一种仿生袋鼠机器人.pdf

本发明公开了一种仿生袋鼠机器人，包括机身、动力传输装置、两腿部机构、尾部平衡机构及控制系统。动力传输装置通过控制离合器开合实现动力传送或切断，离合器接合时动力经减速齿轮组带动髋关节轴及大腿逆时针转动，腿部机构收缩蓄能；通过电位器检测蓄能程度，达到要求时离合器分离，切断减速齿轮组传动至髋关节轴的力，腿部机构迅速伸展，实现跳跃。尾部平衡机构独立于动力传输装置，利用电机带动尾巴上下摆动，实现机器人姿态全程可调及起跳角度可调。控制系统包括主控模块、姿态采集模块、离合器控制模块、蓄能程度检测控制模块、尾巴姿态检测控制模块。该发明可以实现蓄能程度可控，机体姿态全程可调，起跳角度可调，提高了机器人的可控性。

权利要求书1.  一种仿生袋鼠机器人，其特征在于，包括：机身、动力传输装置、两腿部机构、尾部平衡 机构及控制系统； 机身，由机身侧板(1A、1B)、机身腿部连接轴(9)、电位器(6)、多根机身框架杆(4) 组成，机身侧板包括机身左侧板(1A)和机身右侧板(1B)，机身腿部连接轴(9)与机身左、 右侧板(1A、1B)固接，电位器(6)与机身右侧板(1B)固接，两机身框架杆(4)分别与 机身左、右侧板(1A、1B)固接，机身框架杆(4)之间通过连接件连接； 动力传输装置，安装在机身左、右侧板之间，包括带离合器组件的减速齿轮组(2)、单 向轴承(32)、髋关节轴(8)、蓄能电机(5)、蓄能电机安装板(3)；所述带离合器组件的减 速齿轮组(2)具体结构为：一级齿轮轴(27)、二级齿轮轴(28)、三级齿轮轴(29)两端分 别与机身左、右侧板(1A、1B)连接，一级齿轮轴(27)上装有第一齿轮(18)、套筒(24)、 第四齿轮(23)，套筒(24)位于第一齿轮(18)与第四齿轮(23)之间，第一齿轮(18)、 套筒(24)、第四齿轮(23)均相对于一级齿轮轴(27)可自由转动；二级齿轮轴(28)上装 有第二齿轮(19)、第三齿轮(20)、离合器(21)，第二齿轮(19)与二级齿轮轴(28)固接， 第三齿轮(20)相对于二级齿轮轴(28)可自由转动，离合器(21)一端与第二齿轮(19) 固接，离合器(21)另一端嵌套在第三齿轮(20)上且这一端固接凹槽(33)；丝杠(35)安 装在机身左侧板(1A)上，且丝杠(35)相对于机身左侧板(1A)可以自由转动，丝杠(35) 位于机身左侧板(1A)外侧的一端固接有第七齿轮(31)，码盘测速电机(30)输出轴上固接 码盘测速电机输出轴齿轮(34)，码盘测速电机输出轴齿轮(34)与第七齿轮(31)啮合，丝 杠(35)位于机身左侧板(1A)内侧的一端装有带拨叉的螺母(22)，带拨叉螺母(22)的拨 叉嵌入凹槽(33)内；三级齿轮轴(29)上固接第五齿轮(25)；髋关节轴(8)与单向轴承 (32)内侧固接，单向轴承(32)外侧与第六齿轮(26)固接；第一齿轮(18)、第四齿轮(23)、 第五齿轮(25)为双联齿轮；一级齿轮轴(27)、二级齿轮轴(28)、三级齿轮轴(29)1/2 处分别与蓄能电机安装板(3)连接，蓄能电机安装板(3)上装有蓄能电机(5)，蓄能电机 (5)的输出轴上固接蓄能电机输出轴齿轮(17)，蓄能电机输出轴齿轮(17)与第一齿轮(18) 上其中一个齿轮啮合，第一齿轮(18)上另一个齿轮与第二齿轮(19)啮合，第三齿轮(20) 