專利名稱：基于介電型eap驅(qū)動的機(jī)器人垂直彈跳機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及彈跳機(jī)器人，尤其涉及一種垂直彈跳機(jī)器人。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，移動機(jī)器人應(yīng)用十分廣泛，特別是較為險(xiǎn)惡或人們不易到達(dá)的環(huán)境，如考古 中對墓室的探測、對外星球的探索、軍事偵察以及反恐活動等。上述的這些場合一般地勢較 為復(fù)雜，可能存在各種障礙物，這就要求機(jī)器人具有很強(qiáng)的自主運(yùn)動能力，越過這些障礙。 而當(dāng)前機(jī)器人的運(yùn)動方式主要是多輪驅(qū)動和仿生的步行或爬行，對于一些較高大的障礙， 上述機(jī)器人的的運(yùn)動形式難以逾越或越障效率低。介電型EAP是一種新型智能材料，較其它智能材料和傳統(tǒng)的電磁技術(shù)相比有很 多優(yōu)點(diǎn)可以直接對外做功、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕；動作平滑、無相對磨擦運(yùn)動部件、 無熱、無噪聲；功率質(zhì)量比大、能量轉(zhuǎn)換效率高；變形大，可產(chǎn)生較大位移、響應(yīng)速度快等優(yōu) 點(diǎn)，在驅(qū)動方面有著誘人的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于對于具有行走功能的機(jī)器人提供一種垂直彈跳機(jī)構(gòu)，使其在遇有 障礙物時(shí)，能夠高效快速地逾越，其具體技術(shù)方案如下
一種基于介電型EAP驅(qū)動的機(jī)器人垂直彈跳機(jī)構(gòu)，其特征在于包括底座、垂直固定 于底座上的側(cè)導(dǎo)柱、安裝于側(cè)導(dǎo)柱上可沿側(cè)導(dǎo)柱上下自由移動的上蓋板；還包括安裝于上 蓋板的由左固定桿、右固定桿、上導(dǎo)向槽、下導(dǎo)向槽組成的EAP驅(qū)動器安裝框；還包括通過 第一小圓柱銷固定于上蓋板的支撐板，支撐板上安裝有與中心圓柱凸輪的棘輪結(jié)構(gòu)配合的 止動棘爪；通過安裝于止動棘爪背面的彈簧絲給止動棘爪提供預(yù)壓力；還包括安裝于上蓋 板的由支撐板、止動棘爪、彈簧絲、第一小圓柱銷組成的反轉(zhuǎn)止動棘爪組件；還包括安裝于 EAP驅(qū)動器安裝框內(nèi)的EAP驅(qū)動器組件，EAP驅(qū)動器組件包括滑動桿、兩面涂有電極的EAP 驅(qū)動器、棘爪安裝桿、驅(qū)動棘爪；上述滑動桿安裝于EAP驅(qū)動器安裝框的上導(dǎo)向槽與下導(dǎo)向 槽之間，EAP驅(qū)動器一端與滑動桿固連，另一端與右固定桿固連并安裝于上導(dǎo)向槽與下導(dǎo) 向槽之間，棘爪安裝桿一端穿過右固定桿上的導(dǎo)向孔并與滑動桿固連；上述驅(qū)動棘爪通過 第三小圓柱銷安裝于棘爪安裝桿上，并且通過安裝于棘爪背面的彈簧絲提供預(yù)壓力，通過 安裝于棘爪正面的第二小圓柱銷限位；還包括固定于底座上的中心導(dǎo)柱，還包括通過推力 軸承安裝于上蓋板中心的通過中心盲孔與中心導(dǎo)柱配合的中心圓柱凸輪；中心圓柱凸輪上 端外表面具有與上述驅(qū)動棘爪配合的棘輪結(jié)構(gòu)；中心圓柱凸輪下部外表面具有螺旋形凹槽 結(jié)構(gòu)，螺旋形凹槽沿中心圓柱凸輪360度展開為兩條斜凹槽和兩條豎直凹槽，一條斜凹槽 