专利摘要

本发明公开了一种能量快速释放和回收的软体弹跳机器人及其方法，壳体内设置有主体，主体的一端设置有能量储存部，能量储存部用于将输入的机械能转化为弹性能储存以实现弹跳机器人的跳跃，能量储存部的另一端设置有足部，主体的另一端设置有控制重心部，控制重心部的重心与能量储存部的重心在竖直方向上重合，用于控制弹跳机器人向固定方向倾斜产生固定的起跳角度；能量储存部的外部设置有能量收集部和能量释放部，能量收集部用于控制主体与足部之间相向运动；能量释放部用于解除主体与足部之间的约束，释放能量储存部中储存的弹性能。本发明结构紧凑、控制简单、稳定可靠。

权利要求

1.一种能量快速释放和回收的软体弹跳机器人，其特征在于，包括壳体(4)，壳体(4)内设置有主体(5)，主体(5)的一端设置有能量储存部，能量储存部用于将输入的机械能转化为弹性能储存以实现弹跳机器人的跳跃，能量储存部的另一端设置有足部(10)，主体(5)的另一端设置有控制重心部，控制重心部的重心与能量储存部的重心在竖直方向上重合，用于控制弹跳机器人向固定方向倾斜产生固定的起跳角度；能量储存部的外部设置有能量收集部和能量释放部，能量收集部用于控制主体(5)与足部(10)之间相向运动；能量释放部用于解除主体(5)与足部(10)之间的约束，释放能量储存部中储存的弹性能；

能量储存部包括加载软驱动器(11)和储能元件(16)，加载软驱动器(11)设置在主体(5)的向下延伸段，足部(10)上对应主体(5)向下延伸段设置有向上延伸的管状结构，主体(5)的向下延伸段的下端设置在足部(10)的管状结构内，储能元件(16)套装在主体(5)的向下延伸段以及管状结构上，能量收集部包括内齿条(8)和外齿条(9)，内齿条(8)设置在储能元件(16)内，位于主体(5)向下延伸段与足部(10)管状结构的连接处，并与加载软驱动器(11)下端设置的内勾齿(12)配合连接；主体(5)上储能元件(16)的外侧套装有外齿条(9)，外齿条(9)上对应设置有外勾齿(6)，外勾齿(6)通过回弹件(15)与足部(10)连接。

2.根据权利要求1所述的能量快速释放和回收的软体弹跳机器人，其特征在于，能量释放部包括触发齿(7)，触发齿(7)的一端与控制重心部连接，另一端悬空，位于外勾齿(6)的上方，外勾齿(6)的两侧分别设置有阻尼器。

3.根据权利要求2所述的能量快速释放和回收的软体弹跳机器人，其特征在于，阻尼器包括相互连接的套筒(13)与活塞(14)，两套阻尼器的套筒(13)与活塞(14)之间通过外勾齿(6)连接。

4.根据权利要求3所述的能量快速释放和回收的软体弹跳机器人，其特征在于，套筒(13)上未与活塞(14)重叠的部分设置有用于空气流通的孔。

5.根据权利要求1所述的能量快速释放和回收的软体弹跳机器人，其特征在于，足部(10)的管状结构内对应内齿条(8)错位设置有下导槽(17)和上导槽(18)，内勾齿(12)能够绕加载软驱动器(11)的中轴线转动，通过下导槽(17)和上导槽(18)上设置的斜面与内齿条(8)分离。

6.根据权利要求1所述的能量快速释放和回收的软体弹跳机器人，其特征在于，控制重心部设置在主体(5)上，包括控制重心软驱动器(3)，控制重心软驱动器(3)的一端连接固定块(1)，另一端连接配重块(2)。

7.根据权利要求1所述的能量快速释放和回收的软体弹跳机器人，其特征在于，壳体(4)为半球形结构，采用软材料制成，主体(5)的轴线与壳体(4)的轴线重合。

8.一种能量快速释放和回收的软体弹跳机器人的工作方法，其特征在于，能量快速释放和回收的软体弹跳机器人包括壳体(4)，壳体(4)内设置有主体(5)，主体(5)的一端通过能量储存部与足部(10)连接，另一端设置有控制重心部，控制重心部的重心与能量储存部的重心在竖直方向上重合，用于控制弹跳机器人向固定方向倾斜产生固定的起跳角度；

