[0001] 本发明涉及一种多模式跳跃机器人及其控制装置，属于机器人技术领域。

[0002] 从世界现有的生物来看，自然界中的生物为了满足自身生存以及适应环境的需要，进化出了多种运动模式，主要包括走、跑、爬行、跳跃以及滑翔等，单一的运动方式往往
难以适应复杂的生存环境，因此大多数的生物往往具有多种运动模式，例如滑翔‑跳跃，爬
行‑跳跃等。对于移动机器人也是同样如此，具有跳跃能力的机器人相对于轮式、履带式、足
式移动机器人有更强的越障能力，可以轻易的翻越数倍于自身的障碍。跳跃运动相对于滚
动、爬行也更加机动灵活,其爆发性也让机器人更容易躲避危险，在复杂未知的环境移动、
自保能力更好。

[0003] 跳跃机器人在实际应用中显示了巨大的潜力，特别是在低重力行星探测领域，较低的重力使得跳跃机器人能够达到更高的跳跃高度，较低能量消耗的爬行模式使得其能够
完成更远距离的探测任务。为了在更短的时间达到所需要的起飞速度，在起跳的瞬间就需
要驱动器输出瞬时高功率，而传统驱动器功率密度有限，这也就限制了依靠电机直驱的机
器人的跳跃性能。因此，目前依靠电机直接驱动的机器人的跳跃高度往往较为有限，对一些
尺寸大于或等于机器人本体尺寸的障碍与沟壑，机器人往往难以通过跳跃运动越过。且目
前电机功率与电机重量有一定的相关性，这也使得单纯提高电机的功率往往也导致机器人
本体重量提升，使得机器人跳跃能力的提升有限，在成本、重量及跳跃效果方面往往难以兼
得。

[0004] 公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域普通技术人员所公知的现有技术。

[0020] 下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

[0021] 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”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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。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。

[0022] 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，可以通过具体情况理解上述术语
在本发明中的具体含义。
实施例一

[0023] 参阅图1至图11，本实施例提供了一种多模式跳跃机器人，包括上支架1、下支架2、弹性件3和驱动组件4。上支架1和下支架2上分别固定有爬行电机，上轮36通过爬行电机的
输出轴固定于上支架1的外侧，下轮37通过爬行电机的输出轴固定于下支架2的外侧。多个
弹性件3环设在上支架1和下支架2之间，且多个弹性件3等间距设置。第一复位件5和第二复
位件6呈中心对称分布在上支架1和下支架2之间，能够保证机仓14处于持平状态，提高多模
式跳跃机器人自身的稳定性。第一复位件5、第二复位件6及弹性件3均采用高弹性的材料。
第一复位件5和第二复位件6的结构需要满足：当弯曲第一复位件5和第二复位件6时，弯曲
的最高点对应靠近第一复位件5和第二复位件6的上端头。这样目的在于，当第一复位件5和
第二复位件6弯曲到一定程度时，将横躺在地面的多模式跳跃机器人支撑为站立状态。

[0024] 如图3、图4和图10，驱动组件4包括蓄能电机13、机仓14、复位弹簧18、触发片16和离合臂17。蓄能电机13固定在机仓14内，机仓14固定在上支架1内侧，使得蓄能电机13的机
轴于上支架1和下支架2呈垂直状态。具体的，上支架1内侧设有支架座38，机仓14和支架座
38固定连接。机仓14的前端固定连接有触发片16，机仓14的后端和离合臂17的固定端转动
连接。复位弹簧18的一端固定在离合臂17转动端，另一端固定在机仓14上，复位弹簧18拉紧
离合臂17，使得离合臂17和触发片16的弹性端呈卡固状态。当触发片16的弹性端拉离离合
臂17，且对离合臂17实施向下的拉力时，离合臂17绕转动端顺时针向下转动，释放两拉力
后，复位弹簧18带动离合臂17复位与地面平行，并且与复位的触发片16的弹性端卡固。离合
臂17的转动端装设有转向杆32，转向杆32的两端通过轴承14固定在离合臂17上。