的末端與另一條斜凹槽的首端各通過一條豎直凹槽連接；該基于介電型EAP驅(qū)動的機(jī)器人 垂直彈跳機(jī)構(gòu)還包括兩個(gè)對稱固定于相應(yīng)側(cè)導(dǎo)柱上的與中心圓柱凸輪的凹槽配合的凸起 桿；該基于介電型EAP驅(qū)動的機(jī)器人垂直彈跳機(jī)構(gòu)還包括兩個(gè)鉸接于上蓋板和底座之間的 折桿機(jī)構(gòu)，每個(gè)折桿機(jī)構(gòu)包括一根一端與上蓋板通過第一圓柱銷鉸接的上斜桿、一根一端與底座通過第二圓柱銷鉸接的下斜桿，且上斜桿與下斜桿之間通過第三圓柱銷相互鉸接； 兩個(gè)折桿機(jī)構(gòu)之間的通過水平拉伸彈簧連接。本發(fā)明的有益效果是1.本發(fā)明利用介電型EAP驅(qū)動器通電時(shí)產(chǎn)生位移，不通電 時(shí)恢復(fù)初始尺寸，再結(jié)合棘爪棘輪機(jī)構(gòu)能帶動中心圓柱凸輪實(shí)現(xiàn)單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。2.本發(fā)明 利用中心圓柱凸輪轉(zhuǎn)動時(shí)其外表面上的螺旋槽受外力作用會同時(shí)向下移動，帶動六桿機(jī)構(gòu) 發(fā)生變形，機(jī)構(gòu)重心下移，同時(shí)拉伸彈簧產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，使機(jī)器人產(chǎn)生跳躍，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡潔，運(yùn) 動可靠性高。3.本發(fā)明的機(jī)器人彈跳運(yùn)動與移動運(yùn)動方式相結(jié)合可以越過數(shù)倍于自身的 高度，可以顯著地提高機(jī)器人的越障能力和活動范圍，在考古、反恐、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域有著 廣泛的應(yīng)用前景。4.本發(fā)明的機(jī)器人可作為對外星探測的一種較佳運(yùn)動機(jī)構(gòu)，因?yàn)橐话阃?星球，例如月球與火星表面重力加速度明顯低于地球，彈跳運(yùn)動可以充分利用這一點(diǎn)，從而 完成高效率的運(yùn)動。上述第一圓柱銷、第二圓柱銷、第三圓柱銷上安裝有用于軸向鉸接定位的卡簧。上述水平拉伸彈簧可以安裝于第三圓柱銷上。水平拉伸彈簧安裝于該位置上，可 使彈簧獲得最大的變形量，提高機(jī)構(gòu)彈跳能力。


圖1為本發(fā)明垂直彈跳機(jī)構(gòu)主視圖； 圖2為圖1所示垂直彈跳機(jī)構(gòu)的俯視圖； 圖3為圖1所示垂直彈跳機(jī)構(gòu)的左視圖4為圖1所示垂直彈跳機(jī)構(gòu)中的上端加工有棘輪結(jié)構(gòu)的圓柱凸輪圖； 圖5為圖1所示垂直彈跳機(jī)構(gòu)中的EAP驅(qū)動棘爪三維部件圖； 圖6為圖1所示垂直彈跳機(jī)構(gòu)中的EAP驅(qū)動棘爪部件圖； 圖7為圖1所示垂直彈跳機(jī)構(gòu)中的反轉(zhuǎn)止動棘爪部件立體圖； 圖8為圖1所示垂直彈跳機(jī)構(gòu)中的反轉(zhuǎn)止動棘爪部件平面圖； 圖9為圖1所示垂直彈跳機(jī)構(gòu)中的上蓋板立體圖； 圖10為圖1所示垂直彈跳機(jī)構(gòu)中的圓柱凸輪上的螺旋形凹槽展開圖； 圖11為圖1所示垂直彈跳機(jī)構(gòu)三維圖中標(biāo)號名稱1、上蓋板、2、推力軸承、3、滑動桿、4、電極、5、上導(dǎo)向槽、6、下導(dǎo)向槽、7、 