与第四齿轮(23)其中一个齿轮啮合，第四齿轮(23)另一个齿轮与第五齿轮(25)中一个 齿轮啮合，第五齿轮(25)另一齿轮与第六齿轮(26)啮合；髋关节轴(8)位于机身右侧板 (1B)外侧的一端通过同步带(16)与电位器(6)连接； 两腿部机构左右对称，分别与动力传输装置的髋关节轴(8)及机身的机身腿部连接轴(9) 两端连接，腿部机构由大腿(10)、大腿连杆(11)、蓄能弹簧(12)、小腿(13)、小腿连杆 (14)和弧形脚(15)组成；大腿(10)顶端与髋关节轴(8)固接，大腿连杆(11)顶端与 机身腿部连接轴(9)通过轴承连接，大腿(10)末端与小腿(13)顶端铰接，大腿连杆(11) 末端与小腿(13)1/5处铰接，大腿连杆(11)3/4处与小腿连杆(14)顶端铰接，蓄能弹簧 (12)两端分别与大腿连杆(11)顶端及大腿(10)末端连接，小腿连杆(14)末端与弧形 脚(15)顶端铰接，小腿(13)末端与弧形脚(15)1/5处铰接； 尾部平衡机构，包括尾巴(7)、尾部连接轴(42)、尾部固定杆(39)、尾部电机(41)、 尾部电机安装板(40)、尾部齿轮(37)；尾部连接轴(42)、尾部固定杆(39)分别与机身左、 右侧板(1A、1B)、尾部电机安装板(40)固接，尾部电机(41)分别与尾部电机安装板(40)、 机身右侧板(1B)固接，尾巴(7)与尾部连接轴(42)通过轴承连接，尾部齿轮(37)通过 销钉(36)与尾巴(7)固接，尾部电机(41)的输出轴上固接尾部电机输出轴齿轮(38)， 尾部电机输出轴齿轮(38)与尾部齿轮(37)啮合； 控制系统，包括主控模块、姿态采集模块、离合器控制模块、蓄能程度检测控制模块、 尾巴姿态检测控制模块；主控模块包括STM32微控制器及对应外围电路；姿态采集模块包括 三轴陀螺仪和加速度计及对应的外围电路；离合器控制模块包括码盘测速电机的驱动控制电 路和数据采集电路；蓄能程度检测控制模块包括电位器数据采集电路和蓄能电机驱动控制电 路；尾巴姿态检测控制模块包括尾部电机驱动控制电路和磁编码器及对应外围电路。 2.  根据权利要求1所述的一种仿生袋鼠机器人，其特征在于：蓄能弹簧(12)两端分别与大 腿连杆(11)顶端及大腿(10)末端连接，作为机身侧板(1A、1B)、大腿(10)、大腿连杆 (11)和小腿(13)组成的平行四边形机构的对角线，髋关节轴(8)转动带动大腿(10)转 动，引发蓄能弹簧(12)形变。

说明书一种仿生袋鼠机器人
技术领域
本发明涉及一种机器人系统，具体的说是一种仿生袋鼠机器人系统。
背景技术
随着机器人技术的不断发展，未来机器人将会有越来越多的应用，而其中一个重要的机 器人应用方向就是用于对复杂的自然界进行探索，这就要求机器人具有较强的越障能力以满 足自然界复杂的地貌环境。现在机器人的主流移动方式有轮式或履带式移动、步行、爬行等， 但是这些移动方式的越障能力都十分有限，无法实现对实际自然界中大体积障碍物的跨越。 而跳跃机器人具有优越的越障能力，可以越过本身数倍甚至数十倍的障碍物，从而可以满足 未来人类探索自然界的需求。
国际上，德国FESTO公司设计了一款仿袋鼠机器人BionicKangaroo，使用气动元件作为 动力机构，可以完成完整的跳跃过程。国内，西北工业大学葛文杰教授及其团队对仿袋鼠跳 跃机器人进行了相关的理论研究与设计，并做出了跳跃机器人的样机。
