專利名稱：仿蝗蟲彈跳翻轉(zhuǎn)機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)器人，尤其涉及一種仿蝗蟲彈跳翻轉(zhuǎn)機(jī)器人。
背景技術(shù)：
為了解決微小型移動(dòng)機(jī)器人的越障難題，目前探索研究了各種高機(jī)動(dòng)性高越障性 的機(jī)器人，其中具備彈跳能力的移動(dòng)機(jī)器人不僅具備二維平面上的移動(dòng)能力，還可以通過 跳躍越過數(shù)倍甚至數(shù)十倍于自身尺寸的障礙物。因此具有復(fù)合運(yùn)動(dòng)能力的移動(dòng)彈跳翻轉(zhuǎn)機(jī) 器人彌補(bǔ)了傳統(tǒng)移動(dòng)機(jī)器人只具有單一運(yùn)動(dòng)方式的不足，大大擴(kuò)展了微小型機(jī)器人的應(yīng)用 范圍，具有廣闊的應(yīng)用前景。特別是在星際探索中，由于月球與火星表面重力加速度低于地 球(火星38%，月球17% )，能充分利用彈跳運(yùn)動(dòng)這個(gè)優(yōu)勢(shì)，達(dá)到更高的彈跳高度以越過星 球表面的障礙物。 自然界生物在漫長(zhǎng)的進(jìn)化過程中形成了近乎完美的身體結(jié)構(gòu)，為了提高機(jī)器人的 運(yùn)動(dòng)能力，技術(shù)人員從自然界的生物運(yùn)動(dòng)獲得啟發(fā)，通過模仿它們發(fā)展出了更為高效的運(yùn) 動(dòng)方式。在跳躍機(jī)器人研究中，很多都是模仿具有跳躍能力的動(dòng)物，如袋鼠、青蛙和螞蚱等。 其中螞蚱具有移動(dòng)和彈跳雙重運(yùn)動(dòng)方式，其自身骨骼特有的結(jié)構(gòu)力學(xué)特點(diǎn)擁有驚人的彈跳 能力，還具有陸地移動(dòng)的能力。 現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)仿生移動(dòng)彈跳翻轉(zhuǎn)機(jī)器人的研究已取得一定成果，但目前仍處于 實(shí)驗(yàn)室原理樣機(jī)研究探索的初級(jí)階段，至少還存在著以下缺點(diǎn) 移動(dòng)機(jī)動(dòng)性不強(qiáng)、起跳階段彈跳能力差、著陸時(shí)沖擊大且不穩(wěn)定，同時(shí)機(jī)器人智能 化程度不高。另外，由于自身負(fù)載重量的限制，符合要求的電池?zé)o法保證較長(zhǎng)的工作續(xù)航時(shí) 間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種仿蝗蟲彈跳翻轉(zhuǎn)機(jī)器人，該機(jī)器人既可以在平坦地形上 以移動(dòng)為主要運(yùn)動(dòng)方式，提高機(jī)器人機(jī)動(dòng)性，降低機(jī)器人能源功耗；又可以在遇到障礙時(shí)采 用跳躍運(yùn)動(dòng)的方式進(jìn)行越障。 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 本發(fā)明的仿蝗蟲彈跳翻轉(zhuǎn)機(jī)器人，包括機(jī)體，所述機(jī)體上設(shè)有彈跳裝置和翻轉(zhuǎn)裝 置，所述彈跳裝置包括 在所述機(jī)體的兩側(cè)分別安裝有前腿跳躍支撐桿和后腿跳躍支撐桿，所述前腿跳躍 支撐桿和后腿跳躍支撐桿的前端分別與機(jī)體鉸接； 所述前腿跳躍支撐桿和后腿跳躍支撐桿等長(zhǎng)并平行設(shè)置，所述機(jī)體兩側(cè)的前腿跳 躍支撐桿和后腿跳躍支撐桿的后端通過一個(gè)平行四桿機(jī)構(gòu)相互鉸接； 所述機(jī)體兩側(cè)的前腿跳躍支撐桿的前端分別固連有過渡桿，機(jī)體兩側(cè)的過渡桿的 末端通過一個(gè)連桿相連，所述連桿與所述機(jī)體之間設(shè)有彈簧； 所述機(jī)體兩側(cè)的前腿跳躍支撐桿通過一轉(zhuǎn)軸連接，所述轉(zhuǎn)軸連接有間歇轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)
