本發明涉及一種仿生機器人運動結構，尤其涉及一種零矢量噴氣式彈跳機器人運動結構及其使用方法。

背景技術：

現有仿生機器人的機械結構往往采用的是液壓結構為主，最為重要的問題是由于過于“仿生”導致運動頻率不高，且往往會有運動蓄力不足的問題。即需要大量的時間進行蓄力，方能完成一次動作。若能夠實現仿生機器人極短時間內蓄力，并且能夠工作在高頻激勵信號下，這樣所設計的仿生機器人運動結構不僅能大大提高仿生機器人的運動能力，并且能夠通過這種模型的優化提高整個結構的效率，而且兼具有重量較輕、便于控制、輸入能量較少等特點。

技術實現要素：

發明目的：為克服現有技術不足，本發明旨于提供一種將噴氣推進與彈跳相結合的零矢量噴氣式彈跳機器人運動結構及其使用方法。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種零矢量噴氣式彈跳機器人運動結構，包括儲能腔、噴口、振動膜、壓電片和支撐腿，所述儲能腔為無底盒體結構，振動膜作為儲能腔的底面與儲能腔組成密閉空腔結構，噴口設在儲能腔側壁，壓電片設在振動膜上，支撐腿為2個以上，均勻分布在振動膜邊緣；支撐腿為弧形結構，支撐腿外弧面相對設置。

工作原理：本發明零矢量噴氣式彈跳機器人運動結構，儲能腔作為整個運動結構的儲能空間，每周期內吸入的氣體在儲能腔內暫時儲存；等到噴出的半周期，儲能腔內的氣體通過噴口排出，使得整個結構在此時產生一個反向的推力；壓電片能夠為振動膜提供激勵信號，激勵信號主要是利用的壓電材料的逆壓電效應，控制振動膜進行壓縮或者擴張儲能腔體積；支撐腿一方面起到支撐結構的作用，一方面振動膜的形變也會傳遞至支撐腿，在儲能腔噴氣階段，支撐腿釋放在壓縮階段儲備的能量，實現跳起狀態。

所述振動膜為彈性材料振動膜，能夠對儲能腔實現體積的變化。

優選，所述噴口設在儲能腔背向前進方向的側壁，噴口為單一圓形孔、方形孔、條狀孔、一排圓形孔或一排方形孔。

所述噴口角度可以調節，能方便控制運動機構前進方向。

所述壓電片供電電壓為周期性交流電壓信號，能使壓電片發生周期性形變，進而使振動膜放大形變信號，進行上、下往復運動。

上述周期性交流電壓信號的激勵頻率可為高頻交流信號。

所述支撐腿弧度可以調節，能控制支撐腿彈力和控制運動機構彈跳方向。

上述零矢量噴氣式彈跳機器人運動結構的使用方法，包括以下步驟：

1)、壓電片通電，壓電片在周期性的交流電壓信號驅動下，發生周期性形變；

2)、壓電片所附著的振動膜放大形變信號，振動膜進行上、下往復運動；

3)、振動膜的上下運動使得儲能腔的體積發生周期性壓縮、擴張變化，振動膜的形變同時傳遞至支撐腿，對支撐腿產生壓力，支撐腿將壓力轉化為彈性勢能；

4)、儲能腔在壓縮、擴張的半周期內直接從噴口四周吸入氣體，在擴張、壓縮的半周期內沿著噴口的開口方向噴出氣體；

5)、由于噴出的氣體指向性較強，使得整個結構在此時產生一個反向的推力；

6)、支撐腿此時正好釋放儲存的彈性勢能，使得結構能夠微微彈起，反向的推力使得整個運動結構向前運動。

上述振動壓電片和驅動壓電片由于工作頻率較高，一周期內運動結構的微弱位移在宏觀上可以產生明顯的運動特征。

本發明未提及的技術均為現有技術。

有益效果：本發明零矢量噴氣式彈跳機器人運動結構及其使用方法，不需要外界氣源，相對于普通的仿生機器人采用的液壓式機械結構，所需能量較少，易于控制，且由于結構簡單，重量較輕，能效比更高。