专利号为200820028650.7，名称是仿袋鼠腿形跳跃机器人结构的专利申请，公开了一种 仿袋鼠腿形跳跃机器人结构，在机体上安装负载，机体下侧通过支撑架连接机器人膝关节， 机器人膝关节通过腿部轴与机器人小腿连接，小腿的下端为机器人踝关节，脚掌与小腿在踝 关节处通过脚掌轴连接，踝关节同时位于脚掌的1/3处，脚掌与脚趾通过脚趾轴连接，脚趾 轴位于脚掌前端，下置弹簧一端安装于脚掌后端，一端安装于小腿的2/5处，上置弹簧一端 安装于小腿上端，一端安装于机体的1/2处；动力机构通过上耳环和下耳环分别与小腿和脚 掌连接。
该方案存在以下缺点：
1、腿部结构的动力机构为液压缸或者气缸，蓄能程度不能自由控制。
2、脚掌与地面接触面为平面设计，脚趾与脚掌的夹角不可控，机器人的起跳姿态为固定 姿态，起跳角度不可调节。
3、机器人落地时上置弹簧与下置弹簧虽可以吸收能量，但是在拉伸到最大程度之后会马 上回复形变，若不及时利用能量将浪费掉，无法做到真正的能量回收存储。
发明内容
为了解决跳跃机器人蓄能程度不可控、起跳角度不可调节、落地时能量无法回收存储、 跳跃高度与距离有限等问题，本发明提供了一种蓄能程度可控、起跳角度可调、落地时可有 效回收存储能量、跳跃能力强并可以有效缓解落地瞬间刚性冲击的一种仿生机器人机构。
本发明所采用的技术方案是，包括：机身、动力传输装置、两腿部机构、尾部平衡机构 及控制系统。
机身，由机身侧板(1A、1B)、机身腿部连接轴(9)、电位器(6)、多根机身框架杆(4) 组成，机身侧板包括机身左侧板(1A)和机身右侧板(1B)，机身腿部连接轴(9)与机身左、 右侧板(1A、1B)固接，电位器(6)与机身右侧板(1B)固接，两根机身框架杆(4)分别 与机身左、右侧板(1A、1B)固接，机身框架杆(4)之间通过连接件连接。
动力传输装置，安装在机身左、右侧板(1A、1B)之间，包括带离合器组件的减速齿轮 组(2)、单向轴承(32)、髋关节轴(8)、蓄能电机(5)、蓄能电机安装板(3)；所述带离合 器组件的减速齿轮组(2)具体结构为：一级齿轮轴(27)、二级齿轮轴(28)、三级齿轮轴(29) 两端分别与机身左、右侧板(1A、1B)连接，一级齿轮轴(27)上装有第一齿轮(18)、套筒 (24)、第四齿轮(23)，套筒(24)位于第一齿轮(18)与第四齿轮(23)之间，第一齿轮 (18)、套筒(24)、第四齿轮(23)均相对于一级齿轮轴(27)可自由转动；二级齿轮轴(28) 上装有第二齿轮(19)、第三齿轮(20)、离合器(21)，第二齿轮(19)与二级齿轮轴(28) 固接，第三齿轮(20)相对于二级齿轮轴(28)可自由转动，离合器(21)一端与第二齿轮 (19)固接，离合器(21)另一端嵌套在第三齿轮(20)上且这一端固接凹槽(33)；丝杠(35) 安装在机身左侧板(1A)上，且丝杠(35)相对于机身左侧板(1A)可以自由转动，丝杠(35) 位于机身左侧板(1A)外侧的一端固接有第七齿轮(31)，码盘测速电机(30)输出轴上固接 码盘测速电机输出轴齿轮(34)，码盘测速电机输出轴齿轮(34)与第七齿轮(31)啮合，丝 杠(35)位于机身左侧板(1A)内侧的一端装有带拨叉的螺母(22)，带拨叉螺母(22)的拨 叉嵌入凹槽(33)内；三级齿轮轴(29)上固接第五齿轮(25)；髋关节轴(8)与单向轴承 (32)内侧固接，单向轴承(32)外侧与第六齿轮(26)固接；第一齿轮(18)、第四齿轮(23)、 第五齿轮(25)为双联齿轮；一级齿轮轴(27)、二级齿轮轴(28)、三级齿轮轴(29)1/2 处分别与蓄能电机安装板(3)连接，蓄能电机安装板(3)上装有蓄能电机(5)，蓄能电机 (5)的输出轴上固接蓄能电机输出轴齿轮(17)，蓄能电机输出轴齿轮(17)与第一齿轮(18) 上其中一个齿轮啮合，第一齿轮(18)上另一个齿轮与第二齿轮(19)啮合，第三齿轮(20) 与第四齿轮(23)其中一个齿轮啮合，第四齿轮(23)另一个齿轮与第五齿轮(25)中一个 齿轮啮合，第五齿轮(25)另一齿轮与第六齿轮(26)啮合。
其中，码盘测速电机(30)转动带动丝杠(35)转动，丝杠(35)上的带拨叉的螺母(22) 随之左右移动，带动嵌套在第三齿轮上的离合器(21)一端左右移动，产生离合器(21)的 分离与接合效果。离合器(21)接合时第二齿轮(19)与第三齿轮(20)同步转动，蓄能电 机(5)输出的动力经第一齿轮(18)至第五齿轮(25)传动到第六齿轮(26)。离合器(21) 分离时第二齿轮(19)的转动与第三齿轮(20)的转动互不干扰，断开了减速齿轮组的动力 传输，蓄能电机(5)输出的动力对第六齿轮(26)不产生影响。
并且，髋关节轴(8)与第六齿轮(26)通过单向轴承(32)连接，单向轴承(32)在一 个方向上可以自由转动，而在另一个方向上锁死，当第六齿轮(26)主动逆时针转动即向机 器人尾部方向转动时会带动髋关节轴(8)逆时针同步转动，而当第六齿轮(26)主动顺时针 转动时不会对髋关节轴(8)产生顺时针作用力，同理当髋关节轴(8)主动顺时针转动时会 带动第六齿轮(26)转动，而当髋关节轴(8)主动逆时针转动时不会带动第六齿轮(26)逆 时针转动。使用单向轴承(32)的有益效果是，机器人落地时在冲击作用下腿部机构收缩， 带动髋关节轴(8)逆时针转动而第六齿轮(26)不动，当腿部机构收缩到冲击作用下所能达 到的最大程度后，腿部机构在蓄能弹簧(12)的作用下会有伸展的趋势，带动髋关节轴(8) 有顺时针转动的趋势，在单向轴承(32)的作用下带动第六齿轮(26)有顺时针转动的趋势， 但是此时带离合器组件的减速齿轮组(2)中的离合器(21)接合，蓄能电机(5)输出的动 力经减速齿轮组传动使第六齿轮(26)停止不动，在反作用力作用下髋关节轴(8)不会顺时 针转动，从而腿部机构不会伸展，成功实现将落地时动能转化为蓄能弹簧(12)的势能并稳 定的存储起来，等待需要时释放。
两腿部机构左右对称，分别与动力传输装置的髋关节轴(8)及机身的机身腿部连接轴(9) 两端连接，腿部机构由大腿(10)、大腿连杆(11)、蓄能弹簧(12)、小腿(13)、小腿连杆 (14)和弧形脚(15)组成。大腿(10)顶端与髋关节轴(8)固接，髋关节轴(8)位于机 身右侧板(1B)外侧的一端通过同步带(16)与电位器(6)连接。大腿连杆(11)顶端与机 身腿部连接轴(9)通过轴承连接，大腿(10)末端与小腿(13)顶端铰接，大腿连杆(11) 末端与小腿(13)1/5处铰接，大腿连杆(11)3/4处与小腿连杆(14)顶端铰接，蓄能弹簧 (12)两端分别与大腿连杆(11)顶端及大腿(10)末端连接，小腿连杆(14)末端与弧形 脚(15)顶端铰接，小腿(13)末端与弧形脚(15)1/5处铰接。