3裝置。 由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所述的仿蝗蟲彈跳翻轉(zhuǎn)機(jī)器人， 由于機(jī)體上設(shè)有彈跳裝置和翻轉(zhuǎn)裝置，在機(jī)體的兩側(cè)分別安裝有前腿跳躍支撐桿和后腿跳 躍支撐桿，前腿跳躍支撐桿和后腿跳躍支撐桿的前端分別與機(jī)體鉸接，前腿跳躍支撐桿和 后腿跳躍支撐桿等長(zhǎng)并平行設(shè)置，機(jī)體兩側(cè)的前腿跳躍支撐桿和后腿跳躍支撐桿的后端通 過一個(gè)平行四桿機(jī)構(gòu)相互鉸接，形成四桿彈跳機(jī)構(gòu)； 機(jī)體兩側(cè)的前腿跳躍支撐桿的前端分別固連有過渡桿，機(jī)體兩側(cè)的過渡桿的末端 通過一個(gè)連桿相連，連桿與機(jī)體之間設(shè)有彈簧，機(jī)體兩側(cè)的前腿跳躍支撐桿通過一轉(zhuǎn)軸連 接，轉(zhuǎn)軸連接有間歇轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，形成能量存儲(chǔ)和釋放裝置。 既可以在平坦地形上以移動(dòng)為主要運(yùn)動(dòng)方式，提高機(jī)器人機(jī)動(dòng)性，降低機(jī)器人能 源功耗；又可以在遇到障礙時(shí)采用跳躍運(yùn)動(dòng)的方式進(jìn)行越障。


圖1為本發(fā)明的仿蝗蟲彈跳翻轉(zhuǎn)機(jī)器人的側(cè)面結(jié)構(gòu)原理圖；
圖2為本發(fā)明的仿蝗蟲彈跳翻轉(zhuǎn)機(jī)器人的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的仿蝗蟲彈跳翻轉(zhuǎn)機(jī)器人，其較佳的具體實(shí)施方式
如圖1、圖2所示，包括 機(jī)體，所述機(jī)體上設(shè)有彈跳裝置和翻轉(zhuǎn)裝置，所述彈跳裝置包括 在所述機(jī)體的兩側(cè)分別安裝有前腿跳躍支撐桿和后腿跳躍支撐桿，所述前腿跳躍 支撐桿和后腿跳躍支撐桿的前端分別與機(jī)體鉸接； 所述前腿跳躍支撐桿和后腿跳躍支撐桿等長(zhǎng)并平行設(shè)置，所述機(jī)體兩側(cè)的前腿跳 躍支撐桿和后腿跳躍支撐桿的后端通過一個(gè)平行四桿機(jī)構(gòu)相互鉸接； 所述機(jī)體兩側(cè)的前腿跳躍支撐桿的前端分別固連有過渡桿，機(jī)體兩側(cè)的過渡桿的 末端通過一個(gè)連桿相連，所述連桿與所述機(jī)體之間設(shè)有彈簧； 所述彈簧有一根，連接于所述連桿的中部；或，所述彈簧有兩根，連接于所述連桿 的兩端。 所述機(jī)體兩側(cè)的前腿跳躍支撐桿通過一轉(zhuǎn)軸連接，所述轉(zhuǎn)軸連接有間歇轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置。 所述的間歇轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置包括相互嚙合的完整齒輪和缺齒齒輪，所述完整齒輪與
所述轉(zhuǎn)軸固連，所述缺齒齒輪通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 所述電機(jī)的輸出軸設(shè)有棘輪，所述棘輪與棘爪嚙合。 所述電機(jī)為直流有刷電機(jī)。 所述轉(zhuǎn)軸與所述前腿跳躍支撐桿的前端固連，并與機(jī)體鉸接。 所述翻轉(zhuǎn)裝置包括設(shè)于所述機(jī)體一側(cè)的翻轉(zhuǎn)桿件，所述翻轉(zhuǎn)桿件的一端與所述機(jī) 體鉸接。 所述翻轉(zhuǎn)桿件的一端與所述機(jī)體一側(cè)的過渡桿的末端固連。 本發(fā)明的仿蝗蟲彈跳翻轉(zhuǎn)機(jī)器人能夠平穩(wěn)起跳，跳躍理想距離，同時(shí)能夠在著陸 后機(jī)體可能出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)情況下能再次翻轉(zhuǎn)，進(jìn)而正面著地，實(shí)現(xiàn)連續(xù)跳躍、翻轉(zhuǎn)、耗能低，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制，適用于復(fù)雜環(huán)境的仿蝗蟲跳躍翻轉(zhuǎn)機(jī)器人。 具體實(shí)施例中，包括彈跳裝置和翻轉(zhuǎn)裝置，下面分別進(jìn)行描述 彈跳裝置 包括機(jī)體7，在機(jī)體7的兩側(cè)分別安裝有前腿跳躍支撐桿1和后腿跳躍支撐桿2， 前腿跳躍支撐桿1和后腿跳躍支撐桿2的前端分別與機(jī)體7鉸接。 前腿跳躍支撐桿1和后腿跳躍支撐桿2等長(zhǎng)并平行設(shè)置，機(jī)體7的兩側(cè)共四根支 撐桿1、2的后端通過一個(gè)平行四桿機(jī)構(gòu)5相互鉸接，形成四桿彈跳機(jī)構(gòu)。