控制重心部包括控制重心软驱动器(3)，控制重心软驱动器(3)的一端连接固定块(1)，另一端连接配重块(2)；

能量储存部包括加载软驱动器(11)和储能元件(16)，加载软驱动器(11)设置在主体(5)的向下延伸段，足部(10)上对应主体(5)向下延伸段设置有向上延伸的管状结构，主体(5)向下延伸段的下端设置在足部(10)的管状结构内，储能元件(16)套装在主体(5)的向下延伸段以及管状结构上；

能量储存部的外部设置有能量收集部和能量释放部；能量收集部包括内齿条(8)和外齿条(9)，内齿条(8)设置在储能元件(16)内，位于主体(5)向下延伸段与足部(10)管状结构的连接处，并与加载软驱动器(11)下端设置的内勾齿(12)配合连接；主体(5)上储能元件(16)的外侧套装有外齿条(9)，外齿条(9)上对应设置有外勾齿(6)，外勾齿(6)通过回弹件(15)与足部(10)连接；

能量释放部包括触发齿(7)，触发齿(7)的一端与控制重心部连接，另一端悬空，位于外勾齿(6)的上方，外勾齿(6)的两侧分别设置有阻尼器，阻尼器包括相互连接的套筒(13)与活塞(14)；

能量快速释放和回收的软体弹跳机器人的每个工作周期包括加载、触发弹跳和重新加载；

加载阶段，给加载软驱动器(11)的一端加零伏与工作电压伏值交替的持续电压信号，加载软驱动器(11)的另一端随电压信号在竖直方向上反复振动；带动内勾齿(12)上下反复运动；当所加电压从零伏变为工作电压时，内勾齿(12)向下运动一个工作行程；当所加电压从工作电压变为零伏时，内勾齿(12)向上运动一个工作行程；加载软驱动器(11)在伸长过程中带动内勾齿(12)勾中内齿条(8)的下一级；加载软驱动器(11)缩回时，带动足部(10)整体向主体(5)运动，同时压缩储能元件(16)，外勾齿(6)勾中下一级，完成一级的加载；之后重复直至完成每一级的加载；当加载完成后，内勾齿(12)自动脱离，能量释放部使外勾齿(6)脱离外齿条(9)释放储能元件(16)内储存的弹性能；

触发弹跳阶段，触发齿(7)随主体(5)向下运动，在内勾齿(12)脱离的情况下，将外勾齿(6)顶开并脱离外齿条(9)，解除对主体(5)与足部(10)之间的约束，释放储能元件(16)中储存的弹性能；在外勾齿(6)被顶开后，回弹件(15)的弹力带动外勾齿(6)恢复初始位置；在外勾齿(6)的回弹过程中，带动套筒(13)与活塞(14)发生相对运动；能量快速释放和回收的软体弹跳机器人在起跳反弹后进行下一次加载，并在下一次落地前加载完毕以实现连续跳跃；

在连续跳跃过程中，给控制重心软驱动器(3)加工作电压，改变弹跳机器人整体的重心，实现向前跳跃，在弹跳机器人落地前的瞬间调整重心。

说明书

技术领域

本发明属于弹跳机器人技术领域，具体涉及一种能量快速释放和回收的软体弹跳机器人及其方法。

背景技术

传统硬机器人经过长期发展，其技术已逐渐成熟，目前存在的地面移动机器人主要以轮履式机器人、步行式机器人和爬行式机器人为主。对于大多数的传统机器人，其过多限制的自由度使其很难在狭小空间中实现三维运动，且传统的机器人通常过于笨重，能量效率较低，需要复杂的控制系统。并且，对于上述三种地面移动机器人，其越障能力始终有限，在复杂环境下工作时，往往无法跨越大于自身尺寸的障碍物，应用价值有限。