机身侧板、大腿(10)、大 腿连杆(11)和小腿(13)组成平行四边形机构，大腿连杆(11)、小腿(13)、小腿连杆(14) 和弧形脚(15)组成平行四边形机构，腿部机构的两个平行四边形机构叠加使用，可以放大 腿部位移，并可以减少腿部结构的主动关节数，从而减少腿部作为动力机构的电机的数目， 降低了控制的难度，减轻了机器人的重量，增强了机器人的跳跃能力。蓄能弹簧(12)两端 分别与大腿连杆(11)顶端及大腿(10)末端连接，作为机身侧板、大腿(10)、大腿连杆(11) 和小腿(13)组成的平行四边形机构的对角线，髋关节轴(8)转动带动大腿(10)转动，引 发蓄能弹簧(12)形变。髋关节轴(8)与电位器(6)通过同步带(16)连接，确定电位器 (6)转过角度即可确定大腿(10)转过角度，从而确定平行四边形机构的内角角度，推算平 行四边形机构的对角线长度即蓄能弹簧(12)的长度，从而确定蓄能弹簧(12)的蓄能程度。 弧形脚(15)与地面的接触面为弧面，可使机器人前后倾斜。
尾部平衡机构，包括尾巴(7)、尾部连接轴(42)、尾部固定杆(39)、尾部电机(41)、 尾部电机安装板(40)、尾部齿轮(37)；尾部连接轴(42)、尾部固定杆(39)分别与机身左、 右侧板(1A、1B)、尾部电机安装板(40)固接，尾部电机(41)分别与尾部电机安装板(40)、 机身右侧板(1B)固接，尾巴(7)与尾部连接轴(42)通过轴承连接，尾部齿轮(37)通过 销钉(36)与尾巴(7)固接，尾部电机(41)的输出轴上固接尾部电机输出轴齿轮(38)， 尾部电机输出轴齿轮(38)与尾部齿轮(37)啮合。尾部电机(41)的正转与反转可以控制 尾巴(7)上下摆动，在反作用力的作用下可以调整机器人姿态，控制机器人的前后倾斜程度， 从而起到调整起跳角度和调节空中姿态的作用。
控制系统，包括主控模块、姿态采集模块、离合器控制模块、蓄能程度检测控制模块、 尾巴姿态检测控制模块。主控模块包括STM32微控制器及对应外围控制电路，姿态采集模块 包括三轴陀螺仪和加速度计及对应的外围电路，离合器控制模块包括码盘测速电机的驱动控 制电路和数据采集电路，蓄能程度检测控制模块包括电位器数据采集电路和蓄能电机驱动控 制电路，尾巴姿态检测控制模块包括尾部电机驱动控制电路和磁编码器及对应外围电路。
本发明的有益效果是：
1、通过检测电位器转过的角度，可以确定腿部机构中蓄能弹簧所在的平行四边形机构的 对角线长度，确定蓄能弹簧的拉伸蓄能程度。离合器作为动力传输转置中的开合装置，单独 用码盘测速电机控制离合器的开合，实现了蓄能大小可调、释放时间点完全可控。
2、弧形脚与地面的接触面为弧面，尾巴上下摆动使机器人在一定范围内进行前后倾斜， 可以保持机器人平衡并可以调整机器人的起跳角度。模拟袋鼠尾部调节平衡功能，提高了机 器人的仿生程度。
3、将储能释放机构与尾部平衡机构分离，实现了机体运动全过程姿态可调。
4、离合器与单向轴承的配合使用可以控制髋关节轴的转动，使机器人落地时动能转化为 蓄能弹簧的势能存储起来，释放时间可控，真正实现能量的回收存储，，缩短了下次起跳的蓄 能时间，提高了能量的利用率。
附图说明
图1机器人总体结构示意图；
图2机器人动力传输装置示意图；
图3机器人离合器组件示意图；
图4机器人尾部结构示意图；