機(jī)體7兩側(cè)的前腿跳躍支撐桿1的前端分別固連有過渡桿3，兩側(cè)的過渡桿3的末 端通過一個(gè)連桿相連，設(shè)一彈簧6，彈簧6 —端連接在該連桿的中點(diǎn)，另一端與機(jī)體7的前端 固連；也可以設(shè)置兩根彈簧6，分別連接在該連桿的兩端。 機(jī)體7兩側(cè)的前腿跳躍支撐桿1在機(jī)體7內(nèi)通過一轉(zhuǎn)軸8連接，轉(zhuǎn)軸8可以設(shè)置 在前腿跳躍支撐桿1與機(jī)體7的鉸接處，轉(zhuǎn)軸8可以與該處的鉸軸同心，或者直接將該處的 鉸軸作為轉(zhuǎn)軸8。 在機(jī)體7內(nèi)設(shè)置有能量存儲(chǔ)裝置、能量釋放裝置、控制電路和電源等，采用大功率 小體積大減速比的直流有刷電機(jī)9驅(qū)動(dòng)一個(gè)缺齒齒輪ll，缺齒齒輪11上固連一個(gè)棘輪13， 棘輪13與棘爪10配合限制運(yùn)動(dòng)的方向，保證電機(jī)9只往一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，這樣可以保證電機(jī) 9不會(huì)因?yàn)閺椈?拉力產(chǎn)生回轉(zhuǎn)。同時(shí)缺齒齒輪11與一個(gè)完整齒輪12相噬合，完整齒輪12 與在機(jī)體7內(nèi)連接兩側(cè)前腿跳躍支撐桿1的轉(zhuǎn)軸8固連，通過控制缺齒齒輪11的齒數(shù)實(shí)現(xiàn) 四桿彈跳機(jī)構(gòu)(與完整齒輪固連)的運(yùn)動(dòng)角度的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)彈跳機(jī)構(gòu)的彈出和收回。
其跳躍過程是這樣的電機(jī)控制缺齒齒輪11轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過與缺齒齒輪11的有齒部 分嚙合的完整齒輪12，使前腿跳躍支撐桿1和過渡桿3 —起做逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而彈簧6被拉 伸，實(shí)現(xiàn)能量存儲(chǔ)；當(dāng)電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)到缺齒齒輪11缺齒部分與完整齒輪12嚙合處，彈簧 6被松開，迅速收縮，帶動(dòng)支撐桿1、2作順時(shí)針運(yùn)動(dòng)，平行四桿機(jī)構(gòu)5快速向下觸地，通過與 地面接觸產(chǎn)生反作用力，實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)體的跳躍。
翻轉(zhuǎn)裝置 彈跳翻轉(zhuǎn)機(jī)器人為了跨越障礙進(jìn)行跳躍，在跳躍過程完成后，機(jī)器人可能發(fā)生翻 轉(zhuǎn)，此翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)能起到將機(jī)器人重新翻轉(zhuǎn)，使其正面著地的作用，從而增加了彈跳翻轉(zhuǎn)機(jī)器 人的地面適應(yīng)性。 翻轉(zhuǎn)裝置安裝在機(jī)體外側(cè)，包括翻轉(zhuǎn)桿件4，翻轉(zhuǎn)桿件4安裝在機(jī)器人機(jī)體7的一 側(cè)，當(dāng)機(jī)器人發(fā)生翻轉(zhuǎn)時(shí)，翻轉(zhuǎn)桿件4的末端支撐地面，這樣，機(jī)器人便有三點(diǎn)支撐著地，可 以通過電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)翻轉(zhuǎn)桿件4的轉(zhuǎn)動(dòng)，翻轉(zhuǎn)桿件4末端的著地點(diǎn)在地面的位置不斷改變， 機(jī)器人發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)器人的重心不斷發(fā)生改變，最后機(jī)器人依靠自身重力實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)。