启发于生物柔软的构造及其高效的运动模式，软机器人作为与传统机器人的互补，具有着许多传统硬机器人无法实现的优点，尤其表现在存在人机交互的应用场景中。现有的软机器人主要由质地柔软、可以产生大变形的弹性材料构成，例如硅橡胶和PDMS，其中一部分由于现有技术的限制，包含刚性的核心及控制系统，大多数则完全由柔软的软驱动器驱动和控制。现有的研究主要围绕模仿昆虫和动物的运动模式，利用软机器人体积较小、表面柔软、自由度大等特性，以实现传统机器人无法完成的特定任务。

在软体机器人发展的过程中，其中重要一环便是软驱动器的发展，软驱动器绝大程度上决定了一个软机器人的外形、性能及应用场景。现有技术较为成熟的软体机器人的驱动方式主要有：化学反应致动、电磁致动、形状记忆合金(SMA)致动、气室结构下气压驱动等。化学反应致动的机器人具有很高的能量密度，但由于气缸等设施的存在，其通常较为笨重，很难实现稳定的控制，无法实现高性能且连续的跳跃；其余的致动方式，虽均能使软体机器人实现弹跳，但任存在一些问题，无法使软体机器人实现高性能的跳跃。首先，其所具有的能量密度较低，且无法实现能量的快速释放，在起跳过程中实现弹跳的能量利用效率太低，导致软体机器人无法实现相对于自身尺寸较高的跳跃；其次，这些软驱动方式没有能量俘获装置，无法储存能量，且无法实现连续的跳跃，运动时能量消耗较大，限制了其弹跳性能。但是，软体驱动器质地柔软、不易破坏、性能稳定、与软体机器人契合等特质，还是使其成为了近几年研究者们的研究热点，任具有着很大的发展空间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种能量快速释放和回收的软体弹跳机器人及其方法，可以快速释放储存的能量，以实现大于自身尺寸数倍的弹跳高度；并且可以在实现连续地跳跃，反复利用重力势能，能量利用率高，同时保持其稳定性；进一步地，可以在连续运动的过程中动态地控制其前进速度。

本发明采用以下技术方案：

一种能量快速释放和回收的软体弹跳机器人，包括壳体，壳体内设置有主体，主体的一端设置有能量储存部，能量储存部用于将输入的机械能转化为弹性能储存以实现弹跳机器人的跳跃，能量储存部的另一端设置有足部，主体的另一端设置有控制重心部，控制重心部的重心与能量储存部的重心在竖直方向上重合，用于控制弹跳机器人向固定方向倾斜产生固定的起跳角度；能量储存部的外部设置有能量收集部和能量释放部，能量收集部用于控制主体与足部之间相向运动；能量释放部用于解除主体与足部之间的约束，释放能量储存部中储存的弹性能。

具体的，能量储存部包括加载软驱动器和储能元件，加载软驱动器设置在主体的向下延伸段，足部上对应主体向下延伸段设置有向上延伸的管状结构，主体的向下延伸段的下端设置在足部的管状结构内，储能元件套装在主体的向下延伸段以及管状结构上。

进一步的，能量收集部包括内齿条和外齿条，内齿条设置在储能元件内，位于主体向下延伸段与足部管状结构的连接处，并与加载软驱动器下端设置的内勾齿配合连接；主体上储能元件的外侧套装有外齿条，外齿条上对应设置有外勾齿，外勾齿通过回弹件与足部连接。

