跳跃机器人设计都局限于跳跃原理，即能简单的实现跳跃，但对跳跃的稳定性、跳跃的高度及姿态的可控性等关注较少，同时对空中姿势的控制研究也较少，导致现有的机器人起跳后存在较大的角动量，空中旋转问题较为严重，机器在对空中姿态不可控。
发明内容
[0004] 本发明需要解决的技术问题是提供一种空中姿态可调的八连杆结构跳跃机器人，能够稳定起跳，跳跃高度及跳跃空中姿态可控，灵活性好、能量利用率高。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
[0006] 一种空中姿态可调的八连杆结构跳跃机器人，包括机身机构、蓄能与释放机构、摆杆机构和控制模块；
[0007] 机身机构为包括动力短臂杆一、动力长臂杆一、长臂杆一、长臂杆二、短臂杆、摇臂杆、动力长臂杆二和动力短臂杆二的平面八连杆结构，支撑腿与腿杆的末端固定连接，动力短臂杆一和动力短臂杆二的一端分别与连接轴一的两端连接，连接轴一固定连接在腿杆上，动力短臂杆一和动力短臂杆二的另一端分别与连接轴二的两端连接，动力长臂杆一和动力长臂杆二的一端也分别与连接轴二的两端连接，扭簧一套在连接轴二的一端，扭簧一的两力臂端分别连接在动力短臂杆一和动力长臂杆一上，扭簧二套在连接轴二的另一端，扭簧二的两力臂端分别连接在动力短臂杆二和动力长臂杆二上，摇臂杆的一端连接在连接轴三上，连接轴三固连在腿杆上，摇臂杆的另一端连接在连接轴四上，连接轴四固连在长臂杆二的一端，连接杆的一端连接在连接轴二上，连接杆的另一端连接在连接轴五上，连接轴五固连在短臂杆上，短臂杆的另一端连接在连接轴六上，连接轴六固连在腿杆上，长臂杆一的一端连接在连接轴五上，另一端连接在连接轴七上，连接轴七固连在末端机身一上，长臂杆二一端连接在连接轴四上，另一端连接在连接轴七上，同时长臂杆二也同连接轴五连接，动力长臂杆一和动力长臂杆二分别与连接轴八连接，连接轴八的两端固分别连在末端机身一和末端机身二上；
[0008] 蓄能与释放机构主要由直流减速电机、行星架、单向轴承、齿轮一、齿轮二、齿轮三、卷绳轴和卷绳构成，直流减速电机固定在末端机身二上，单向轴承套在直流减速电机的输出轴上，行星架套在单向轴承的外侧，齿轮一套在直流减速电机的输出轴上，齿轮二连接在行星架上，齿轮三固定在卷绳轴上，卷绳轴套在转轴上，转轴与末端机身二固连，同时齿轮一与齿轮二始终处于啮合状态，齿轮二与齿轮三的啮合状态与直流减速电机的旋转方向有关，当直流减速电机正转时齿轮二与齿轮三啮合，当直流减速电机反转时齿轮二与齿轮三在单向轴承的作用下处于非啮合状态，卷绳一端系在卷绳轴上，另一端系在腿杆上，当直流减速电机正转带动卷绳轴转动时，卷绳会缠绕在卷绳轴上；
[0009] 摆杆结构包括旋转电机、摆杆和飞轮连接件，旋转电机固定在末端机身一上，传动齿轮一固定在旋转电机的电机轴上，传动齿轮二的转轴固定在末端机身一上，传动齿轮二与传动齿轮一啮合，飞轮连接件固定在传动齿轮二上，摆杆固定在飞轮连接件上，摆杆的一端固连着配重连接件一，配重连接件一上固连着配重销一和配重销二，摆杆的另一端固连着配重连接件二，配重连接件二上固连着配重销三和配重销四；
[0010] 控制模块由核心控制板、通信模块、直流电机驱动器、锂电池和姿态采集模块构成，核心控制板固定在末端机身二外侧，实现机器人运动过程中控制程序的存储与运行，通信模块固定在末端机身二的外侧，实现与核心控制板的通讯以及接受来自外部的控制指令，直流电机驱动器固定在末端机身二的内侧，实现对直流减速电机及旋转电机的运动转动控制，锂电池为机器人提供电能，固定在末端机身二的外侧，姿态采集模块固定在末端机身一的内侧，实现对跳跃机器人空中姿态的监测。
[0011] 本发明技术方案的进一步改进在于：动力长臂杆一位于动力短臂杆一的外侧，动力长臂杆二位于动力短臂杆二的外侧。
[0012] 本发明技术方案的进一步改进在于：动力短臂杆一和动力短臂杆二相对腿杆对称设置，扭簧一和扭簧二对称套在连接轴二的两端。
[0013] 由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
