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日本：首位会说话的机器人宇航员升空
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日本：首位会说话的机器人宇航员升空
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袋鼠机器人来袭，未来的动物都是金属？
每年，德国的Festo工程发展公司都会从大自然中选择一种动物的形态然后制造，它有可能被制造成一个杀人机器，也有可能发展成为一台工业。风水轮流转，今年到哪家？Festo给出的答案是袋鼠。
可能见惯了真袋鼠的澳大利亚人在看到这个袋鼠机器人后会觉得它比真的袋鼠更小更可爱，没错，它的原型可不是身强力壮的大袋鼠，而是正在茁壮成长的小袋鼠娃娃。
这台小袋鼠机器人显然集成了它的前辈们的优点——超级擅长跳跃，这种跳跃能力被Festo描述为“恶魔般的力量”。好吧，其实这只是一种吸引眼球的描述，小袋鼠之所以能跳是因为它装配了一个弹性弹簧和气动缸，这样的配备使这个重7公斤高1米的家伙可以水平跳0.4米，垂直跳跃则达到了0.8米，更重要的是它也能完成连续跳跃。
能使小袋鼠机器人保持连续跳跃的秘诀是什么？它跳跃的双腿其实更加接近一个“飞行”的状态，机器人通过臀部的扭矩和运动完成一系列动作，而尾巴则起到平衡整个身体的作用。
为了完成连续跳跃，内部能量的跳进也是很重要的。小袋鼠机器人依靠小型压缩机提供的高压空气进行气动的跳跃。另外，这台机器人还配备了轻量级的电池驱动和复杂的运动控制系统，支持手势控制。
其实把机器人和动物原型结合起来已经成为一种常态，我们雷锋网曾经就报道过，而光是在去年，机械老鼠就有十几款不同形态。如果做一个统计，相信一个机械版的“十二生肖”也不在话下。看着眼前这一番机械动物开发的盛景，笔者不禁想起了某疯狂开发者要把真实动物都替换成机械动物的豪言壮语，那么越来越多的机械动物出现真的有必要吗？
笔者认为在目前的环境下出现越来越多的机械动物是完全没有必要的。机械动物不可能成为动物的代替品，就像机器人不能完全代替人类一样。越来越多机械动物的出现可能会让我们的后代越来越模糊它们与真实动物的区别，至少目前已经有许多孩子认为里”会说话的汤姆猫“是一只真猫。另外，如果越来越多的灭绝动物都可以通过“机械化”再生，我们的动物保护意识也会在不知不觉中不断淡化，随意猎杀再马上制造的局面可能会成为常态。
那么，我们是不是就完全把动物放在一边不让它们和机械有任何关系呢？笔者认为正确的方式应该是利用它们身上的某些优点或特质制造有新的独立形态的机器人。“取其精华，去其糟粕”才是一条“机器人可持续发展”的正确道路。
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一种仿袋鼠跳跃机器人的变形脚
来源：广搜网
公益为中国网民提供数字化信息
发布日期： 4:33:10