更进一步的，能量释放部包括触发齿，触发齿的一端与控制重心部连接，另一端悬空，位于外勾齿的上方，外勾齿的两侧分别设置有阻尼器。

更进一步的，阻尼器包括相互连接的套筒与活塞，两套阻尼器的套筒与活塞之间通过外勾齿连接。

更进一步的，套筒上未与活塞重叠的部分设置有用于空气流通的孔。

进一步的，足部的管状结构内对应内齿条错位设置有下导槽和上导槽，内勾齿能够绕加载软驱动器的中轴线转动，通过下导槽和上导槽上设置的斜面与内齿条分离。

具体的，控制重心部设置在主体上，包括控制重心软驱动器，控制重心软驱动器的一端连接固定块，另一端连接配重块。

具体的，壳体为半球形结构，采用软材料制成，主体的轴线与壳体的轴线重合。

本发明的另一个技术方案是，一种能量快速释放和回收的软体弹跳机器人的工作方法，能量快速释放和回收的软体弹跳机器人包括壳体，壳体内设置有主体，主体的一端通过能量储存部与足部连接，另一端设置有控制重心部，控制重心部的重心与能量储存部的重心在竖直方向上重合，用于控制弹跳机器人向固定方向倾斜产生固定的起跳角度；

控制重心部包括控制重心软驱动器，控制重心软驱动器的一端连接固定块，另一端连接配重块；

能量储存部包括加载软驱动器和储能元件，加载软驱动器设置在主体的向下延伸段，足部上对应主体向下延伸段设置有向上延伸的管状结构，主体向下延伸段的下端设置在足部的管状结构内，储能元件套装在主体的向下延伸段以及管状结构上；

能量储存部的外部设置有能量收集部和能量释放部；能量收集部包括内齿条和外齿条，内齿条设置在储能元件内，位于主体向下延伸段与足部管状结构的连接处，并与加载软驱动器下端设置的内勾齿配合连接；主体上储能元件的外侧套装有外齿条，外齿条上对应设置有外勾齿，外勾齿通过回弹件与足部连接；

能量释放部包括触发齿，触发齿的一端与控制重心部连接，另一端悬空，位于外勾齿的上方，外勾齿的两侧分别设置有阻尼器，阻尼器包括相互连接的套筒与活塞；

能量快速释放和回收的软体弹跳机器人的每个工作周期包括加载、触发弹跳和重新加载；

加载阶段，给加载软驱动器的一端加零伏与工作电压伏值交替的持续电压信号，加载软驱动器的另一端随电压信号在竖直方向上反复振动；带动内勾齿上下反复运动；当所加电压从零伏变为工作电压时，内勾齿向下运动一个工作行程；当所加电压从工作电压变为零伏时，内勾齿向上运动一个工作行程；加载软驱动器在伸长过程中带动内勾齿勾中内齿条的下一级；加载软驱动器缩回时，带动足部整体向主体运动，同时压缩储能元件，外勾齿勾中下一级，完成一级的加载；之后重复直至完成每一级的加载；当加载完成后，内勾齿自动脱离，能量释放部使外勾齿脱离外齿条释放储能元件内储存的弹性能；

触发弹跳阶段，触发齿随主体向下运动，在内勾齿脱离的情况下，将外勾齿顶开并脱离外齿条，解除对主体与足部之间的约束，释放储能元件中储存的弹性能；在外勾齿被顶开后，回弹件的弹力带动外勾齿恢复初始位置；在外勾齿的回弹过程中，带动套筒与活塞发生相对运动；能量快速释放和回收的软体弹跳机器人在起跳反弹后进行下一次加载，并在下一次落地前加载完毕以实现连续跳跃；

在连续跳跃过程中，给控制重心软驱动器加工作电压，改变弹跳机器人整体的重心，实现向前跳跃，在弹跳机器人落地前的瞬间调整重心。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种能量快速释放和回收的软体弹跳机器人，引入了许多被动触发的控制，很大程度上降低了控制成本，使该弹跳机器人更易于实现。并且，该弹跳机器人可以通过主动控制起跳角度，从而控制该弹跳机器人在连续跳跃中的弹跳高度与前进速度，通过引入硬质框架与储能元件，避免了软驱动存在的能量密度不足、无法直接驱动高性能弹跳的问题；通过对能量输入及输出速率的控制，使机器人实现达到高于自身尺寸几倍的弹跳高度的弹跳运动。