附圖說明

圖1為本發明零矢量噴氣式彈跳機器人運動結構結構示意圖；

圖2為本發明零矢量噴氣式彈跳機器人運動結構工作原理示意圖；

圖中，1為儲能腔、2為振動膜、3為噴口、4為壓電片、5為支撐腿。

具體實施方式

為了更好地理解本發明，下面結合實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明的內容不僅僅局限于下面的實施例。

實施例1

如圖1-2所示，一種零矢量噴氣式彈跳機器人運動結構，包括儲能腔1、噴口3、振動膜2、壓電片4和支撐腿5，所述儲能腔1為無底盒體結構，振動膜2作為儲能腔1的底面與儲能腔1組成密閉空腔結構，噴口3設在儲能腔1側壁，壓電片4設在振動膜2上，支撐腿5為4個，均勻分布在振動膜2邊緣；支撐腿5為弧形結構，支撐腿5外弧面相對設置；振動膜2為彈性材料振動膜2；噴口3設在儲能腔1背向前進方向的側壁，噴口3的形狀為圓形孔；噴口3角度可以調節；壓電片4供電電壓為周期性交流電壓信號；支撐腿5弧度可以調節。

本發明零矢量噴氣式彈跳機器人運動結構，儲能腔1作為整個運動結構的儲能空間，每周期內吸入的氣體在儲能腔1內暫時儲存；等到噴出的半周期，儲能腔1內的氣體通過噴口3排出，使得整個結構在此時產生一個反向的推力；壓電片4能夠為振動膜2提供激勵信號，激勵信號主要是利用的壓電材料的逆壓電效應，控制振動膜2進行壓縮或者擴張儲能腔1體積；支撐腿5一方面起到支撐結構的作用，一方面振動膜2的形變也會傳遞至支撐腿5，在儲能腔1噴氣階段，支撐腿5釋放在壓縮階段儲備的能量，實現跳起狀態。整個結構的主要前進動力來源于儲能腔1內氣體的向后噴出。

本發明所噴出的氣體來源就是外界環境的氣體，而不需要額外引入氣源。

本發明激勵信號主要是利用的壓電材料的逆壓電效應。

本發明壓電材料所帶動振動膜2產生的形變，不僅促使儲能腔1體積的壓縮和擴張，也影響著支撐腿5形狀的改變，從而完成彈跳的動作。

本發明整個運動結構的工作過程是儲能腔1氣體的噴出與支撐腿5的彈跳動作共同作用的結果。

本發明運動結構所需激勵頻率可為高頻交流信號。

上述零矢量噴氣式彈跳機器人運動結構的使用方法，包括以下步驟：

1)、調整噴口3角度，壓電片4通電，壓電片4在周期性的交流電壓信號驅動下，發生周期性形變；

2)、壓電片4所附著的振動膜2放大形變信號，振動膜2進行上、下往復運動；

3)、振動膜2的上下運動使得儲能腔1的體積發生周期性壓縮、擴張變化，振動膜2的形變同時傳遞至支撐腿5，對支撐腿5產生壓力，支撐腿5將壓力轉化為彈性勢能；

4)、儲能腔1在壓縮、擴張的半周期內直接從噴口3四周吸入氣體，在擴張、壓縮的半周期內沿著噴口3的開口方向噴出氣體；

5)、由于噴出的氣體指向性較強，使得整個結構在此時產生一個反向的推力；

6)、支撐腿5此時正好釋放儲存的彈性勢能，使得結構能夠微微彈起，反向的推力使得整個運動結構向前運動。

本發明零矢量噴氣式彈跳機器人運動結構及其使用方法，不需要外界氣源，相對于普通的仿生機器人采用的液壓式機械結構，所需能量較少，易于控制，且由于結構簡單，重量較輕，能效比更高。

實施例2

與實施例1基本相同，所不同的是：噴口3的形狀為方形孔。

實施例3

與實施例1基本相同，所不同的是：噴口3的形狀為條狀孔。

實施例4

與實施例1基本相同，所不同的是：噴口3的形狀為一排圓形孔。

實施例5

與實施例1基本相同，所不同的是：噴口3的形狀為成排方形孔。

以上僅是本發明的優選實施方式，應當指出：對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對各設施位置進行調整，這些調整也應視為本發明的保護范圍。