[0014] 本发明的一种空中姿态可调的八连杆结构跳跃机器人，通过机身机构实现姿态稳定的跳跃运动，能量蓄积与释放机构实现跳跃机器人跳跃高度的可控性，摆杆机构能够实现对机器人空中姿态的稳定调控，而控制模块通过对机器人姿态采集以及远程通信反馈实现对机器人运动的控制。
[0015] 机身机构为包括动力短臂杆一、动力长臂杆一、长臂杆一、长臂杆二、短臂杆、摇臂杆、动力长臂杆二和动力短臂杆二的平面八连杆结构，其模仿了直线弹射机理，实现了跳跃机器人的稳定起跳，为实现机器人空中姿态的稳定提供了基础。
[0016] 蓄能与释放结构采用绳驱动方式，具备高效的蓄能效率，同时能够使机器人在起跳、空中等任何蓄能位置释放能量，有效的调节跳跃高度，而摆杆结构通过实现对摆杆及摆杆上的配重连接件和配重销的转动控制，从而吸收机器人的角动量实现对机器人空中姿态的控制。
附图说明
[0017] 图1是本发明结构示意图；
[0018] 图2是本发明机身机构左侧示意图；
[0019] 图3是本发明机身机构右侧示意图；
[0020] 图4是本发明蓄能与释放机构部分结构示意图；
[0021] 图5是本发明蓄能与释放机构整体结构示意图；
[0022] 图6是本发明摆杆机构结构示意图；
[0023] 图7是本发明控制模块结构示意图；
[0024] 图8是本发明的机器人蓄能状态示意图；
[0025] 图9是本发明机器人跳跃状态示意图；
[0026] 其中，1、机身机构，11、支撑脚，12、腿杆，13、连接轴一，14、动力短臂杆一，15、连接轴二，16、动力长臂杆一，17、连接杆，18、连接轴五，19、长臂杆一，110、连接轴七，111、末端机身一，112、连接轴八，113、末端机身二，114、长臂杆二，115、连接轴四，116、短臂杆，117、连接轴六，118、摇臂杆，119、扭簧一，120、扭簧二，121、动力长臂杆二，122、连接轴三，123、动力短臂杆二，2、蓄能与释放机构，21、直流减速电机，22、行星架，23、单向轴承，24、齿轮一，25、齿轮二，26、卷绳轴，27、齿轮三，28、转轴，29、卷绳，3、摆杆机构，31、旋转电机，32、配重销一，33、配重销二，34、配重连接件一，35、摆杆，36、飞轮连接件，37、传动齿轮二，38、传动齿轮一，39、配重连接件二，310、配重销三，311、配重销四，4、控制模块，41、核心控制板，42、通信模块，43、直流电机驱动器，44、锂电池，45、姿态采集模块。
具体实施方式
[0027] 下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明：
[0028] 一种空中姿态可调的八连杆结构跳跃机器人，如图1所示，包括机身机构1、蓄能与释放机构2、摆杆机构3和控制模块4。
[0029] 如图2和图3所示，本发明机身机构1为包括动力短臂杆一14、动力长臂杆一16、长臂杆一19、长臂杆二114、短臂杆116、摇臂杆118、动力长臂杆二121和动力短臂杆二123的平面八连杆结构，支撑腿11与腿杆12的末端固定连接，动力短臂杆一14和动力短臂杆二123的一端分别与连接轴一13的两端连接，连接轴一13固定连接在腿杆12上，动力短臂杆一14和动力短臂杆二123的另一端分别与连接轴二15的两端连接，动力长臂杆一16和动力长臂杆二121的一端也分别与连接轴二15的两端连接，动力长臂杆一16位于动力短臂杆一14的外侧，动力长臂杆二121位于动力短臂杆二123的外侧，动力短臂杆一14和动力短臂杆二123相对腿杆12对称设置，扭簧一119套在连接轴二15的一端，扭簧一119的两力臂端分别连接在动力短臂杆一14和动力长臂杆一16上，扭簧二120套在连接轴二15的另一端，扭簧一119和扭簧二120对称套在连接轴二15的两端，扭簧二120的两力臂端分别连接在动力短臂杆二123和动力长臂杆二121上，摇臂杆118的一端连接在连接轴三122上，连接轴三122固连在腿杆12