进一步的，能量储存部的设置使机器人系统内可储存足够的能量用于弹跳。同时，能量储存部可以最大化地储存机器人在运动过程中的机械能，回收能量并再次释放，这样的系统可以很好的利用重力势能，大幅提升的能量的利用率；例如，机器人在受落地冲击时，能量储存部可代替外壳储存绝大多数能量，将落地冲击时机器人所受的机械能转化为弹性能，这部分能量会在下一次起跳时再次释放转化为供机器人弹跳的机械能。

进一步的，能量收集部的设置使软驱动器可以逐步的将能量输入到系统内，并由能量储存部暂时保存。由于现阶段的技术限制，软驱动器的行程与驱动力无法同时达到较高的水平，导致其输入能量密度较低；为了使其更好的运用于机器人系统，加入了能量收集部，使其可以多次逐次输入能量，避免软驱动器能量密度的问题，同时提高机器人的弹跳性能。

进一步的，独立设置能量释放部，并且利用落地冲击触发弹跳，落地时刻即为机器人起跳、释放能量的时刻，这样可以保证能量的最大化利用，而无需考虑能量释放时机的控制，避免了机器人因控制误差而使能量在空中释放的问题，保证储能元件中储存的弹性能全部转化为用于机器人弹跳的机械能。

进一步的，套筒上未与活塞重叠的部分钻有小孔，可供空气流通，阻尼器通过限制气流出入的速度，减缓外勾齿在大幅位移时回弹的速度，保证储能元件可以顺利释放。

进一步的，上导槽和下导槽的设置实现了内勾齿在加载完成后的自动脱离以及重新加载时的自动复位，这样的设计无需增加额外的控制，使机器人实现了每次加载周期的连续进行，达到持续运动的目的。

进一步的，控制重心部可在机器人运动的过程中调整机器人的姿态，使机器人达到向前跳跃的目的，同时，动态的调整控制重心驱动器的状态，即可在机器人运动过程中动态地调整机器人的运动状态，使机器人实现更为复杂的运动。

进一步的，外壳由质地柔软的软材料构成，能有效地保护内部的构件，具有可靠性，应用场景更为广泛，并且，软材料构成的驱动器相较于传统电机驱动或者气压驱动，其性能更加稳定，不易收到破坏。

一种能量快速释放和回收的软体弹跳机器人的工作方法，具备连续跳跃的能力，并且在弹跳过程中可以反复利用重力势能，大幅提升了该弹跳机器人的运动能力，在落地前便可以自动恢复至稳定状态，实现不间断的连续跳跃。

综上所述，本发明利用能够实现能量快速释放及回收的结构，结合软驱动器与软材料，设计出了一种结构紧凑、控制简单、稳定可靠、弹跳性能不输于传统硬质机器人的弹跳软机器人，该机器人能实现高性能的连续跳跃，进一步实现更为复杂的运动，且受软材质保护不易破坏，性能稳定可靠，是一种理想的探测机器人。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的立体示意图；

图2为本发明的主视示意图；

图3为本发明主视剖面示意图；

图4为本发明中心局部立体示意图。

其中：1.固定块；2.配重块；3.控制重心软驱动器；4.壳体；5.主体；6.外勾齿；7.触发齿；8.内齿条；9.外齿条；10.足部；11.加载软驱动器；12.内勾齿；13.套筒；14.活塞；15.回弹件；16.储能元件；17.下导槽；18.上导槽。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

请参阅图1和图2，本发明一种能量快速释放和回收的软体弹跳机器人，包括壳体4、主体5、足部10、能量储存部、控制重心部、能量收集部和能量释放部，能量储存部、控制重心部、能量收集部和能量释放部均设置在壳体4内。

主体5固定于壳体4内部，主体5与足部10分别固定于能量储存部的两端，能量储存部用于将输入的机械能转化为弹性能储存，并通过快速释放实现弹跳机器人的跳跃；控制重心部的重心与能量储存部的重心在竖直方向上重合，控制重心部用于控制弹跳机器人向固定方向倾斜产生固定的起跳角度，实现更为复杂的运动模式；能量收集部用于控制主体5与足部10之间相向运动；能量释放部用于解除主体5与足部10之间的约束，释放能量储存部中储存的弹性能。