EAP驅(qū)動器、8、右固定桿、9、棘爪安裝桿、10、上斜桿、11、第三圓柱銷、12、下斜桿、13、底座、 14、中心導(dǎo)柱、15、側(cè)導(dǎo)柱、16、左固定桿、17、止動棘爪、18、第一小圓柱銷、19、支撐板、20、第 三小圓柱銷、21、第二小圓柱銷、22、彈簧絲、23、驅(qū)動棘爪、24、中心圓柱凸輪、25、彈簧、26、 卡簧、27、螺母、28、橫桿、29、螺釘、30、第二圓柱銷、31、第一圓柱銷。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述
一種機(jī)器人的垂直彈跳機(jī)構(gòu)，包括介電型EAP驅(qū)動器7、中心圓柱凸輪M、棘爪棘輪機(jī) 構(gòu)、反轉(zhuǎn)止動棘爪部件(包括止動棘爪17、兩個(gè)第一小圓柱銷18、支撐板19、彈簧絲22)、六 桿機(jī)構(gòu)(包括上蓋板1、底座13、上斜桿10、下斜桿12)、中心導(dǎo)柱14、四個(gè)側(cè)導(dǎo)柱15、橫桿 觀、拉伸彈簧25。介電型EAP驅(qū)動器7的前后兩面涂有電極4。中心圓柱凸輪M的上端做有棘輪結(jié)構(gòu)。四個(gè)側(cè)導(dǎo)柱15上固定安裝橫桿觀，兩個(gè)橫桿觀的中間分別加工有凸起桿，橫 桿觀上的凸起桿與中心圓柱凸輪M的凹槽配合；
上導(dǎo)向槽5、下導(dǎo)向槽6與左固定桿16、右固定桿8組成EAP驅(qū)動器7的支撐框，在中 心圓柱凸輪M的前后位置對稱布置兩個(gè)EAP驅(qū)動器7的支撐框。前面支撐框的左固定桿 16、右固定桿8的上端分別與上蓋板1固定安裝，左固定桿16、右固定桿8的下端分別與下 導(dǎo)向槽6固定安裝。右固定桿8的中間位置開有導(dǎo)向孔，上導(dǎo)向槽5與上蓋板1固定連接， 介電型EAP驅(qū)動器7的左、右端部分別與滑動桿3、右固定桿8固定連接?；瑒訔U3的上、下 端部可以分別沿著上導(dǎo)向槽5、下導(dǎo)向槽6滑動。棘爪安裝桿9的前端與滑動桿3的中部固 定連接，棘爪安裝桿9的后部可以沿右固定桿8中間位置的導(dǎo)向孔左右運(yùn)動，驅(qū)動棘爪23 通過第三小圓柱銷20安裝在棘爪安裝桿9的折板上，并且通過安裝于驅(qū)動棘爪23背面的 彈簧絲22提供預(yù)壓力，通過安裝于棘爪正面的第二小圓柱銷21限位，使得驅(qū)動棘爪23前 進(jìn)時(shí)可以推動棘輪朝一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，而驅(qū)動棘爪23后退時(shí)不帶動棘輪旋轉(zhuǎn)。推力軸承2的內(nèi)圈和中心圓柱凸輪M向上伸出來的凸輪軸過盈配合，凸輪軸的末 端做有螺紋，用一個(gè)旋在凸輪軸螺紋上的螺母27壓住推力軸承2的上端。中心圓柱凸輪 24的外表面上開有兩個(gè)螺旋形凹槽與兩個(gè)豎直形凹槽，凹槽沿圓柱360度展開為兩條斜凹 槽和兩條豎直凹槽，一條斜凹槽的末端與另一條斜凹槽的首端各通過一條豎直凹槽連接； 兩個(gè)斜桿10分別通過第一圓柱銷31連接在上蓋板1上，兩個(gè)斜桿12分別通過第二圓柱銷 30連接在底座13上，斜桿10與斜桿12連接處插入第三圓柱銷11，并通過兩片卡簧沈使 得上斜桿10與下斜桿12緊靠在一起。反轉(zhuǎn)止動棘爪部件由止動棘爪17、兩個(gè)第一小圓柱銷18、支撐板19、彈簧絲22組 成，止動棘爪17與中心圓柱凸輪M上端的棘輪配合，使得棘輪只能單向旋轉(zhuǎn)，阻止中心圓 柱凸輪M反向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。