本發(fā)明涉及仿生機(jī)器人領(lǐng)域，尤其涉及一種基于多連桿跳躍機(jī)構(gòu)的高仿生青蛙及其控制方法。

背景技術(shù)：

1、青蛙具有優(yōu)秀的跳躍爆發(fā)力和越障能力，屬于間歇性跳躍，能夠一次跳躍超過(guò)自身長(zhǎng)度十余倍的距離。青蛙身體各部分發(fā)育不平衡，后肢粗大而前肢短小，起跳時(shí)強(qiáng)大的后肢肌肉像彈簧一樣迅速將身體彈起，落地時(shí)前肢緩沖平穩(wěn)著陸。

2、研究青蛙后腿結(jié)構(gòu)和其起跳過(guò)程腿部運(yùn)動(dòng)有助于機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)，結(jié)合仿生學(xué)與機(jī)械設(shè)計(jì)理論共同構(gòu)建仿蛙機(jī)器人模型，不僅有利于機(jī)器人跳躍能力的提高，而且有利于生物跳躍機(jī)理的揭示。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種基于多連桿跳躍機(jī)構(gòu)的高仿生青蛙及其控制方法，旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案為一種基于多連桿跳躍機(jī)構(gòu)的高仿生青蛙，包括：

3、軀干部，所述軀干部包括軀干主板、夾板、左側(cè)絞盤(pán)板、右側(cè)絞盤(pán)板、左側(cè)腿根板和右側(cè)腿根板，所述左側(cè)絞盤(pán)板、所述右側(cè)絞盤(pán)板、所述左側(cè)腿根板和所述右側(cè)腿根板分別與所述軀干主板連接，所述夾板設(shè)置在所述軀干主板后側(cè)的下方；

4、前肢部，所述前肢部包括左側(cè)前肢板和右側(cè)前肢板，所述左側(cè)前肢板的一端與所述左側(cè)絞盤(pán)板的底端通過(guò)螺栓連接，所述右側(cè)前肢板的一端與所述右側(cè)絞盤(pán)板的底端通過(guò)螺栓連接；

5、后肢部，所述后肢部包括左側(cè)后肢子部和右側(cè)后肢子部，所述左側(cè)后肢子部和所述右側(cè)后肢子部分別與所述軀干部連接；

6、蓄力機(jī)構(gòu)，所述蓄力機(jī)構(gòu)安裝在所述軀干部?jī)?nèi)，所述蓄力機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動(dòng)所述前肢部和所述后肢部運(yùn)動(dòng)。

7、進(jìn)一步，所述軀干主板上設(shè)置有至少一個(gè)用于減少重量的鏤空槽；

8、所述軀干主板的前端左側(cè)設(shè)置有用于與所述左側(cè)絞盤(pán)板連接的第一凸塊，所述左側(cè)絞盤(pán)板上設(shè)置有用于安裝所述第一凸塊的第一安裝孔，所述軀干主板的前端右側(cè)設(shè)置有用于與所述右側(cè)絞盤(pán)板連接的第二凸塊，所述右側(cè)絞盤(pán)板上設(shè)置有用于安裝所述第二凸塊的第二安裝孔。

9、進(jìn)一步，所述夾板左側(cè)設(shè)置有用于與所述左側(cè)腿根板連接的第三凸塊，所述左側(cè)腿根板上設(shè)置有用于安裝所述第三凸塊的第三安裝孔，所述夾板右側(cè)設(shè)置有用于與所述右側(cè)腿根板連接的第四凸塊，所述右側(cè)腿根板上設(shè)置有用于安裝所述第四凸塊的第四安裝孔。

10、進(jìn)一步，所述左側(cè)腿根板上設(shè)置有用于安裝所述左側(cè)第一大腿的第五通孔和用于安裝所述左側(cè)第二大腿的第六通孔；

11、所述左側(cè)后肢子部包括依次連接的左側(cè)第一大腿、左側(cè)第一小腿和左側(cè)腳趾，還包括左側(cè)第二大腿、左側(cè)第二小腿和左側(cè)大腿連接件，所述左側(cè)第一大腿的一端與所述第五通孔連接，所述左側(cè)第二大腿的一端與所述第六通孔連接，所述左側(cè)第二大腿的另一端與所述左側(cè)第二小腿的一端連接，所述左側(cè)第二小腿的另一端與所述左側(cè)腳趾連接，所述左側(cè)大腿連接件與所述左側(cè)第二大腿固定。