具體翻轉(zhuǎn)桿件4的一端可以與機(jī)體7 —側(cè)的過渡桿3的末端固連。這樣翻轉(zhuǎn)桿件 4可以與彈跳裝置的前腿跳躍支撐桿1共用一個(gè)轉(zhuǎn)軸8，固定連接，通過電機(jī)9驅(qū)動(dòng)，使彈跳 裝置和翻轉(zhuǎn)裝置共用一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。 翻轉(zhuǎn)桿件4和支撐桿1、2以及平行四桿機(jī)構(gòu)5和過渡桿3及其連桿上可以分別或 單獨(dú)打有減重孔，減輕重量，提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)能力。 翻轉(zhuǎn)裝置從仿生學(xué)出發(fā)，模仿了蝗蟲依靠其后腿支撐用力實(shí)現(xiàn)身體的旋轉(zhuǎn)從而翻 轉(zhuǎn)的過程，該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，高效。
本發(fā)明中，彈跳翻轉(zhuǎn)機(jī)器人通過電機(jī)帶動(dòng)翻轉(zhuǎn)桿件轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)，對(duì)帶動(dòng)翻轉(zhuǎn)桿
件轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)優(yōu)化，彈跳翻轉(zhuǎn)機(jī)器人的機(jī)體采用四桿彈跳機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的跳
躍，四桿彈跳機(jī)構(gòu)使用間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)缺齒齒輪進(jìn)行傳動(dòng)，通過使用大扭矩低轉(zhuǎn)速的直流電
機(jī)帶動(dòng)一個(gè)缺齒齒輪，將其與另一個(gè)完整齒輪相噬合，然后用完整齒輪帶動(dòng)四桿彈跳機(jī)構(gòu)
的傳動(dòng)軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，使四桿機(jī)構(gòu)完成拉伸和釋放彈簧進(jìn)而實(shí)現(xiàn)跳躍運(yùn)動(dòng)； 同時(shí)，四桿彈跳機(jī)構(gòu)和翻轉(zhuǎn)桿件共用一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，兩者固定連接，有一個(gè)自由度，
當(dāng)機(jī)器人正面著地時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使機(jī)器人轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)彈跳功能。跳躍完成后，若機(jī)器人落地
時(shí)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，機(jī)器人反面著地，翻轉(zhuǎn)桿件支撐地面，電機(jī)驅(qū)動(dòng)翻轉(zhuǎn)桿件轉(zhuǎn)動(dòng)，通過翻轉(zhuǎn)桿件
改變機(jī)器人的位姿實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的翻轉(zhuǎn)功能。 —個(gè)具體實(shí)施例 前腿跳躍支撐桿1與機(jī)體鉸接位置位于機(jī)體中間，且和后腿跳躍支撐桿2與機(jī)體 鉸接位置距離4.7cm，兩者連線與水平方向夾角為25。； 前腿跳躍支撐桿1長(zhǎng)度為9cm，與后腿跳躍支撐桿2平行而且等長(zhǎng)，與支撐桿1和 支撐桿2后端鉸接的連桿長(zhǎng)度也為4. 7cm ; 過渡桿3長(zhǎng)度為3. 5cm，其末端的連桿中點(diǎn)和機(jī)體之間用一彈簧相連，彈簧剛度系 數(shù)8N/cm，原長(zhǎng)5. 7cm。 