給EAP驅(qū)動器7的前后兩面上的電極4逐漸施加高電壓時(shí)，EAP驅(qū)動器7在上導(dǎo) 向槽5、下導(dǎo)向槽6的導(dǎo)向作用下沿導(dǎo)向槽的方向逐漸伸展變長，同時(shí)帶動棘爪安裝桿9移 動，棘爪安裝桿9折板上安裝的驅(qū)動棘爪23隨著向前移動，EAP驅(qū)動器帶動驅(qū)動棘爪23正 向運(yùn)動時(shí)，驅(qū)動棘爪23輪流推動棘輪，使得中心圓柱凸輪M旋轉(zhuǎn)一定角度，中心圓柱凸輪 24下端中心處開有一定深度的盲孔，中心圓柱凸輪M旋轉(zhuǎn)時(shí)在橫桿觀上凸起桿的作用下 會同時(shí)沿著中心導(dǎo)柱14向下移動，同時(shí)帶動上蓋板1、推力軸承2等零件向下移動，六桿機(jī) 構(gòu)發(fā)生變形，彈簧25逐漸被拉長，儲存彈性勢能。當(dāng)橫桿觀上凸起桿沿著螺旋形凹槽相對 運(yùn)動到豎直凹槽上端時(shí)，彈簧25被拉伸到最長，中心圓柱凸輪M不再受橫桿觀上凸起桿 豎直方向的作用力，此時(shí)彈簧25突然收縮，帶動四個(gè)斜桿，使上蓋板1等零件向上運(yùn)動，帶 動整個(gè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)離地跳起，最終機(jī)構(gòu)跳起。由于物體的慣性，垂直彈跳機(jī)器人會以一定的 速度離開地面作上下彈跳運(yùn)動。若機(jī)器人此前是以一定的速度做水平運(yùn)動，向上彈跳運(yùn)動 與慣性的水平運(yùn)動的結(jié)合就形成了逾越障礙的跳躍運(yùn)動。當(dāng)垂直彈跳機(jī)器人再次落地時(shí)， 便可再次進(jìn)入彈跳的開始階段。
權(quán)利要求
1.一種基于介電型EAP驅(qū)動的機(jī)器人垂直彈跳機(jī)構(gòu)，其特征在于包括底座(13)、垂直固定于底座(13)上的側(cè)導(dǎo)柱(15)、安裝于側(cè)導(dǎo)柱上可沿側(cè)導(dǎo)柱上 下自由移動的上蓋板(1);還包括安裝于上蓋板(1)的由左固定桿(16)、右固定桿(8)、上導(dǎo)向槽(5)、下導(dǎo)向槽 (6)組成的EAP驅(qū)動器安裝框；還包括安裝于EAP驅(qū)動器安裝框內(nèi)的EAP驅(qū)動器組件，EAP驅(qū)動器組件包括滑動桿 (3)、兩面涂有電極(4)的EAP驅(qū)動器、棘爪安裝桿(9)、驅(qū)動棘爪(23);上述滑動桿(3)安裝 于EAP驅(qū)動器安裝框的上導(dǎo)向槽(5)與下導(dǎo)向槽(6)之間，EAP驅(qū)動器一端與滑動桿(3) 固連，另一端與右固定桿(8)固連并安裝于上導(dǎo)向槽(5)與下導(dǎo)向槽(6)之間，棘爪安裝桿(9)一端穿過右固定桿(8)上的導(dǎo)向孔并與滑動桿(3)固連；上述驅(qū)動棘爪(23)通過第三 小圓柱銷(20 )安裝于棘爪安裝桿(9 )上，并且通過安裝于棘爪背面的彈簧絲(22 )提供預(yù)壓 力，通過安裝于棘爪正面的第二小圓柱銷(21)限位；還包括固定于底座(13 )上的中心導(dǎo)柱(14)，還包括通過推力軸承(2)安裝于上蓋板 (1)中心的通過中心盲孔與中心導(dǎo)柱(14)配合的中心圓柱凸輪(24);中心圓柱凸輪(24)上 端外表面具有與上述驅(qū)動棘爪(23)配合的棘輪結(jié)構(gòu)；中心圓柱凸輪(24)下部外表面具有 