&&&&发明人：葛文杰 马晓雪 李岩 赵炜王鹏 万然 张增权（摘要：一种仿袋鼠跳跃机器人的变形脚，曲线脚背杆位于曲线脚底杆的正上方，并且曲线脚背杆的顶端和曲线脚底杆的顶端通过第十柔性铰链连接，形成了脚尖。曲线脚背杆的末端与框架形脚跟的一端通过第一柔性铰链连接。框架形脚跟另一端的上表面与曲线脚背杆的下表面连接。在曲线脚背杆与框架形脚跟之间有内撑杆。柔性直杆位于框架形脚跟的顶端。柔性斜杆位于脚尖与柔性直杆之间。当本实用新型接触地面后，脚部各柔性杆件和柔性铰链在地面反作用力的驱动下发生柔性变形并存储弹性能，从而可实现仿袋鼠跳跃机器人在跳跃过程中脚部触地后产生轮廓自适应变形，呈脚尖弯曲状态，改善了仿袋鼠跳跃机器人的跳跃性能，具有变形响应速度快、运动稳定性好的特点。）
形脚跟、第一内撑杆、第二内撑杆、第三内撑杆、柔性直杆、柔性斜杆和脚尖柔性杆；其中：曲线脚背杆位于曲线脚底杆的正上方，并且所述曲线脚背杆的顶端和曲线脚底杆的顶端通过第十柔性铰链连接，形成了脚尖；曲线脚背杆的末端与框架形脚跟的一端通过第一柔性铰链连接；所述框架形脚跟的另一端的上表面与曲线脚背杆的下表面通过第五柔性铰链连接；第一内撑杆、第二内撑杆、第三内撑杆均位于曲线脚背杆与框架形脚跟之间；柔性直杆位于框架形脚跟通过第五柔性铰链与曲线脚背杆连接一端的顶端；柔性斜杆位于脚尖与柔性直杆之间；脚尖柔性杆呈水平状态安装在脚尖处；所述第五柔性铰链与曲线脚背杆下表面连接点的位置位于该曲线脚背杆自末端至顶端总长度的13/40 处。2. 如权利要求1 所述一种仿袋鼠跳跃机器人的变形脚，其特征在于，第一内撑杆的下端与框架形脚跟的内表面通过第二下柔性铰链连接，第一内撑杆的上端向脚尖方向倾斜，使该第一内撑杆与水平面正方向之间有45 度夹角，并且该第一内撑杆的上端通过第二上柔性铰链与曲线脚背杆的下表面连接；第二内撑杆的下端与框架形脚跟的内表面通过第三下柔性铰链连接，第二内撑杆的上端向脚尖方向倾斜，使该第二内撑杆与水平面正方向之间有60 度夹角，并且该第二内撑杆的上端通过第三上柔性铰链与曲线脚背杆的下表面连接；第三内撑杆垂直于水平面，并且该第三内撑杆的下端与框架形脚跟的内表面通过第四下柔性铰链连接，第三内撑杆的上端与曲线脚背杆的下表面通过第四上柔性铰链连接；所述第二上柔性铰链、第三上柔性铰链、第四上柔性铰链与曲线脚背杆下表面连接点的位置分别位于该曲线脚背杆自末端至顶端总长度的3/40、1/8 和1/4 处。3. 如权利要求1 所述一种仿袋鼠跳跃机器人的变形脚，其特征在于，所述柔性直杆的上端通过第六上柔性铰链与曲线脚背杆连接，所述柔性直杆的下端通过第六下柔性铰链与曲线脚底杆的上表面连接；所述柔性直杆垂直于水平面；所述第六上柔性铰链与曲线脚背杆下表面连接点的位置位于该曲线脚背杆自末端至顶端总长度的3/8 处。4. 如权利要求1 所述一种仿袋鼠跳跃机器人的变形脚，其特征在于，所述柔性斜杆的下端通过第七下柔性铰链与曲线脚底杆的上表面连接；所述柔性斜杆的上端向脚跟方向倾斜，使该柔性斜杆与水平面正方向之间有120 度夹角，并且该柔性斜杆的上端通过第七上柔性铰链与曲线脚背杆的下表面连接；所述第七上柔性铰链与曲线脚背杆下表面连接点的位置位于该曲线脚背杆自末端至顶端总长度的1/2 处。5. 如权利要求1 所述一种仿袋鼠跳跃机器人的变形脚，其特征在于，所述脚尖柔性杆的一端通过第八柔性铰链与曲线脚背杆的下表面连接，所述脚尖柔性杆的另一端通过第九柔性铰链与曲线脚底杆的上表面连接；第八柔性铰链与曲线脚背杆下表面连接点的位置位于该曲线脚背杆自末端至顶端总长度的7/8 处。6. 