请参阅图1，壳体4采用硅橡胶材料，呈半球形结构，以起到保护内部结构不受落地冲击影响的作用，内表面具有用于固定主体5的延伸部分，采用软材料制作壳体4是为了通过其变形吸收绝大多数落地时的能量；同时保证壳体的半径大于弹跳机器人整体的重心高度，以保证弹跳机器人整体的重心低于形心，利用类似“不倒翁”的原理，使机器人在落地后不需借助其他辅助机构并自动恢复到稳定位置，从而实现连续向前跳跃。

请参阅图2和图3，能量储存部包括主体5、足部10、加载软驱动器11和储能元件16。

主体5固定于壳体4内部，其轴线与半球形壳体4轴线重合；加载软驱动器11固定于主体4下方中心，产生足够的输出力，主体4与足部10分别固定于储能元件16两端，加载软驱动器11使主体5与足部10产生相对运动，同时压缩储能元件16，将加载软驱动器11输入的机械能转化为弹性能储存起来，并通过快速释放实现弹跳机器人的跳跃。

加载软驱动器11采用堆叠式DEA(介电高弹体驱动器)，这种软驱动器的优点在于其输出力与堆叠的介电高弹体层数成正比，可以产生足够的驱动力，且该软驱动器整体柔软，在机器人受到冲击时不易被破坏。

储能元件16采用螺旋式压簧，因其具有着较好的稳定性，且能储存较多的弹性能。

请参阅图1，控制重心部包括固定块1、配重块2和控制重心软驱动器3。

固定块1固定于主体5，与控制重心软驱动器3的一端相连，配重块2与控制重心软驱动器3的另一端相连。

控制重心部的重心与能量储存部的重心在竖直方向上重合，配重块2用于平衡固定块1的重量；

当控制重心软驱动器3未触发时，储能元件16处于竖直状态，弹跳机器人向正上方起跳；当控制重心软驱动器3加载时，推动配重块2向特定方向移动，此时控制重心部制的重心便发生偏移，导致弹跳机器人整体的重心产生偏移，向固定方向倾斜，产生固定的起跳角度，从而使弹跳机器人向前跳跃。同时，通过控制控制重心软驱动器3的加载状态，从而动态地控制弹跳机器人的起跳角度，实现更为复杂的运动模式。

控制重心软驱动器3采用卷式DEA(介电高弹体驱动器)，这种软驱动器的优点在于能够产生较大的行程，且性能稳定。

请参阅图2，能量收集部包括内勾齿12、内齿条8、外勾齿6、外齿条9、回弹件15、下导槽17和上导槽18。

内勾齿12固定于加载软驱动器11正下方，随加载软驱动器11一同运动，且内勾齿12存在一定的弹性；内齿条8固定于足部10向上延伸出的圆柱状薄壁上，为保证结构稳定，内齿条8设置为对称的两块，位于内勾齿12两边，并在加载过程中始终与内勾齿12接触；外勾齿6固定于回弹件15上，同样为了保证结构稳定，外勾齿6设置为对称的两块，回弹件15的弹性使得外勾齿6始终与外齿条9啮合；回弹件15的另一端固定于足部10；

外齿条9直接从主体5上延伸出，在加载过程中始终与外勾齿6接触。

由于内齿条8、外齿条9与勾齿等的存在，在加载过程中控制主体5与足部10之间只能相向运动。

加载软驱动器11共有两个动作：伸长与缩回，并且可以使内勾齿12在加载方向上短辐地振动；加载软驱动器11在伸长的过程中带动内勾齿12勾中内齿条8的下一级，并且由于外齿条9与外勾齿6的存在，不会导致主体5与足部10之间的相对运动；最后，加载软驱动器11缩回，带动足部10整体向主体5运动，同时压缩储能元件16，外勾齿6勾中下一级，完成一周期的加载；当加载完成后，内勾齿12自动脱离，能量释放部只需使外勾齿6脱离即可释放储能元件16内储存的弹性能。

