1.一种基于椭圆非圆齿轮驱动的单腿跳跃机构，包括胯部和依次铰接的髋关节、大腿传动机构、膝关节以及小腿；其特征在于，所述胯部固定在髋关节上；所述髋关节包括传动轴支撑板(10)、髋关节中法兰盘(11)、髋关节从动非圆齿轮(12)、髋关节轴(13)；所述髋关节从动非圆齿轮(12)固定套设在髋关节轴(13)上，所述髋关节中法兰盘(11)支承在髋关节轴(13)上，所述传动轴支撑板(10)套设在髋关节轴(13)上，传动轴支撑板(10)与髋关节中法兰盘(11)固定连接；所述大腿传动机构包括右大腿板(7)、左大腿板(8)、膝关节驱动电机(15)、右主动同步带轮(16)、右从动同步带轮(17)、右同步带(18)、右外传动轴(20)、右谐波减速器(21)、右法兰式轴(22)、膝关节主动非圆齿轮(23)、中部法兰盘(24)、膝关节从动非圆齿轮(25)、中间轴(27)、中间轴同步带轮(28)、髋关节驱动电机(30)、左主动同步带轮(31)、左同步带(32)、左从动同步带轮(33)、左外传动轴(34)、左谐波减速器(36)、左法兰式轴(37)、髋关节主动非圆齿轮(38)、左右大腿板连接杆(41)、弹簧固定套(42)、弹簧(43)；所述髋关节轴(13)的两端分别支承在左大腿板(8)和右大腿板(7)的上部；所述膝关节驱动电机(15)安装在右大腿板(7)上，其输出轴上安装有右主动同步带轮(16)；所述右外传动轴(20)支承在右大腿板(7)上，其外端安装有右从动同步带轮(17)，所述右主动同步带轮(16)和右从动同步带轮(17)通过右同步带(18)传递动力；所述右谐波减速器(21)安装在右大腿板(7)内侧，所述右外传动轴(20)与右谐波减速器(21)的输入端固定连接，所述右谐波减速器(21)的输出端与右法兰式轴(22)的法兰端固定连接，所述右法兰式轴(22)的轴端上固定套设有膝关节主动非圆齿轮(23)；所述髋关节驱动电机(30)安装在左大腿板(8)上，其输出轴上安装有左主动同步带轮(31)，所述左外传动轴(34)支承在左大腿板(8)上，其外端安装有左从动同步带轮(33)，所述左主动同步带轮(31)和左从动同步带轮(33)通过左同步带(32)传递动力；所述左谐波减速器(36)安装在左大腿板(8)内侧，所述左外传动轴(34)与左谐波减速器(36)的输入端固定连接，左谐波减速器(36)的输出端与左法兰式轴(37)的法兰端固定连接，左法兰式轴(37)的轴端上固定套设有髋关节主动非圆齿轮(38)，所述左法兰式轴(37)的轴端和右法兰式轴(22)的轴端均支承在中部法兰盘(24)上，所述中部法兰盘(24)与传动轴支撑板(10)固定连接；所述髋关节主动非圆齿轮(38)与髋关节从动非圆齿轮(12)啮合传动；所述中间轴(27)也支承在左大腿板(8)和右大腿板(7)之间，所述膝关节从动非圆齿轮(25)和中间轴同步带轮(28)均固定套设在中间轴(27)上，所述膝关节主动非圆齿轮(23)与膝关节从动非圆齿轮(25)啮合传动；所述左右大腿板连接杆(41)固定连接在右大腿板(7)和左大腿板(8)之间，所述弹簧固定套(42)滑动套设在左右大腿板连接杆(41)上，所述弹簧(43)的一端与弹簧固定套(42)相连，另一端与膝关节固定连接；所述髋关节主动非圆齿轮(38)和膝关节主动非圆齿轮(23)均为椭圆齿轮。