如权利要求1 所述一种仿袋鼠跳跃机器人的变形脚，其特征在于，所述曲线脚背杆的脚背面和脚尖面轮廓由两段不同曲率半径的弧形面组成；所述构成脚背面的弧形面的曲率半径是构成脚尖面的弧形面曲率半径的10 倍，并且构成脚背面的弧形面的长度是构成脚尖面的弧形面长度的5 倍；所述脚背面的曲率中心位于该曲线脚背杆上表面的上方，所述脚尖面的曲率中心位于该曲线脚背杆下表面的下方。7. 如权利要求1 所述一种仿袋鼠跳跃机器人的变形脚，其特征在于，所述曲线脚底杆的脚底板和前脚掌分别由一段直线和一段弧线组成；所述脚底板的长度是前脚掌长度的1.25 倍；所述前脚掌的曲率中心位于曲线脚底杆上表面的上方，该前脚掌的曲率半径是曲线脚背杆脚背面曲率半径的1/3。8. 如权利要求1 所述一种仿袋鼠跳跃机器人的变形脚，其特征在于，所述框架形脚跟的外轮廓呈槽型，并且构成该框架形脚跟的外轮廓分别在第二下柔性铰链、第三下柔性铰链、第四下柔性铰链和第六上柔性铰链连接点处产生弯折；所述框架形脚跟的外轮廓起点至第二下柔性铰链之间的框架形脚跟的外轮廓、所述第二下柔性铰链至第三下柔性铰链之间的框架形脚跟的外轮廓、所述第三下柔性铰链至第四下柔性铰链之间的框架形脚跟的外轮廓和所述第四下柔性铰链至第六上柔性铰链之间的框架形脚跟的外轮廓均为直线。一种仿袋鼠跳跃机器人的变形脚技术领域[0001] 本发明涉及仿生跳跃机器人领域，具体是一种仿袋鼠跳跃机器人的变形脚。背景技术[0002] 仿袋鼠跳跃机器人是模仿生物袋鼠跳跃特点的仿生跳跃机器人，可以越过数倍甚至数十倍于自身尺寸的障碍物，特别适合于有障碍物的复杂环境，其跳跃运动的爆发性有助于机器人躲避危险，大大提高了机器人的活动范围和自主运动能力，因而在星际探索、军事侦查、抢险救灾等领域有着广泛的应用前景。[0003] 美国麻省理工学院研究了仿袋鼠跳跃机器人“Uniroo”，该机器人腿部结构类似于袋鼠的后腿，其肢体构件由铝管焊接而成，并在踝关节处加一个扭簧以减小着地冲击（刊物名称：Massachusetts Institute of Technology，刊出时间：1991 年，论文名称：Uniroo--a one legged dynamic hopping robot）。随后日本Tohoku 大学和东京大学对“Uniroo”进行了改进，联合研制了机器人“Kenken”，该机器人通过安装在脚后跟和腿部间的弹簧模拟袋鼠脚部的肌肉和筋腱等，实现类似袋鼠的奔跑（刊物名称：Roboticsand Automation，刊出时间：2002，论文名称：Development of a biologically inspiredhopping robot-“Kenken”）。国内，西北工业大学研究了仿袋鼠跳跃机器人的单腿刚柔混合机构模型，该模型中仿袋鼠跳跃机器人的躯干、大腿、小腿由刚性构件构成，脚部则由均质柔性杆构成，利用均质柔性杆的弹性变形模拟袋鼠脚部的柔性（刊物名称：机器人，刊出时间：2006 年，论文名称：考虑脚部柔性的仿袋鼠跳跃机器人运动特性研究）。[0004] 上述仿袋鼠跳跃机器人脚部结构均由刚性构件或均质柔性杆构成，这些结构虽然实现了机器人的跳跃运动，安装弹簧或由均质柔性杆构成的脚部还可储能和缓解落地冲击，但都无法实现脚部轮廓的触地自适应变形特性，即要求仿袋鼠跳跃机器人在跳跃过程的着地阶段脚部接触地面后产生轮廓变形，脚尖呈弯曲状态。从而确保机器人实现落地缓冲与稳定、能量的自动存储与释放等功能。