12、進(jìn)一步，所述右側(cè)腿根板上設(shè)置有用于安裝所述右側(cè)第一大腿的第七通孔和用于安裝所述右側(cè)第二大腿的第八通孔；

13、所述右側(cè)后肢子部包括依次連接的右側(cè)第一大腿、右側(cè)第一小腿和右側(cè)腳趾，還包括右側(cè)第二大腿、右側(cè)第二小腿和右側(cè)大腿連接件，所述右側(cè)第一大腿的一端與所述第七通孔連接，所述右側(cè)第二大腿的一端與所述第八通孔連接，所述右側(cè)第二大腿的另一端與所述右側(cè)第二小腿的一端連接，所述右側(cè)第二小腿的另一端與所述右側(cè)腳趾連接，所述右側(cè)大腿連接件與所述右側(cè)第二大腿固定。

14、進(jìn)一步，所述蓄力機(jī)構(gòu)包括減速電機(jī)、電機(jī)減速箱、電機(jī)固定件、蝸桿、渦輪、蝸桿約束件、不完全齒輪、不完全齒輪軸、從動(dòng)齒輪、左側(cè)絞盤(pán)、右側(cè)絞盤(pán)和從動(dòng)齒輪軸；

15、所述減速電機(jī)通過(guò)所述電機(jī)減速箱安裝在所述電機(jī)固定件上，所述電機(jī)固定件的頂部和所述夾板的頂部依次通過(guò)螺栓與所述軀干主板的底部連接，所述蝸桿安裝在所述減速電機(jī)的輸出軸上，所述蝸桿約束件安裝在所述蝸桿的末端，所述蝸桿約束件的頂部通過(guò)螺栓與所述軀干主板的底部連接，所述渦輪與所述蝸桿嚙合且所述渦輪安裝在所述不完全齒輪軸上，所述不完全齒輪軸上安裝有不完全齒輪，所述從動(dòng)齒輪與所述不完全齒輪嚙合，所述從動(dòng)齒輪、所述左側(cè)絞盤(pán)和所述右側(cè)絞盤(pán)分別安裝在所述從動(dòng)齒輪軸上。

16、進(jìn)一步，所述左側(cè)絞盤(pán)板上設(shè)置有第一通孔和第二通孔，所述右側(cè)絞盤(pán)板上設(shè)置有與所述第一通孔設(shè)置位置相對(duì)應(yīng)的第三通孔和與所述第二通孔設(shè)置位置相對(duì)應(yīng)的第四通孔。

17、進(jìn)一步，所述左側(cè)絞盤(pán)靠近所述第一通孔設(shè)置，所述右側(cè)絞盤(pán)靠近所述第三通孔設(shè)置，所述從動(dòng)齒輪軸安裝在左側(cè)絞盤(pán)板的第一通孔和右側(cè)絞盤(pán)板的第三通孔之間，所述不完全齒輪軸安裝在左側(cè)絞盤(pán)板的第二通孔和右側(cè)絞盤(pán)板的第四通孔之間。

18、進(jìn)一步，所述蓄力機(jī)構(gòu)還包括雙扭簧、左側(cè)拉繩和右側(cè)拉繩；

19、所述雙扭簧的中部安裝在所述軀干主板和所述夾板之間，所述軀干主板的底部設(shè)置有用于安裝所述雙扭簧中部的上弧形槽，所述夾板的頂部設(shè)置有用于安裝所述雙扭簧中部的下弧形槽，所述上弧形槽和所述下弧形槽的深度均為所述雙扭簧線徑的一半，所述雙扭簧的兩端分別安裝在所述左側(cè)大腿連接件和所述右側(cè)大腿連接件的內(nèi)側(cè)；