图5仿生袋鼠机器人控制系统结构框图；
图6仿生袋鼠机器人跳跃实现流程图；
图中，1A-机身左侧板、1B-机身右侧板、2-带离合器组件的减速齿轮组、3-蓄能电机安 装板、4-机身框架杆、5-蓄能电机、6-电位器、7-尾巴、8-髋关节轴、9-机身腿部连接轴、 10-大腿、11-大腿连杆、12-蓄能弹簧、13-小腿、14-小腿连杆、15-弧形脚、16-同步带、17- 蓄能电机输出轴齿轮、18-第一齿轮、19-第二齿轮、20-第三齿轮、21-离合器、22-带拨叉的 螺母、23-第四齿轮、24-套筒、25-第五齿轮、26-第六齿轮、27-一级齿轮轴、28-二级齿轮 轴、29-三级齿轮轴、30-码盘测速电机、31-第七齿轮、32-单向轴承、33-凹槽、34-码盘测 速电机输出轴齿轮、35-丝杠、36-销钉、37-尾部齿轮、38-尾部电机输出轴齿轮、39-尾部固 定杆、40-尾部电机安装板、41-尾部电机、42-尾部连接轴。
注：由于机器人部分结构(10-大腿、11-大腿连杆、12-蓄能弹簧、13-小腿、14-小腿连 杆、15-弧形脚)具有左右对称性，为避免重复表示，在图中只标注右侧部分。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明做进一步的说明。
仿生袋鼠机器人包括：机身、动力传输装置、两腿部机构、尾部平衡机构及控制系统。
结合图1所示，机身由机身左、右侧板(1A、1B)、机身腿部连接轴(9)、电位器(6)、 机身框架杆(4)组成，机身腿部连接轴(9)与机身左、右侧板(1A、1B)固接，电位器(6) 与右机身侧板(1B)固接，机身框架杆(4)分别与机身左、右侧板(1A、1B)固接，机身框 架杆(4)之间通过连接件连接。
结合图2、3所示，动力传输装置安装在机身左、右侧板(1A、1B)之间，包括带离合器 组件的减速齿轮组(2)、单向轴承(32)、髋关节轴(8)、蓄能电机(5)、蓄能电机安装板(3)； 所述带离合器组件的减速齿轮组(2)具体结构为：一级齿轮轴(27)、二级齿轮轴(28)、三 级齿轮轴(29)两端分别与两机身侧板(1)连接，一级齿轮轴(27)上装有第一齿轮(18)、 套筒(24)、第四齿轮(23)，套筒(24)位于第一齿轮(18)与第四齿轮(23)之间，第一 齿轮(18)、套筒(24)、第四齿轮(23)均相对于一级齿轮轴(27)可自由转动；二级齿轮 轴(28)上装有第二齿轮(19)、第三齿轮(20)、离合器(21)，第二齿轮(19)与二级齿轮 轴(28)固接，第三齿轮(20)相对于二级齿轮轴(28)可自由转动，离合器(21)一端与 第二齿轮(19)固接，离合器(21)另一端嵌套在第三齿轮(20)上且这一端固接凹槽(33)； 丝杠(35)安装在机身左侧板(1A)上，且丝杠(35)相对于机身左侧板(1A)可以自由转 动，丝杠(35)位于机身左侧板(1A)外侧的一端固接有第七齿轮(31)，码盘测速电机(30) 输出轴上固接码盘测速电机输出轴齿轮(34)，码盘测速电机输出轴齿轮(34)与第七齿轮(31) 啮合，丝杠(35)位于机身左侧板(1A)内侧的一端装有带拨叉的螺母(22)，带拨叉螺母(22) 的拨叉嵌入凹槽(33)内；三级齿轮轴(29)上固接第五齿轮(25)；髋关节轴(8)与单向 轴承(32)内侧固接，单向轴承(32)外侧与第六齿轮(26)固接；第一齿轮(18)、第四齿 