上，摇臂杆118的另一端连接在连接轴四115上，连接轴四115固连在长臂杆二114的一端，连接杆17的一端连接在连接轴二15上，连接杆17的另一端连接在连接轴五18上，连接轴五18固连在短臂杆116上，短臂杆116的另一端连接在连接轴六117上，连接轴六117固连在腿杆12上，长臂杆一19的一端连接在连接轴五18上，另一端连接在连接轴七110上，连接轴七110固连在末端机身一111上，长臂杆二114一端连接在连接轴四115上，另一端连接在连接轴七110上，同时长臂杆二114也同连接轴五18连接，动力长臂杆一16和动力长臂杆二121分别与连接轴八112连接，连接轴八112的两端固分别连在末端机身一111和末端机身二113上。
[0030] 如图4、图5所示，本发明蓄能与释放机构2主要由直流减速电机21、行星架22、单向轴承23、齿轮一24、齿轮二25、齿轮三27、卷绳轴26和卷绳29构成，直流减速电机21固定在末端机身二113上，单向轴承23套在直流减速电机21的输出轴上，行星架22套在单向轴承23的外侧，齿轮一24套在直流减速电机21的输出轴上，齿轮二25连接在行星架22上，齿轮三27固定在卷绳轴26上，卷绳轴26套在转轴28上，转轴28与末端机身二113固连，同时齿轮一24与齿轮二25始终处于啮合状态，齿轮二25与齿轮三27的啮合状态与直流减速电机21的旋转方向有关，当直流减速电机21正转时齿轮二25与齿轮三27啮合，当直流减速电机21反转时齿轮二25与齿轮三27在单向轴承23的作用下处于非啮合状态，卷绳29一端系在卷绳轴26上，另一端系在腿杆12上，当直流减速电机21正转带动卷绳轴26转动时，卷绳29会缠绕在卷绳轴26上。
[0031] 如图6所示，摆杆结构3包括旋转电机31、摆杆35和飞轮连接件36，旋转电机31固定在末端机身一111上，传动齿轮一38固定在旋转电机31的电机轴上，传动齿轮二37的转轴固定在末端机身一111上，传动齿轮二37与传动齿轮一38啮合，飞轮连接件36固定在传动齿轮二37上，摆杆35固定在飞轮连接件36上，摆杆35的一端固连着配重连接件一34，配重连接件一34上固连着配重销一32和配重销二33，摆杆35的另一端固连着配重连接件二39，配重连接件二39上固连着配重销三310和配重销四311。
[0032] 如图7所示，控制模块4由核心控制板41、通信模块42、直流电机驱动器43、锂电池44和姿态采集模块45构成，核心控制板41固定在末端机身二113外侧，实现机器人运动过程中控制程序的存储与运行，通信模块42固定在末端机身二113的外侧，实现与核心控制板41的通讯以及接受来自外部的控制指令，直流电机驱动器43固定在末端机身二113的内侧，实现对直流减速电机21及旋转电机31的运动转动控制，锂电池44为机器人提供电能，固定在末端机身二113的外侧，姿态采集模块45固定在末端机身一111的内侧，实现对跳跃机器人空中姿态的监测。
[0033] 如图8、图9所示，本发明一种空中姿态可调的八连杆结构跳跃机器人起跳时，直流减速电机21正转，行星架22由于单向轴承23的作用保持不变，直流减速电机21带动齿轮一24转动，齿轮一24带动齿轮二25转动，齿轮二25带动齿轮三27转动，齿轮三27固连在卷绳轴
26上，卷绳轴26在转动，卷绳29缠绕在卷绳轴26上，此时在扭簧一119与扭簧120在卷绳29不断缠绕在卷绳轴26上时进行压缩，实现能量的蓄积；跳跃时，直流减速电机21反向旋转，行星架22在单向轴承23的作用下转动，使得齿轮二25与齿轮三27分离，卷绳29逐渐脱离卷绳轴26,扭簧一119、扭簧二120蓄积的弹性势能得到释放，跳跃机器人完成起跳动作；当机器人跃入空中时，旋转电机31根据姿态采集模块45采集的姿态信息进行旋转，通过传动齿轮一38、传动齿轮二37实现对摆杆35及摆杆上的配重连接件一34、配重连接件二39、配重销一
32、配重销二33、配重销三310、配重销四311的转动控制，从而吸收机器人的角动量实现对机器人空中姿态的控制。