[0025] 传动绳7的上端头固定在蓄能电机13的机轴上，下端头先水平绕过离合臂17的转向杆32，再向下拉至与下支架2固定连接，且传动绳7为张紧状态。该转向杆32的设计能够使
得传动绳7的上端头至转向杆32距离的绳段为水平状态，方便后期蓄能电机13的机轴转动
过程中，讲传动绳7缠绕收卷。第一复位绳8的一端固定连接在第一复位件5的上腰部（弯曲
的最高点附近），另一端和触发片16的弹性端固定连接；第二复位绳9的一端固定连接在第
二复位件6的上腰部（弯曲的最高点附近），另一端和机仓14固定连接。

[0026] 爬行状态：驱动爬行电机带动上下轮37在地面滚动进行作业。

[0027] 跳跃状态：结合11工作原理示意图蓄能阶段，驱动蓄能电机13转动，传动绳7缠绕至机轴上，下端头拉到下支架2靠近
上支架1。此时，弹性件3受力弯曲，第一复位件5和第二复位件6也受力弯曲，且弯曲的最高
点将其多模式跳跃机器人支撑为较大角度的倾斜状态，并在多模式跳跃机器人自身重力作
用下，使得多模式跳跃机器人站立。

[0028] 释放能量阶段，多模式跳跃机器人站立后，驱动蓄能电机13继续转动至第一复位绳8拉动触发片16的弹性端与离合臂17分离后，弹性件3和第一复位件5及第二复位件6存储
的弹性瞬间得到释放，下支架2向下运动，整个多模式跳跃机器人被弹起越过障碍物，同时
瞬间向下拉动的弹力大于复位弹簧18的弹力，使得离合臂17向下转动开，缠绕的传动绳7从
蓄能电机13的机轴上拉离开来。弹性件3、第一复位件5和第二复位件6回复原形态后，跳跃
完毕，且复位弹簧18又将离合臂17拉至于触发片16的弹性端呈卡固状态。实施跳跃动作时，
反复进行（一）和（二）两步完成跳跃。

[0029] 可选的，如图9，第一复位件5和第二复位件6的结构相同，第一复位件5包括上部弹性段20、中部弹性段21和下部弹性段22。上部弹性段20的顶端连接于上支架1上，下部弹性
段22的尾端连接在下支架2上。中部弹性段21的两端分别固定在上部弹性端的尾端内侧处
和下部弹性段22的顶端内侧出，且上部弹性段20的长度小于下部弹性段22的长度。该设计
能够保证第一复位件5和第二复位件6在弹性弯曲过程中，弯曲的最高点靠近第一复位件5
和第二复位件6的顶端，便于第一复位件5和第二复位件6将多模式跳跃机器人支撑至较大
的倾斜状态，并结合多模式跳跃机器人自身的重力使得其竖直站立。一些实施例中，中部弹
性段21和上部弹性段20、下部弹性段22固定方式为高粘度的粘合剂粘合在一起。

[0030] 可选的，如图8，上部弹性段20的尾端外侧装设有固定环23，第一复位绳8通过该固定环23将第一复位件5栓固，第二复位绳9通过固定环23将第二复位件6栓固。固定环23可采
用尼龙材质，降低整体制造成本。

[0031] 可选的，结合图6、图7和图9，第一复位件5和第二复位件6的两端分别开设有第一铰接孔12，对应的在上支架1和下支架2上分别固定有第一铰接座10。销轴穿通第一铰接孔
12和第一铰接座10进行固定，使得第一复位件5和第二复位件6的两端分别与上支架1和下
支架2转动连接。该处使用铰接方式连接，能够缓解弹性变形时，第一复位件5和第二复位件
6的两端的应力集中造成损坏情况，提高本申请机器人整体的使用寿命。