螺旋形凹槽結(jié)構(gòu)，螺旋形凹槽沿中心圓柱凸輪360度展開為兩條斜凹槽和兩條豎直凹槽， 一條斜凹槽的末端與另一條斜凹槽的首端各通過一條豎直凹槽連接；還包括通過第一小圓柱銷(18)固定于上蓋板(1)的支撐板(19)，支撐板(19)上安裝有 與中心圓柱凸輪(24)的棘輪結(jié)構(gòu)配合的止動棘爪(17);通過安裝于止動棘爪背面的彈簧絲 給止動棘爪(17)提供預(yù)壓力；該基于介電型EAP驅(qū)動的機(jī)器人垂直彈跳機(jī)構(gòu)還包括兩個(gè)對稱固定于相應(yīng)側(cè)導(dǎo)柱 (15)上的與中心圓柱凸輪(24)的凹槽配合的凸起桿；該基于介電型EAP驅(qū)動的機(jī)器人垂直彈跳機(jī)構(gòu)還包括兩個(gè)鉸接于上蓋板(1)和底 座(13)之間的折桿機(jī)構(gòu)，每個(gè)折桿機(jī)構(gòu)包括一根一端與上蓋板(1)通過第一圓柱銷(31)鉸 接的上斜桿(10)、一根一端與底座(13)通過第二圓柱銷(30)鉸接的下斜桿(12)，且上斜桿(10)與下斜桿(12)之間通過第三圓柱銷(11)相互鉸接；兩個(gè)折桿機(jī)構(gòu)之間通過水平拉伸 彈簧(25)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于介電型EAP驅(qū)動的機(jī)器人垂直彈跳機(jī)構(gòu)，其特征在于 上述第一圓柱銷(31)、第二圓柱銷(30)、第三圓柱銷(11)上安裝有用于鉸接定位的卡簧(洸)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于介電型EAP驅(qū)動的機(jī)器人垂直彈跳機(jī)構(gòu)，其特征在于 上述水平拉伸彈簧(25 )安裝于第三圓柱銷(11)上。
全文摘要
一種基于介電型EAP驅(qū)動的機(jī)器人垂直彈跳機(jī)構(gòu)，屬于彈跳機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。包括底座(13)、上蓋板(1)、EAP驅(qū)動器組件、中心導(dǎo)柱(14)，中心圓柱凸輪(24)，中心圓柱凸輪(24)上具有棘輪結(jié)構(gòu)和凹槽結(jié)構(gòu)。棘輪結(jié)構(gòu)與EAP驅(qū)動器組件中的棘爪配合。還包括兩個(gè)對稱固定于相應(yīng)側(cè)導(dǎo)柱(15)上的與中心圓柱凸輪(24)的凹槽配合的凸起桿；還包括兩個(gè)鉸接于上蓋板(1)和底座(13)之間的折桿機(jī)構(gòu)。本發(fā)明利用介電型EAP驅(qū)動器通過棘爪棘輪機(jī)構(gòu)帶動中心圓柱凸輪單向旋轉(zhuǎn)，中心圓柱凸輪轉(zhuǎn)動時(shí)其外表面上的螺旋型凹槽受外力作用會同時(shí)向下移動，帶動六桿機(jī)構(gòu)發(fā)生變形，機(jī)構(gòu)重心下移，同時(shí)拉伸彈簧產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，使機(jī)器人產(chǎn)生跳躍，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡潔，運(yùn)動可靠性高。
文檔編號B62D57/04GK102092430SQ20101061701
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者趙東標(biāo), 閆華 申請人:南京工程學(xué)院, 南京航空航天大學(xué)