请参阅图4，下导槽17和上导槽18均固定于足部10向上延伸出的圆柱状薄壁上，与内齿条8错开固定的角度安装。

内勾齿12通过下导槽17和上导槽18脱离内齿条8；其主要原理为：

内勾齿12可绕加载软驱动器11的中轴线转动，下导槽17和上导槽18具有一斜面，使内勾齿12在垂直方向运动的同时转动一角度，避开内齿条8；

当内勾齿12加载到内齿条8的最后一级时，再向下运动一次，内勾齿12就随下导槽17转动避开内齿条8；触发后内勾齿12随主体5向上，接近第一级齿后随上导槽18转动，随即转回卡住第一级齿，这样的设计可以一定程度上避免弹跳机器人在空中时主体与足部之间的振动。

回弹件15采用弹性钢片，因其具有较大的刚度，能够产生足够的回弹力，且易于通过改变其厚度以调整刚度。

能量释放部包括触发齿7和阻尼器，触发齿7从固定块1上向下延伸而出，与固定块1一同固定在主体5上。触发齿7的另一端悬空，位于外勾齿的上方。

触发弹跳机器人的工作机理为：

当弹跳机器人受落地冲击时，触发齿7随主体5进一步向下运动，在内勾齿12脱离的情况下，将外勾齿6顶开，从而解除对主体5与足部10之间的约束，释放储能元件16中储存的弹性能。这是一种被动出发的方式，可以大幅地降低控制成本。

为了防止触发齿7在顶开外勾齿6后，外勾齿6回弹太快，过早限制储能单元16的弹性能释放，因此在外勾齿6的两侧固结两个阻尼器。

请参阅图3，阻尼器包括套筒13与活塞14，套筒13与活塞14对称地从同一外勾齿6上延申出，并与另一外勾齿6上延申出的套筒13与活塞14共同构成两套阻尼器，套筒13上未与活塞14重叠的部分钻有小孔，可供空气流通，阻尼器通过限制气流出入的速度，减缓外勾齿6在大幅位移时回弹的速度，保证储能元件可以顺利释放。

关于本发明中提供的能够实现能量快速释放和回收的软体弹跳机器人，可将机器人独立运作所需的控制组件与电源安装在弹跳机器人之中，从而使弹跳机器人具备机器人的所有特性，实现独立运作；机器人可通过无线控制，执行特定的任务，例如侦察、探测等。

可将控制组件与电源安装在弹跳机器人中的主体5上方平面处，同时附加额外的配重块，以保证机器人整体的重心始终在主体5与足部10的轴线在水平面上的投影处。

本发明整体均采用密度较低的材料制作，相对于使用电机与机械结构的传统机器人，整体更为轻盈；并且无需复杂的结构，整体结构更为紧凑，具有较小的体积，能在更为复杂的工作环境下工作，且容易携带。

本发明所设计的硬质材料部件，绝大多数可由3d打印制成，材料可选取密度仅为传统铁质材料的六分之一的ABS树脂或光敏树脂；壳体4采用柔软质地的硅胶或者PDMS材料制成，密度与树脂材料近似，且能起到保护内部材料免受落地冲击伤害的作用。机器人整体质量在几十克范围内，较轻的质量同样会使机器人具有更高的弹跳性能。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的能够实现能量快速释放和回收的软体弹跳机器人既可以从地面起跳开始工作，也可以从某一高度释放，使其自由下落开始工作。弹跳机器人在连续跳跃的过程中，从静止或者从上一次起跳至最高点开始，至下一次起跳至最高点结束，记为该弹跳机器人的一个工作周期；在每一个工作周期内，弹跳机器人需经历加载、触发弹跳、重新加载等阶段。