发明内容[0005] 为克服现有技术中存在的仿袋鼠跳跃机器人脚部轮廓不可触地自适应变形的不足，本发明提出了一种仿袋鼠跳跃机器人的变形脚。[0006] 本发明包括曲线脚背杆、曲线脚底杆、框架形脚跟、第一内撑杆、第二内撑杆、第三内撑杆、柔性直杆、柔性斜杆和脚尖柔性杆；其中：[0007] 曲线脚背杆位于曲线脚底杆的正上方，并且所述曲线脚背杆的顶端和曲线脚底杆的顶端通过第十柔性铰链连接，形成了脚尖；曲线脚背杆的末端与框架形脚跟的一端通过第一柔性铰链连接；所述框架形脚跟的另一端的上表面与曲线脚背杆的下表面通过第五柔性铰链连接；[0008] 第一内撑杆、第二内撑杆、第三内撑杆均位于曲线脚背杆与框架形脚跟之间；柔性直杆位于框架形脚跟通过第五柔性铰链与曲线脚背杆连接一端的顶端；柔性斜杆位于脚尖与柔性直杆之间；脚尖柔性杆呈水平状态安装在脚尖处；所述第五柔性铰链与曲线脚背杆下表面连接点的位置位于该曲线脚背杆自末端至顶端总长度的13/40 处。[0009] 所述第一内撑杆的下端与框架形脚跟的内表面通过第二下柔性铰链连接，第一内撑杆的上端向脚尖方向倾斜，使该第一内撑杆与水平面正方向之间有45 度夹角，并且该第一内撑杆的上端通过第二上柔性铰链与曲线脚背杆的下表面连接；第二内撑杆的下端与框架形脚跟的内表面通过第三下柔性铰链连接，第二内撑杆的上端向脚尖方向倾斜，使该第二内撑杆与水平面正方向之间有60 度夹角，并且该第二内撑杆的上端通过第三上柔性铰链与曲线脚背杆的下表面连接；第三内撑杆垂直于水平面，并且该第三内撑杆的下端与框架形脚跟的内表面通过第四下柔性铰链连接，第三内撑杆的上端与曲线脚背杆的下表面通过第四上柔性铰链连接；所述第二上柔性铰链、第三上柔性铰链、第四上柔性铰链与曲线脚背杆下表面连接点的位置分别位于该曲线脚背杆自末端至顶端总长度的3/40、1/8 和1/4处。[0010] 所述柔性直杆的上端通过第六上柔性铰链与曲线脚背杆连接，所述柔性直杆的下端通过第六下柔性铰链与曲线脚底杆的上表面连接；所述柔性直杆垂直于水平面；所述第六上柔性铰链与曲线脚背杆下表面连接点的位置位于该曲线脚背杆自末端至顶端总长度的3/8 处。[0011] 所述柔性斜杆的下端通过第七下柔性铰链与曲线脚底杆的上表面连接；所述柔性斜杆的上端向脚跟方向倾斜，使该柔性斜杆与水平面正方向之间有120 度夹角，并且该柔性斜杆的上端通过第七上柔性铰链与曲线脚背杆的下表面连接；所述第七上柔性铰链与曲线脚背杆下表面连接点的位置位于该曲线脚背杆自末端至顶端总长度的1/2 处。[0012] 所述脚尖柔性杆的一端通过第八柔性铰链与曲线脚背杆的下表面连接，所述脚尖柔性杆的另一端通过第九柔性铰链与曲线脚底杆的上表面连接；第八柔性铰链与曲线脚背杆下表面连接点的位置位于该曲线脚背杆自末端至顶端总长度的7/8 处。[0013] 所述曲线脚背杆的脚背面和脚尖面轮廓由两段不同曲率半径的弧形面组成；所述构成脚背面的弧形面的曲率半径是构成脚尖面的弧形面曲率半径的10 倍，并且构成脚背面的弧形面的长度是构成脚尖面的弧形面长度的5 倍；所述脚背面的曲率中心位于该曲线脚背杆上表面的上方，所述脚尖面的曲率中心位于该曲线脚背杆下表面的下方。[0014] 所述曲线脚底杆的脚底板和前脚掌分别由一段直线和一段弧线组成；所述脚底板的长度是前脚掌长度的1.25 倍；所述前脚掌的曲率中心位于曲线脚底杆上表面的上方，该前脚掌的曲率半径是曲线脚背杆脚背面曲率半径的1/3。