一种仿蛙水空跨域连续跳跃机器人

本发明涉及机器人的，更具体地，涉及一种仿蛙水空跨域连续跳跃机器人。

背景技术：

1、仿生学的研究对象是自然界中的生物体，特别是它们的结构、功能、行为和适应性等方面。在生物学中，许多动物通过跳跃方式移动，这些动物拥有独特的肌肉结构、骨骼构造和神经控制机制，使它们能够以高效、敏捷的方式跳跃。通过对生物体的深入研究，仿生学试图模仿和复制这些优秀的设计和功能，以改善和创造新的人工系统。在自然界中，蛙科动物以其高效的跳跃能力而著称，青蛙通过后腿肌肉的收缩和伸展实现跳跃运动，其跳跃过程具有突然性和爆发性，具有很强的越障能力和环境适应性。仿蛙跳跃机器人旨在模仿这些生物学特性，以实现在水中以及陆地上高效、敏捷的跳跃运动，具有广阔的应用前景。

2、目前，大多数仿蛙跳跃机器人的驱动方式主要采用电机或气动肌肉直驱跳跃，这两种驱动方式导致了仿蛙机器人结构复杂且整机质量大，难以实现小型化设计，同时难以贴近青蛙的外形尺寸，难以实现连续的水中跃出动作。另外，目前，仿蛙跳跃机器人侧重于控制前肢的支撑角度，以控制跳跃的仰角，其适于在陆地上的跳跃，而不能发挥在水中跃出时的跳跃能力。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种仿蛙水空跨域连续跳跃机器人，可实现从水中跃出，灵活性高，应用范围广泛。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

3、提供一种仿蛙水空跨域连续跳跃机器人，包括顺序活动连接的头部组件、大腿杆件、小腿杆件以及脚蹼推水组件，所述大腿杆件、小腿杆件以及脚蹼推水组件均为两组，两组小腿杆件以及脚蹼推水组件的连接处设置有连接件，所述大腿杆件和小腿杆件之间通过第一转轴连接；两组所述第一转轴之间连接有储能组件，仿蛙水空跨域连续跳跃机器人还包括设于头部组件内的机架、安装于所述机架的第一驱动电机、连接于第一驱动电机和所述连接件之间的传动件、以及用于触发储能组件释放储能的触发组件、以及用于恢复触发组件至初始状态的复位组件，所述复位组件连接于所述触发组件与所述机架之间：所述第一驱动电机通过传动件带动连接件上升使得两组第一转轴之间的间距增大，所述储能组件不断伸长储能直至触发组件触发储能组件释放储能；储能组件释放储能时，驱动两组第一转轴之间的间距减小。

4、本发明的仿蛙水空跨域连续跳跃机器人，第一驱动电机通过传动件带动连接件上升使得两组第一转轴之间的间距增大，所述储能组件不断伸长储能，大腿杆件、小腿杆件两端部之间的间距减小；储能组件伸长至触发组件触发储能组件释放储能，两组第一转轴之间的间距减小，大腿杆件、小腿杆件两端部之间的间距增大，脚蹼推水组件向下推水，机器人跃出水面，完成水空跨域跳跃。本发明的仿蛙水空跨域连续跳跃机器人，可实现由水中向空中跨域跳跃的动作，灵活性高，应用范围广泛；通过触发组件和复位组件的设置，实现机器人循环多次连续跳跃，有效提升其环境适应性；控制电路板安装在头部组件内，机电一体化，提升了其自主性与可靠性。

5、进一步地，所述第一驱动电机的输出轴连接有截面直径自上而下逐渐减小的套筒，所述传动件为传动绳，所述传动绳的两端分别连接于套筒和所述连接件。第一驱动电机驱动套筒转动，使得传动绳缠绕于套筒外周，带动连接件向上移动，使得大腿杆件、小腿杆件两端部之间的间距减小，两组第一转轴之间的间距增大；由于套筒为截面直径自上而下逐渐减小的结构，在外力的作用下，缠绕在套筒外周的传动绳会从套筒外周脱落。

6、进一步地，所述触发组件包括固定于传动绳外周的触发件、位于机架底部的挡板以及一端转动连接于机架底部另一端可与挡板相抵接限位的摆杆，所述传动绳绕过所述摆杆另一端的外周，所述挡板受所述触发件挤压变形解除所述挡板对所述摆杆的限位。挡板受所述触发件挤压变形时，挡板对摆杆的限位解除，摆杆的另一端自由下落，摆杆整体围绕摆杆的一端与机架的连接点转动；同时，储能组件释放储能，大腿杆件、小腿杆件两端部之间的间距增大，拉动传动绳使得传动绳从套筒外周脱离，传动绳释放，完成一次跳跃过程。