2.根据权利要求1所述的基于椭圆非圆齿轮驱动的单腿跳跃机构，其特征在于，所述膝关节包括弹簧安装套(47)、膝关节轴(48)、膝关节从动同步带轮(49)；所述膝关节轴(48)的两端分别支承在左大腿板(8)和右大腿板(7)的下部；所述膝关节从动同步带轮(49)和弹簧安装套(47)均固定套设在膝关节轴(48)上，所述弹簧(43)的另一端与弹簧安装套(47)相连；所述中间轴同步带轮(28)与膝关节从动同步带轮(49)通过中间同步带(40)传递动力。

3.根据权利要求2所述的基于椭圆非圆齿轮驱动的单腿跳跃机构，其特征在于，所述小腿包括足底橡胶块(39)、小腿架(46)、小腿连接杆(50)、小腿弹簧(52)、小腿弧形弹性杆(53)、小腿支撑杆(54)；所述小腿架(46)固定套设在膝关节轴(48)上，所述小腿支撑杆(54)固定在小腿架(46)的下端，所述小腿弧形弹性杆(53)滑动套设在小腿支撑杆(54)上，所述小腿弹簧(52)套设在小腿支撑杆(54)上，其一端抵住小腿架(46)，另一端抵住小腿弧形弹性杆(53)；所述小腿支撑杆(54)与小腿连接杆(50)的一端铰接，小腿连接杆(50)的另一端与小腿弧形弹性杆(53)铰接，所述足底橡胶块(39)设在小腿弧形弹性杆(53)的底部。

4.根据权利要求3所述的基于椭圆非圆齿轮驱动的单腿跳跃机构，其特征在于，所述小腿弧形弹性杆(53)为“7”字形。

5.根据权利要求4所述的基于椭圆非圆齿轮驱动的单腿跳跃机构，其特征在于，所述小腿弧形弹性杆(53)采用弹簧钢。

6.根据权利要求1所述的基于椭圆非圆齿轮驱动的单腿跳跃机构，其特征在于，所述胯部包括右安装轴(1)、右胯部板(2)、胯部连接板(3)、角铁(4)、左胯部板(5)、左安装轴(6)；

所述左胯部板(5)、右胯部板(2)通过角铁(4)对称安装在胯部连接板(3)的左右两侧；所述左胯部板(5)和右胯部板(2)均固定套设在髋关节轴(13)上；所述左胯部板(5)上安装有左安装轴(6)，所述右胯部板(2)上安装有右安装轴(1)。

7.根据权利要求3所述的基于椭圆非圆齿轮驱动的单腿跳跃机构，其特征在于，所述髋关节主动非圆齿轮(38)、髋关节从动非圆齿轮(12)、膝关节主动非圆齿轮(23)以及膝关节从动非圆齿轮(25)的设计方法具体包括以下步骤：(1)系统动力学模型建立

设跳跃机器的小腿、大腿、胯部的长度、质量、转动惯量分别为l1、m1、I1，l2、m2、I2和l3、m3、I3；跳跃机器的动力为T，势能为U，拉氏函数L＝T-U，跳跃机器人的动力T为：

其中(xc1，yc1)是小腿的质心位置，(xc2，yc2)是大腿的质心位置，(xc3，yc3)是胯部的质心位置；θ1为小腿相对于水平面的旋转角度，θ2为大腿相对于水平面旋转角度，θ3为胯部相对于水平面的旋转角度；

跳跃机器人势能U为：

其中，g是重力加速度，k1为小腿弧形弹性杆(53)的刚度，Δl1小腿变化量，k2为大腿上弹簧(43)的刚度，k3为小腿弹簧(52)的刚度，θ20为弹簧(43)自由时膝关节的角位置；