[0015] 所述框架形脚跟的外轮廓呈槽型，并且构成该框架形脚跟的外轮廓分别在第二下柔性铰链、第三下柔性铰链、第四下柔性铰链和第六上柔性铰链连接点处产生弯折；所述框架形脚跟的外轮廓起点至第二下柔性铰链之间的框架形脚跟的外轮廓、所述第二下柔性铰链至第三下柔性铰链之间的框架形脚跟的外轮廓、所述第三下柔性铰链至第四下柔性铰链之间的框架形脚跟的外轮廓和所述第四下柔性铰链至第六上柔性铰链之间的框架形脚跟的外轮廓均为直线。[0016] 与现有技术相比，本发明具有以下明显的实质特点和显著优点：[0017] 本发明中的自适应变形脚接触地面后，脚部各柔性杆件和柔性铰链在地面反作用力的驱动下发生柔性变形并存储弹性能，从而实现仿袋鼠跳跃机器人在跳跃过程中脚部触地后产生轮廓自适应变形，呈脚尖弯曲状态。本发明结构独特，变形的响应速度快，既有足够的柔性实现仿袋鼠跳跃机器人着地阶段脚部轮廓的自适应变形，又有足够的刚性承受机器人自身的重力，更好的模仿了生物袋鼠的脚部特性，从而达到改善其跳跃性能的目的，如：减缓落地冲击，提高运动稳定性，实现能量的自动存储与释放，增加跳高度和跃远度等。附图说明[0018] 图1 为仿袋鼠跳跃机器人的自适应变形脚结构图。[0019] 图2 为柔性铰链的结构示意图。附图中：[0020][0021]具体实施方式[0022] 如图1 所示，本发明中的仿袋鼠跳跃机器人的自适应变形脚通过线切割整体成形。所述仿袋鼠跳跃机器人的自适应变形脚包括：曲线脚背杆1、曲线脚底杆2、框架形脚跟3、第一内撑杆4、第二内撑杆5、第三内撑杆6、柔性直杆7、柔性斜杆8 和脚尖柔性杆9 ；所述自适应变形脚的材料为5mm 厚的ABS 板，采用数控加工技术制成。[0023] 本实施例中，曲线脚背杆1 位于曲线脚底杆2 的正上方，并且所述曲线脚背杆1 的顶端和曲线脚底杆2 的顶端通过第十柔性铰链24 连接，形成了脚尖。曲线脚背杆1 的末端与框架形脚跟3 的一端通过第一柔性铰链10 连接；所述框架形脚跟3 的另一端的上表面与曲线脚背杆1 的下表面通过第五柔性铰链17 连接。[0024] 第一内撑杆4、第二内撑杆5、第三内撑杆6 均位于曲线脚背杆1 与框架形脚跟3 之间。其中：第一内撑杆4 的下端与框架形脚跟3 的内表面通过第二下柔性铰链12 连接，第一内撑杆4 的上端向脚尖方向倾斜，使该第一内撑杆4 与水平面正方向之间有45 度夹角，并且该第一内撑杆4 的上端通过第二上柔性铰链11 与曲线脚背杆1 的下表面连接；第二内撑杆5 的下端与框架形脚跟3 的内表面通过第三下柔性铰链14 连接，第二内撑杆5 的上端向脚尖方向倾斜，使该第二内撑杆5 与水平面正方向之间有60 度夹角，并且该第二内撑杆5 的上端通过第三上柔性铰链13 与曲线脚背杆1 的下表面连接；第三内撑杆6 垂直于水平面，并且该第三内撑杆6 的下端与框架形脚跟3 的内表面通过第四下柔性铰链16 连接，第三内撑杆6 的上端与曲线脚背杆1 的下表面通过第四上柔性铰链15 连接。[0025] 柔性直杆7 位于框架形脚跟3 通过第五柔性铰链17 与曲线脚背杆1 连接一端的顶端。所述柔性直杆7 的上端通过第六上柔性铰链18 与曲线脚背杆1 连接，所述柔性直杆7 的下端通过第六下柔性铰链19 与曲线脚底杆2 的上表面连接；所述柔性直杆7 垂直于水平面。