在加载阶段，给位于弹跳机器人中央位置的加载软驱动器11加零伏与工作电压伏值交替的持续电压信号，由于该加载软驱动器11的一端固定在弹跳机器人主体5上，其另一端便会随电压信号在竖直方向上反复振动；内勾齿12固定在加载软驱动器11的另一端，当驱动器开始工作后，内勾齿12便开始在上下反复运动。加载软驱动器11共有两个动作：伸长与缩回；当所加电压从零伏变为工作电压时，内勾齿12向下运动一个工作行程；当所加电压从工作电压变为零伏时，内勾齿12向上运动一个工作行程。

弹跳机器人的加载过程大致为：加载软驱动器11在伸长的过程中带动内勾齿12勾中内齿条8的下一级，并且由于外齿条9与外勾齿6的存在，不会导致主体5与足部10之间的相对运动；加载软驱动器11缩回时，带动足部10整体向主体5运动，同时压缩储能元件16，外勾齿6勾中下一级，完成一级的加载；之后重复该过程，直至完成每一级的加载；当加载完成后，内勾齿12自动脱离，能量释放部只需使外勾齿6脱离外齿条9即可释放储能元件16内储存的弹性能。

在触发弹跳阶段，由于本发明提供的弹跳机器人采用被动触发的方式，触发弹跳的时刻也即为弹跳机器人落地反弹的时刻。弹跳机器人的出发弹跳过程大致为：当弹跳机器人受落地冲击时，触发齿7随主体5进一步向下运动，在内勾齿12脱离的情况下，将外勾齿6顶开，使其脱离外齿条9，从而解除对主体5与足部10之间的约束，释放储能元件16中储存的弹性能；在外勾齿6被顶开后，由于其固定在回弹件15的一端，回弹件的弹力带动外勾齿6恢复到其初始位置。在外勾齿6回弹的过程中，带动套筒13与活塞14发生相对运动，由于气孔较小的原因，限制了二者发生相对运动时的速度；当外勾齿6回弹过快时，或者说当套筒13与活塞14相对运动的加速度过高时，套筒13与活塞14并不会以较高的速度相互靠拢，从而起到了阻尼的作用，减缓外勾齿6的回弹过程；套筒13与活塞14共同构成了一个简易的阻尼器，避免了外勾齿6回弹过快，导致在储能元件16还未完全释放时，外勾齿6变重新与外齿条9啮合的问题。

弹跳机器人在起跳反弹后便可以进行下一次加载，只要在下一次落地前加载完毕，便可以使该弹跳机器人实现连续的跳跃。

在弹跳机器人或弹跳机器人连续跳跃的过程中，给位于主体5上方的控制重心软驱动器3加工作电压，即可改变弹跳机器人整体的重心，从而使其向前跳跃。同时，仅在弹跳机器人落地前的瞬间调整重心，以保证弹跳机器人在空中运动时不会产生不必要的角速度。因为该弹跳机器人做跳跃运动，其与地面接触的时间极短，因此摩擦不会耗散太多的能量，弹跳机器人向前运动时的前进速度变化十分缓慢；该弹跳机器人通过调整重心，改变起跳角度来控制其前进速度，无需在弹跳机器人的整个运动过程中持续控制，而是只需在该弹跳机器人需要改变其速度时给控制重心软驱动器3加工作电压。

相较于传统机器人使用较多的轮履式运动与步态运动，弹跳作为一种高效快速的运动方式的同时，还具备着其他优势。

首先，弹跳运动可以越过大于自身尺寸数倍的障碍。而对于传统轮式运动的机器人，其中越障能力最好的火星车也不能越过超过其车轮直径的1.5倍的障碍。

第二，与轮式运动和步态运动相比，弹跳运动具有最高的运动效能与能量效率。

第三，如果机器人携带传感器，弹跳运动可将传感器携带到较高的高度，可以大幅提升传感器无线传输的效率；如果传感器高度在1m以上，传播能力为地面的6倍。

综上所述，本发明一种能量快速释放和回收的软体弹跳机器人，具有高弹跳性能，且质地柔软、不易受落地冲击损坏，具有广泛的应用价值，是一种理想可靠的探测机器人。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

一种能量快速释放和回收的软体弹跳机器人及其方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。