轮(23)、第五齿轮(25)为双联齿轮；一级齿轮轴(27)、二级齿轮轴(28)、三级齿轮轴(29) 1/2处分别与蓄能电机安装板(3)连接，蓄能电机安装板(3)上装有蓄能电机(5)，蓄能 电机(5)的输出轴上固接蓄能电机输出轴齿轮(17)，蓄能电机输出轴齿轮(17)与第一齿 轮(18)上其中一个齿轮啮合，第一齿轮(18)上另一个齿轮与第二齿轮(19)啮合，第三 齿轮(20)与第四齿轮(23)其中一个齿轮啮合，第四齿轮(23)另一个齿轮与第五齿轮(25) 中一个齿轮啮合，第五齿轮(25)另一齿轮与第六齿轮(26)啮合。髋关节轴(8)位于机身 右侧板(1B)外侧的一端通过同步带(16)与电位器(6)连接。
结合图1所示，左右对称的两腿部机构分别与动力传输装置的髋关节轴(8)及机身的机 身腿部连接轴(9)两端连接，由大腿(10)、大腿连杆(11)、蓄能弹簧(12)、小腿(13)、 小腿连杆(14)和弧形脚(15)组成。大腿(10)顶端与髋关节轴(8)固接，髋关节轴(8) 位于机身右侧板(1B)外侧的一端通过同步带(16)与电位器(6)连接。大腿连杆(11)顶 端与机身腿部连接轴(9)通过轴承连接，大腿(10)末端与小腿(13)顶端铰接，大腿连杆 (11)末端与小腿(13)1/5处铰接，大腿连杆(11)3/4处与小腿连杆(14)顶端铰接，蓄 能弹簧(12)两端分别与大腿连杆(11)顶端及大腿(10)末端连接，小腿连杆(14)末端 与弧形脚(15)顶端铰接，小腿(13)末端与弧形脚(15)1/5处铰接。
结合图4所示，尾部平衡机构包括尾巴(7)、尾部连接轴(42)、尾部固定杆(39)、尾 部电机(41)、尾部电机安装板(40)、尾部齿轮(37)；尾部连接轴(42)、尾部固定杆(39) 分别与两机身侧板(1)、尾部电机安装板(40)固接，尾部电机(41)分别与尾部电机安装 板(40)、机身右侧板(1B)固接，尾巴(7)与尾部连接轴(42)通过轴承连接，尾部齿轮 (37)通过销钉(36)与尾巴(7)固接，尾部电机(41)的输出轴上固接尾部电机输出轴齿 轮(38)，尾部电机输出轴齿轮(38)与尾部齿轮(37)啮合。
结合图5所示，控制系统包括主控模块、姿态采集模块、离合器控制模块、蓄能程度检 测控制模块、尾巴姿态检测控制模块。主控模块包括STM32微控制器及对应外围电路，姿态 采集模块包括三轴陀螺仪和加速度计及对应的外围电路，离合器控制模块包括码盘测速电机 的驱动控制电路和数据采集电路，蓄能程度检测控制模块包括电位器数据采集电路和蓄能电 机驱动控制电路，尾巴姿态检测控制模块包括尾部电机驱动控制电路和磁编码器及对应外围 电路。
结合图6所示，仿生袋鼠机器人的跳跃过程具体如下：
仿生袋鼠机器人最初两腿伸展站立于地面，由姿态采集模块采集机器人姿态判断机器人 是否平衡站立，若不平衡则尾巴姿态检测控制模块控制尾部电机(41)转动，带动尾巴(7) 上下摆动，在反作用力作用下使机器人平衡。