7、进一步地，所述摆杆的一端设有两组第一圆部、另一端设有两组第二圆部，所述第一圆部和所述第二圆部光滑过渡，所述第一圆部的直径小于第二圆部的直径；两组第一圆部之间连接有与所述机架转动连接的第二转轴，两组第二圆部之间转动连接有第三转轴，所述传动绳绕过所述第三转轴的外周，所述挡板设有两组挡部，两组所述挡部分别与两组所述第二圆部抵接限位。第二圆部的重量大于第一圆部的重量，从而在限位解除时，第二圆部在重力作用下向下转动；挡部与第二圆部两处限位可以保证整体结构的稳定性。

8、进一步地，所述复位组件为复位拉簧，所述复位拉簧设于所述摆杆另一端与所述机架底部之间。当机器人完成一次跳跃后落入水中时，复位拉簧收缩将摆杆重新卡上挡板，为下一次跳跃动作做准备。

9、进一步地，所述触发件为截面直径自上而下先逐渐增大再逐渐减小的水滴型结构。水滴型结构的设置使得触发件对挡板的挤压力逐渐增加、挡板的变形逐渐发生，从而保证动作的顺畅和平稳。

10、进一步地，所述第一转轴沿轴线方向布置有多个固定槽，所述储能组件包括若干弹性储能环，所述弹性储能环套于两组第一转轴对应的两固定槽内。弹性储能环可具体为橡皮筋，在拉伸时储能，在收缩时释放储能。

11、进一步地，还包括用于调节水中跃出姿势的姿态调节组件，所述姿态调节组件安装于所述连接件。姿态调节组件调整机器人从水中跃出的姿态，提升机器人的自主性和稳定性，提高运动效率，帮助更好地克服水的阻力和浮力，减少水流的冲击和扰动。

12、进一步地，所述姿态调节组件包括第二驱动电机、曲柄、摇杆、滑块以及滑轨，所述第二驱动电机连接于所述控制电路板，所述第二驱动电机及滑轨固定于所述连接件，所述曲柄连接于第二驱动电机的输出轴，所述摇杆的一端与所述曲柄转动连接，所述滑块与所述摇杆的另一端转动连接，所述滑块与所述滑轨滑动连接。姿态调节组件为两组，通过两组姿态调节组件中滑块位置的调整进行重心的调节，结构简单，易于控制。

13、进一步地，所述大腿杆件的一端连接有第一齿轮，大腿杆件的另一端与所述小腿杆件的一端通过第一转轴活动连接，所述小腿杆件的另一端设有第二齿轮，所述脚蹼推水组件的一端连接有第三齿轮，所述第一齿轮转动连接于头部组件，所述第二齿轮、第三齿轮转动连接于所述连接件，两组所述第一齿轮啮合，两组所述第二齿轮啮合，两组所述第三齿轮啮合，且所述第二齿轮与第三齿轮啮合。第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮的设置，使得两组第一转轴之间的间距发生改变时即可带动小腿杆件、大腿杆件以及脚蹼推水组件的协同动作。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

15、本发明的仿蛙水空跨域连续跳跃机器人，在水中获得反作用力以提供跃机械能，较为完整的展现了蛙类从水中跃出扑食的腿部运动状态，应用场景丰富新颖，仿生特性显著；

16、本发明的仿蛙水空跨域连续跳跃机器人，结构精巧简单，整体体积小：头部组件呈流线型，在水中受到的阻力小，突破水面损失的能量少；通过传动绳传动带动四杆结构运动使得储能组件储能和释放储能，通过齿轮传动带动大腿杆件、小腿杆件和脚蹼推水组件的运动，传动方式简单，提升其传动效率与能量利用率；

17、本发明的仿蛙水空跨域连续跳跃机器人，通过触发组件和复位拉簧的设置，实现机器人循环多次连续跳跃，有效提升其环境适应性；

18、本发明的仿蛙水空跨域连续跳跃机器人，控制电路板、电池以及电机驱动模块等均安装在头部组件内，无线模块通信，实现机电一体化，提升了其自主性与可靠性；

19、本发明的仿蛙水空跨域连续跳跃机器人，采用第二驱动电机带动曲柄摇杆机构进行运动的方式进行重心的调节，使其调整在水中起跳时的姿态，提升了机器人的自主性以及稳定性，提高了运动效率，帮助更好的克服了水的阻力与浮力，减少水流的冲击与扰动。