20、所述左側(cè)拉繩的一端與所述左側(cè)絞盤(pán)連接，所述左側(cè)拉繩的另一端與所述左側(cè)大腿連接件固定，所述右側(cè)拉繩的一端與所述右側(cè)絞盤(pán)連接，所述右側(cè)拉繩的另一端與所述右側(cè)大腿連接件固定。

21、進(jìn)一步，本發(fā)明還公開(kāi)一種基于多連桿跳躍機(jī)構(gòu)的高仿生青蛙的控制方法，應(yīng)用在所述的基于多連桿跳躍機(jī)構(gòu)的高仿生青蛙上，所述的控制方法包括以下步驟：

22、s100、在蓄能階段，減速電機(jī)通過(guò)電機(jī)減速箱帶動(dòng)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，渦輪隨著蝸桿的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，從而不完全齒輪軸上的不完全齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，與不完全齒輪嚙合的從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)從動(dòng)齒輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得設(shè)置在從動(dòng)齒輪軸兩端的左側(cè)絞盤(pán)和右側(cè)絞盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)；

23、s200、左側(cè)絞盤(pán)旋轉(zhuǎn)拉動(dòng)左側(cè)拉繩，右側(cè)絞盤(pán)旋轉(zhuǎn)拉動(dòng)右側(cè)拉繩，使后肢部蜷縮，壓縮雙扭簧直到蓄能壓縮完成；

24、s300、在釋放階段，雙扭簧的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為機(jī)器人的動(dòng)能，不完全齒輪脫離嚙合狀態(tài)，左側(cè)拉繩和右側(cè)拉繩失去約束；

25、s400、雙扭簧的兩臂夾角在短時(shí)間內(nèi)迅速增大，擠壓左側(cè)大腿連接件和右側(cè)大腿連接件，后肢部迅速展開(kāi)，作出向下和向后蹬地的動(dòng)作，基于多連桿跳躍機(jī)構(gòu)的高仿生青蛙迅速離地，實(shí)現(xiàn)向前和向上運(yùn)動(dòng)。

26、本發(fā)明的有益效果是：

27、所述的基于多連桿跳躍機(jī)構(gòu)的高仿生青蛙采用碳纖維板作為主體材料，有利于在減重的同時(shí)保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。軀干主板設(shè)計(jì)凸起，左側(cè)絞盤(pán)板、右側(cè)絞盤(pán)板、左側(cè)腿根板和右側(cè)腿根板挖槽，采用榫接緊配方式，節(jié)省螺栓重量。采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)，不僅有利于增大轉(zhuǎn)矩，而且能將縱向轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化為橫向轉(zhuǎn)矩，使較長(zhǎng)的減速電機(jī)可以縱向安裝，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的緊湊性與對(duì)稱性。采用繩驅(qū)方式實(shí)現(xiàn)后肢部的收縮，實(shí)現(xiàn)了由左側(cè)絞盤(pán)和右側(cè)絞盤(pán)的曲線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為拉繩的直線運(yùn)動(dòng)，再轉(zhuǎn)化為后肢部的曲線運(yùn)動(dòng)，通過(guò)調(diào)整左側(cè)絞盤(pán)和右側(cè)絞盤(pán)與大腿連接件的相對(duì)位置，使蓄力初期拉繩與大腿的夾角成銳角，蓄力末期與大腿夾角成直角或近似直角，使阻力力矩與繩驅(qū)動(dòng)力力矩成正相關(guān)關(guān)系，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)效率高，故障率低。本方案采用不完全齒輪搭配從動(dòng)齒輪作為儲(chǔ)能-釋放機(jī)構(gòu)的核心部件，不完全齒輪持續(xù)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)與從動(dòng)齒輪的周期性嚙合與脫離嚙合，從而在僅有一個(gè)電機(jī)單向旋轉(zhuǎn)的前提下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)儲(chǔ)能與自動(dòng)釋放。通過(guò)改變不完全齒輪、從動(dòng)齒輪的齒數(shù)或絞盤(pán)的直徑可調(diào)整最終輸出的力矩與蓄力時(shí)間。