平衡后机器人开始蓄能，离合器(21)接合，蓄能电机(5)转动，动力经减速齿轮组传 动到第六齿轮(26)，带动第六齿轮(26)逆时针转动即向机器人尾部方向转动，在单向轴承 (32)作用下带动髋关节轴(8)逆时针转动，带动大腿(10)以髋关节轴(8)为圆心逆时 针转动，蓄能弹簧(12)为机身侧板、大腿(10)、大腿连杆(11)和小腿(13)组成的平行 四边形机构的大腿连杆(11)顶端与大腿(10)末端间的对角线，大腿(10)逆时针转动， 大腿(10)与小腿(13)的夹角变小，平行四边形机构的大腿连杆(11)顶端与大腿(10) 末端间的对角线变长，蓄能弹簧(12)拉伸。小腿(13)在大腿连杆(11)的牵引下以与大 腿(10)铰接处为圆心顺时针转动，弧形脚(15)在小腿连杆(14)的牵引下以与小腿(13) 的铰接处为圆心逆时针转动，机器人腿部机构整体收缩。蓄能程度检测控制模块检测电位器 (6)转过角度，从而确定髋关节轴(8)转过角度，推算蓄能弹簧(12)的拉伸程度，确定 蓄能程度。达到所需蓄能程度后，蓄能电机(5)停止转动，动力经减速齿轮组传动到第六齿 轮(26)，带动第六齿轮(26)停止转动，在单向轴承(32)作用下带动髋关节轴(8)停止 转动，蓄能结束。
蓄能结束后，由姿态采集模块采集机器人姿态判断机器人是否达到起跳所需姿态，若未 达到则尾巴姿态检测控制模块控制尾部电机(41)正反转动，带动尾巴(7)上下摆动，在反 作用力作用下调整机器人前后倾斜程度，使机器人达到起跳所需角度。码盘测速电机(30) 逆时针转动带动丝杠(35)逆时针转动，丝杠(35)上的带拨叉的螺母(22)向左移动，带 动嵌套在第三齿轮(20)上的离合器(21)一端向左移动，离合器(21)分离，第二齿轮(19) 的转动与第三齿轮(20)的转动不再相互干扰。第六齿轮(26)不再受蓄能电机(5)经减速 齿轮组传动来的动力，第六齿轮(26)可自由转动，髋关节轴(8)也随之可自由转动。两腿 部机构的蓄能弹簧(12)开始迅速恢复形变，大腿(10)在蓄能弹簧(12)的牵引下迅速以 髋关节轴(8)为圆心顺时针转动，小腿(13)在大腿连杆(11)的牵引下以与大腿(10)铰 接处为圆心迅速逆时针转动，弧形脚(15)在小腿连杆(14)的牵引下以与小腿(13)的铰 接处为圆心迅速顺时针转动，整体伸展，当蓄能弹簧(12)完全恢复形变时，腿部机构完全 释放，完成跳跃动作。
机器人起跳腾空之后，码盘测速电机(30)顺时针转动带动丝杠(35)顺时针转动，丝 杠(35)上的带拨叉的螺母(22)向右移动，带动嵌套在第三齿轮(20)上的离合器(21) 一端向右移动，离合器(21)接合，第二齿轮(19)与第三齿轮(20)若转动的话将同步转 动，第六齿轮(26)不可自由转动。由姿态采集模块采集机器人空中姿态判断机器人空中姿 态是否达到要求，若不达要求则尾巴(7)上下摆动调整机器人空中姿态。
实时监测机器人腿部机构蓄能程度，若腿部开始蓄能证明机器人落地。机器人落地时在 冲击作用下腿部机构收缩，带动髋关节轴(8)逆时针转动而第六齿轮(26)不动，当腿部机 构收缩到冲击作用下所能达到的最大程度后，腿部机构在蓄能弹簧(12)的作用下会有伸展 的趋势，带动髋关节轴(8)有顺时针转动的趋势，在单向轴承(32)的作用下带动第六齿轮 (26)有顺时针转动的趋势，但是此时带离合器组件的减速齿轮组(2)中的离合器(21)接 合，蓄能电机(5)输出的动力经减速齿轮组传动至第六齿轮(26)，在此作用下第六齿轮(26) 停止不动，在反作用力作用下髋关节轴(8)不会顺时针转动，从而腿部机构不会伸展，成功 实现将落地时动能转化为蓄能弹簧(12)的势能并稳定的存储起来，等待需要时释放，一次 跳跃过程结束。