保守力系的拉格朗日方程为：

其中q为选取的广义坐标q＝[x,y,θ1,θ2,θ3]，x为小腿与地面接触点在惯性系的横坐标，y为小腿与地面接触点在惯性系的纵坐标，Q为各广义对应的广义力Q＝[τ1-τ2,τ2-τ3,τ3,Fx,Fy]，其中τ1为小腿上与地面接触处的主动力矩，τ2为大腿上与小腿铰接处的主动力矩，τ3为胯部上与大腿铰接处的主动力矩，Fx为地面对小腿沿水平方向的反作用力，Fy为地面对小腿沿竖直方向的反作用力；

模型的动力学方程表述如下：

其中D(q)为广义惯性矩阵， 为哥氏矩阵，G(q)为重力项；

动力学方程中D(q)、 G(q)是根据具体非圆跳跃机构结构参数计算所得；

(2)非圆齿轮参数化的建立及各关节旋转角度的确定

(2.1)膝关节主动非圆齿轮(23)表达式是：

式中r1为膝关节主动非圆齿轮(23)节曲线的向径；A1为膝关节主动非圆齿轮(23)节曲线的长半轴；e1为膝关节主动非圆齿轮(23)的偏心率； 为膝关节主动非圆齿轮(23)节曲线的角位移； 为膝关节主动非圆齿轮(23)初始安装角；

根据非圆齿轮封闭条件，有式(5)：

式中a1为膝关节非圆齿轮副中心距；n21为膝关节从动非圆齿轮(25)的阶数；

由式(5)求解得到膝关节非圆齿轮副中心距a1为：

由式(4)和式(6)得到膝关节从动非圆齿轮(25)的表达式：

其中r2为膝关节从动非圆齿轮(25)节曲线的向径； 为膝关节从动非圆齿轮(25)节曲线的角位移；

由式(4)和式(7)可得膝关节非圆齿轮副的传动比i12：

(2.2)髋关节主动非圆齿轮(38)表达式是：

式中r3为髋关节主动非圆齿轮(38)节曲线的向径；A2为髋关节主动非圆齿轮(38)节曲线的长半轴；e2为髋关节主动非圆齿轮(38)的偏心率； 为髋关节主动非圆齿轮(38)节曲线的角位移； 为髋关节主动非圆齿轮(38)初始安装角；

根据非圆齿轮封闭条件，有式(11)：

式中a2为髋关节非圆齿轮副中心距；n22为髋关节从动非圆齿轮(12)的阶数；

由式(11)求解得到髋关节非圆齿轮副中心距a2为：

由式(10)和式(12)得到髋关节从动非圆齿轮(12)的表达式：

其中r4为髋关节从动非圆齿轮(12)节曲线的向径； 为髋关节从动非圆齿轮(12)节曲线的角位移；

由式(10)和式(13)可得髋关节非圆齿轮副的传动比i34：

(2.3)髋关节和膝关节运动规律的确定

由跳跃机器人三杆简化模型平面几何可得：

上述式中 为关于时间的已知量，A1、A2、e1、e2、 n22、n21均为未知量；

(3)优化目标函数及约束条件

目标函数f： 其中N是采样时间总数，Δt是采样时间，τ＝[τ1,τ2,τ3]；

约束条件：Fx≥0，Fx≤μFy，|xzmp|≤lf，π/6≤θ1≤2π/3，17π/36≤θ2≤48π/36，π/4≤θ3≤π/2，-30≤τ2,τ3≤50，τ1＝0，其中μ是地面摩擦系数，lf是足底橡胶块(39)与地面的接触长度，且零力矩点横坐标xzmp满足：(4)优化求解

通过运用MATLAB中fmincon函数进行寻优求解，获得目标函数最小值，从而得到参数A1，A2，e1，e2， n21，n22，将这些参数带入式(4)-(8)得到r1、r2和 代入式(10)-(14)得到r3、r4和 结合已知量 可以得到两对椭圆非圆齿轮副节曲线，并运用共轭啮合传动原理，得到两对齿轮副的非圆节曲线齿廓，并最终得到两对椭圆齿轮。