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種仿蝗蟲彈跳翻轉(zhuǎn)機(jī)器人，包括機(jī)體，其特征在于，所述機(jī)體上設(shè)有彈跳裝置和翻轉(zhuǎn)裝置，所述彈跳裝置包括在所述機(jī)體的兩側(cè)分別安裝有前腿跳躍支撐桿和后腿跳躍支撐桿，所述前腿跳躍支撐桿和后腿跳躍支撐桿的前端分別與機(jī)體鉸接；所述前腿跳躍支撐桿和后腿跳躍支撐桿等長(zhǎng)并平行設(shè)置，所述機(jī)體兩側(cè)的前腿跳躍支撐桿和后腿跳躍支撐桿的后端通過一個(gè)平行四桿機(jī)構(gòu)相互鉸接；所述機(jī)體兩側(cè)的前腿跳躍支撐桿的前端分別固連有過渡桿，機(jī)體兩側(cè)的過渡桿的末端通過一個(gè)連桿相連，所述連桿與所述機(jī)體之間設(shè)有彈簧；所述機(jī)體兩側(cè)的前腿跳躍支撐桿通過一轉(zhuǎn)軸連接，所述轉(zhuǎn)軸連接有間歇轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿蝗蟲彈跳翻轉(zhuǎn)機(jī)器人，其特征在于，所述的間歇轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng) 裝置包括相互嚙合的完整齒輪和缺齒齒輪，所述完整齒輪與所述轉(zhuǎn)軸固連，所述缺齒齒輪 通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的仿蝗蟲彈跳翻轉(zhuǎn)機(jī)器人，其特征在于，所述電機(jī)的輸出軸設(shè) 有棘輪，所述棘輪與棘爪嚙合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的仿蝗蟲彈跳翻轉(zhuǎn)機(jī)器人，其特征在于，所述電機(jī)為直流有刷 電機(jī)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿蝗蟲彈跳翻轉(zhuǎn)機(jī)器人，其特征在于，所述彈簧有一根，連接 于所述連桿的中部；或，所述彈簧有兩根，連接于所述連桿的兩端。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿蝗蟲彈跳翻轉(zhuǎn)機(jī)器人，其特征在于，所述轉(zhuǎn)軸與所述前腿 跳躍支撐桿的前端固連，并與機(jī)體鉸接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿蝗蟲彈跳翻轉(zhuǎn)機(jī)器人，其特征在于，所述翻轉(zhuǎn)裝置包括設(shè) 于所述機(jī)體一側(cè)的翻轉(zhuǎn)桿件，所述翻轉(zhuǎn)桿件的一端與所述機(jī)體鉸接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的仿蝗蟲彈跳翻轉(zhuǎn)機(jī)器人，其特征在于，所述翻轉(zhuǎn)桿件的一端 與所述機(jī)體一側(cè)的過渡桿的末端固連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種仿蝗蟲彈跳翻轉(zhuǎn)機(jī)器人，機(jī)體的兩側(cè)分別安裝有前腿跳躍支撐桿和后腿跳躍支撐桿，前腿跳躍支撐桿和后腿跳躍支撐桿等長(zhǎng)并平行設(shè)置，其前端分別與機(jī)體鉸接，后端通過一個(gè)平行四桿機(jī)構(gòu)相互鉸接；前腿跳躍支撐桿的前端固連有過渡桿并與機(jī)體之間設(shè)有彈簧；前腿跳躍支撐桿通過相互嚙合的完整齒輪和缺齒齒輪驅(qū)動(dòng)，間歇驅(qū)動(dòng)前腿跳躍支撐桿轉(zhuǎn)動(dòng)，形成能量存儲(chǔ)和釋放，實(shí)現(xiàn)跳躍。機(jī)體一側(cè)的過渡桿的末端固連有翻轉(zhuǎn)桿件，形成翻轉(zhuǎn)裝置。能夠平穩(wěn)起跳，同時(shí)能夠在著陸后機(jī)體可能出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)情況下能再次翻轉(zhuǎn)，進(jìn)而正面著地，實(shí)現(xiàn)連續(xù)跳躍、翻轉(zhuǎn)、耗能低，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制，適用于復(fù)雜環(huán)境的仿蝗蟲跳躍翻轉(zhuǎn)機(jī)器人。
文檔編號(hào)B62D57/032GK101716962SQ200910237689
公開日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月16日
發(fā)明者沈奇, 王田苗, 鄭萬軍, 陳殿生, 黃宇 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)