[0026] 柔性斜杆8 位于脚尖与柔性直杆7 之间。所述柔性斜杆8 的下端通过第七下柔性铰链21 与曲线脚底杆2 的上表面连接。所述柔性斜杆8 的上端向脚跟方向倾斜，使该柔性斜杆8 与水平面正方向之间有120 度夹角，并且该柔性斜杆8 的上端通过第七上柔性铰链20 与曲线脚背杆1 的下表面连接。[0027] 脚尖柔性杆9 呈水平状态安装在脚尖处。所述脚尖柔性杆9 的一端通过第八柔性铰链22 与曲线脚背杆1 的下表面连接，所述脚尖柔性杆9 的另一端通过第九柔性铰链23与曲线脚底杆2 的上表面连接。[0028] 以上所述第二上柔性铰链11、第三上柔性铰链13、第四上柔性铰链15、第五柔性铰链17、第六上柔性铰链18、第七上柔性铰链20 和第八柔性铰链22，与曲线脚背杆1 下表面连接点的位置分别位于该曲线脚背杆1 自末端至顶端总长度的3/40、1/8、1/4、13/40、3/8、1/2、7/8 处。[0029] 所述曲线脚背杆1 的曲线轮廓由两段不同曲率半径的弧形面组成。所述两段不同曲率半径的弧形面分别构成了本实施例的脚背面和脚尖面，所述构成脚背面的弧形面的曲率半径是构成脚尖面的弧形面曲率半径的10 倍，并且构成脚背面的弧形面的长度是构成脚尖面的弧形面长度的5 倍。所述脚背面的曲率中心位于该曲线脚背杆1 上表面的上方，所述脚尖面的曲率中心位于该曲线脚背杆1 下表面的下方。[0030] 所述曲线脚底杆2 的轮廓由一段直线和一段弧线组成。所述的直线段构成了本实施例的脚底板，所述弧线段构成了本实施例的前脚掌；所述脚底板的长度是前脚掌长度的1.25 倍。所述前脚掌的曲率中心位于曲线脚底杆2 上表面的上方，该前脚掌的曲率半径是曲线脚背杆1 脚背面曲率半径的1/3。[0031] 所述框架形脚跟3 的外轮廓呈槽型，并且构成该框架形脚跟3 的外轮廓分别在第二下柔性铰链12、第三下柔性铰链14、第四下柔性铰链16 和第六上柔性铰链18 连接点处产生弯折。所述框架形脚跟3 的外轮廓起点至第二下柔性铰链12 之间的框架形脚跟3 的外轮廓、所述第二下柔性铰链12 至第三下柔性铰链14 之间的框架形脚跟3 的外轮廓、所述第三下柔性铰链14 至第四下柔性铰链16 之间的框架形脚跟3 的外轮廓和所述第四下柔性铰链16 至第六上柔性铰链18 之间的框架形脚跟3 的外轮廓均为直线。[0032] 所有杆件均为用ABS 板制成的柔性杆，在驱动过程中发生柔性变形，存储弹性能。所有柔性铰链均能存储弹性能。驱动过程是指仿袋鼠跳跃机器人着地后地面对脚底反作用力的作用过程。[0033] 如图2 所示。柔性铰链采用弹性材料制成，本实施例中，柔性铰链采用ABS 板制成。所述柔性铰链的结构同现有技术，是在长方体的两侧表面分别有一个同径的半圆形的变形槽，并且所述两个变形槽相对称。通过所述柔性铰链能够调整被连接件在二维方向的角度。所述的柔性铰链是在通过线切割整体成形本实施例时，随仿袋鼠跳跃机器人的自适应变形脚整体加工而成。[0034] 本实施例中，仿袋鼠跳跃机器人的自适应变形脚的轮廓触地自适应变形过程如下：[0035] 仿袋鼠跳跃机器人在跳跃过程中着地时脚尖先触地，脚底前端受到地面对其向上的反作用力，即此时曲线脚底杆2 的顶端处受到一个方向向上的作用力。