[0032] 可选的，结合图6、图7和图8，弹性件3的两端也分别开设有第二铰接孔24，对应的上支架1和下支架2上分别装设有第二铰接座11。销轴穿通第二铰接孔24和第二铰接座11，
将弹性件3固定在上支架1和下支架2之间。该处设计与上述第一复位件5和第二复位件6的
第一铰接座10效果相同，不再做赘述。

[0033] 可选的，结合图4和图5，离合臂17包括左连接片27、右连接片28、横板29和转轴30。横板29连接于左连接片27和右连接片28的底部之间。转轴30穿通离合臂17的固定端与机仓
14转动连接。横板29的前端开设有卡槽31，转向杆32的一端通过一个轴承14固定在左连接
片27上，另一端通过另一个轴承14固定在右连接片28上，且位于卡槽31的上方。转向杆32能
够便于转向杆32转动，在蓄能电机13驱动机轴转动时，绕过转向杆32的传动绳7能够更省
力，减少电力消耗。

[0034] 复位弹簧18的一端套设在转向杆32上，另一端固定在机仓14上。传动绳7的上端头固定连接在蓄能电机13的机轴上，下端头绕过转向杆32并穿过卡槽31于下支架2固定连接。
传动绳7的上端头到转向杆32距离的绳段处于水平状态，便于机轴转动缠绕传动绳7。

[0035] 可选的，如图3所示，机仓14的后端向下延伸出有一个固定座19，转轴30通过传统该固定座19机离合臂17的固定端，使得离合臂17能够绕着固定座19转动连接。

[0036] 可选的，如图3所示，触发片16包括固定片25和弹性卡片26；固定片25下端向下延伸出有改弹性卡片26。弹性卡片26呈T字形结构，该T字形结构的弹性卡片26和离合臂17的
横板29上的卡槽31相互配合卡固。

[0037] 可选的，如图2，传动绳7的下端连接有连接绳33，该连接绳33和下支架2固定连接。传动绳7的下端头装设有连接环34；下支架2上设有多个连接孔35，且多个连接孔35呈中心
对称分布。连接绳33的一端和对应的连接孔35固定连接，另一端穿通连接环34后，与呈中心
对称分布的另一个连接孔35固定连接。该处设计可使得传动绳7拉动下支架2时，受力均匀，
保证每个弹性件3、第一复位件5和第二复位件6都能够得到相同的弹性压力，提高本申请机
器人的跳跃质量。
实施例二

[0038] 结合图12，本实施例提供了一种多模式跳跃机器人控制装置，该多模式跳跃机器人控制装置包括控制组件和上述任一所述的多模式跳跃机器人。控制组件装设在机仓上。
具体的，控制组件包括控制器、视觉模块、无线通讯模块、降压模块和电池。电池和降压模块
连接。控制器分别与和降压模块、无线通讯模块、视觉模块、爬行电机和蓄能电机电性连接。

[0039] 其中，视觉模块，用于采集工作环境状态信息，并将其采集工作环境状态信息转换为视觉信号发送于给控制器。

[0040] 无线通讯模块，用于将控制器所接收的视觉信号发送给上机位，也将上位机发送的爬行或跳跃控制信号发送到控制器。无线通讯模块为433MHzUART。

[0041] 降压模块，用于将电池的电压进行降压，转化为满足控制器用电负载电压。

[0042] 控制器，用于接收爬行或跳跃控制信号，并驱动爬行电机或者蓄能电机转动。控制器采用STM32C8T6微型控制器。

[0043] 工作过程中，视觉模块，用于采集工作环境状态信息，并将其采集工作环境状态信息转换为视觉信号发送于给控制器，并由无线通讯模块将视觉信号发给上机位。上机位判
断工作环境状态有误障碍物，当有障碍物时，将跳跃控制信号通过无线通讯模块再传达至
控制器，使得控制器驱动多模式跳跃机器人完成跳跃动作，从而跨越过障碍物。当无障碍物
时，将爬行控制信号通过无线通讯模块传达至控制器，使得控制器驱动多模式跳跃机器人
进行爬行运动。

[0044] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形
也应视为本发明的保护范围。