曲线脚底杆2 在该作用力的作用下发生弯曲柔性变形，同时通过第六下柔性铰链19、第七下柔性铰链21、第九柔性铰链23 分别驱动柔性直杆7、柔性斜杆8、脚尖柔性杆9 逆时针转动并发生柔性变形，同时通过第十柔性铰链24 将向上的力传递到曲线脚背杆1 的顶端。[0036] 柔性直杆7 转动后通过第六上柔性铰链18 将向上的力传递到框架形脚跟3，从而驱动框架形脚跟3 逆时针转动并发生弯曲柔性变形。框架形脚跟3 转动后通过第二下柔性铰链12、第三下柔性铰链14、第四下柔性铰链16 分别驱动第一内撑杆4、第二内撑杆5、第三内撑杆6 逆时针转动并发生柔性变形。框架形脚跟3、第一内撑杆4、第二内撑杆5、第三内撑杆6 转动后分别通过第一柔性铰链10 与第五柔性铰链17、第二上柔性铰链11、第三上柔性铰链13、第四上柔性铰链15 使曲线脚背杆1 的末端沿逆时针方向弯曲。[0037] 柔性斜杆8 转动后通过第七上柔性铰链20 将向上的力传递到曲线脚背杆1 的中部，脚尖柔性杆9 转动后通过第八柔性铰链22 将向上的力传递到曲线脚背杆1 的顶端。曲线脚背杆1 的中部和顶端受到驱动力后沿逆时针方向弯曲变形，此时脚尖弯曲翘起。所有构件发生柔性变形后均可存储弹性能，所有柔性铰链在驱动过程中均能存储弹性能。从而该仿袋鼠跳跃机器人的自适应变形脚在触地后发生脚部轮廓自适应变形，呈脚尖弯曲状态，并存储弹性能。
发明人：葛文杰 马晓雪 李岩 赵炜王鹏 万然 张增权
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考虑脚趾的仿袋鼠跳跃机器人落地稳定性研究
摘 要：单足跳跃机器人运动稳定性研究是足类跑、跳机器人研究的理论基础和关键技术。为了揭示脚趾对于跳跃机器人落地稳定性的影响和机理，以袋鼠为仿生研究对象，考虑其脚部的结构及运动特点，建立了具有脚趾的五刚体仿袋鼠
【题　名】考虑脚趾的仿袋鼠跳跃机器人落地稳定性研究
【作　者】张辉 葛文杰 杨方
【机　构】西北工业大学机电学院 西安710072
【刊　名】《机械科学与技术》2009年 第6期 754-759页　共6页
【关键词】跳跃机器人 五刚体模型 脚趾 轨迹规划 稳定性
【文　摘】单足跳跃机器人运动稳定性研究是足类跑、跳机器人研究的理论基础和关键技术。为了揭示脚趾对于跳跃机器人落地稳定性的影响和机理，以袋鼠为仿生研究对象，考虑其脚部的结构及运动特点，建立了具有脚趾的五刚体仿袋鼠单足跳跃机构模型，并应用拉格朗日法，建立了其着地阶段的动力学方程；运用5次多项式和以袋鼠生物录像资料测取的数据为边界条件，建立了该机器人仿袋鼠跳跃的各关节转角空间的轨迹规划方法；应用零力矩点（ZMP）理论，导出了单足跳跃机器人落地稳定性的判据。在此基础上，以仿具有袋鼠参数的跳跃机器人为例，运用Matlab对机器人进行了动力学和落地稳定性仿真计算分析，给出了机器人在着地阶段的各关节转角、速度、加速度、关节驱动力矩和ZMP随时间的变化规律，验证了这一机构的可行性和轨迹规划和稳定性分析方法的有效性；并对比分析了有脚趾和无脚趾的两种情况的稳定性。结果表明：脚趾能够明显提高仿袋鼠机器人跳跃运动落地的稳定性。
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跳跃机器人,五刚体模型,脚趾,轨迹规划,稳定性
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