新型地況適應性跳躍機器人的彈跳動力腿的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種新型地況適應性跳躍機器人的彈跳動力腿，其特征在于：包括水平的支撐板，支撐板中心處設有彈跳腿，彈跳腿包括蹬腳，蹬腳上方與彈簧導柱及脫扣桿連接，彈簧導柱外套設動力彈簧，動力彈簧下端壓住蹬腳，上端抵住支撐板；第一外部動力帶動動力彈簧壓縮儲能；蹬腳上端還分別與一對對稱的二連桿鉸接，一對二連桿的上端分別與平行四邊形連桿機構的端部通過轉動副連接，平行四邊形連桿機構與水平齒條固接，齒條與齒輪嚙合，構成齒輪齒條傳動機構；二連桿上端還與豎直的頂桿通過轉動副連接，頂桿與支撐板固定連接，頂桿上端與連桿鉸接，連桿與死點推桿鉸接，死點推桿空套于豎直的死點推桿導套中。
【專利說明】新型地況適應性跳躍機器人的彈跳動力腿
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種跳躍機器人彈跳動力腿，具體來說，是一種新型地況適應性跳躍機器人的彈跳動力腿，屬于跳躍機器人【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著現(xiàn)代機器人應用范圍的日益廣泛和機器人工作環(huán)境的日趨惡劣。諸如考古探測、星際探索、軍事偵察以及反恐活動等任務，對機器人的性能也提出了更高的要求，其本身應具有較強的地形適應能力及自主運動能力。相對于采用爬行或履帶運動方式的移動機器人，跳躍機器人可以輕而易舉地躍過比自身尺寸大幾倍的障礙物或溝渠，具有運動靈活性高、活動范圍廣、躲避風險能力強的特點，因此更適合在復雜和不可預測的環(huán)境下工作。在跳躍機器人的整個運動過程當中，彈跳機構是整個機器人模型當中最重要也是最關鍵的機構，它關系到機器人彈跳性能的優(yōu)劣，進而決定了整個機器人性能的優(yōu)劣。在現(xiàn)有跳躍機器人的彈跳機構當中，一般采用的方法是利用氣缸、彈簧、繩索、活塞、液壓缸等裝置進而輔之以其他裝置來實現(xiàn)跳躍機器人的彈跳動作，或者是根據(jù)仿生學原理，模仿各種動物的運動機理進而完成跳躍動作。
[0003]現(xiàn)有技術中使用儲能彈簧作為彈跳動力的跳躍機器人，其跳躍動力機構的簡圖如圖1所示，該種機構是采用平行四邊形的連桿機構，以及水平設置的拉簧，拉簧拉伸時儲能，收縮時釋能，這種跳躍動力機構具有彈簧能量利用率低，彈跳高度受限等缺點。而且，由于跳躍機器人所處的工作環(huán)境下的地形往往很復雜，因而跳躍機器人動力腿與地面的間距往往是不斷變化的，這就導致了動力腿與地面接觸時，其他支撐腿接觸不到地面；或當其他支撐腿與地面接觸時，動力腿接觸不到地面，這就會大大影響能量的轉化率和機器人的彈跳高度。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明旨在提供一種操作簡單、結構緊湊、穩(wěn)定性和能量利用率高，而且可適應地況變化情況下的跳躍機器人的彈跳動力腿，用以解決以上所述缺陷。
[0005]本發(fā)明采取以下技術方案:
[0006]一種新型地況適應性跳躍機器人的彈跳動力腿，它是跳躍機器人的一部分，跳躍機器人的彈跳動力腿機構包括水平的支撐板4，所述支撐板4下方固定3-4個支撐腿，支撐板4中心處設有彈跳腿，所述彈跳腿包括蹬腳19，蹬腳19上方與彈簧導柱及脫扣桿18連接，彈簧導柱外套設動力彈簧21，動力彈簧下端壓住蹬腳19，上端抵住支撐板4，所述脫扣桿18上端設有脫扣觸頭39，所述彈簧導柱上端設有平鉤36 ;所述支撐板4上固定設有立板1，所述立板1分別與凸輪31，L形連桿30，翹桿34，和脫扣件3鉸接；當?shù)谝煌獠縿恿油馆?1順時針旋轉時，壓下翹桿34 —端，翹桿34繞固定支架旋轉，另一端抬起，使平鉤36上抬，平鉤36連同彈簧導柱帶動彈跳腿上抬，彈簧被壓縮從而進行儲能，直至脫扣觸頭39鎖定到脫扣件3上，動力彈黃21完成能量的儲存；[0007]所述蹬腳19上端還分別與一對對稱的二連桿41鉸接，所述一對二連桿41的上端分別與平行四邊形連桿機構44的端部通過轉動副連接，所述平行四邊形連桿機構44與左側的水平齒條42固接，齒條42與齒輪43嚙合，構成齒輪齒條傳動機構；二連桿41上端還與豎直的頂桿46通過轉動副連接，頂桿46與支撐板4固定連接，頂桿46上端與連桿47鉸接，連桿47與死點推桿鉸接，死點推桿48穿插在豎直的死點推桿導套中；第二外部動力帶動齒輪a43轉動，齒輪a43的轉動帶動齒條a42水平移動，進而帶動平行四邊形連桿機構44完成收縮和釋放動作，，二連桿41通過頂桿46帶動支撐板4上下移動，進而調整蹬腳19與地面的距離以及死點推桿48與二連桿41的間距；立板1上還設有一對腰型孔，L形連桿30端部的第一銷軸插在第一腰型孔內，脫扣件3端部的第二銷軸插在第二腰型孔內，第一、第二銷軸分別與長桿45通過轉動副連接；當?shù)谝煌獠縿恿油馆?4繼續(xù)轉動時,動力凸輪34帶動L形連桿30逆時針轉動，長桿45 —端的第一銷軸在第一腰型孔內逆時針轉動，進而驅動長桿另一端的第二銷軸在第二腰型孔內順時針轉動，脫口觸頭39與脫扣件3脫離，動力彈簧21被釋放，所述彈跳動力腿機構向上跳起。與此同時，死點推桿48在自重和慣性力的作用下沖擊二連桿41，二連桿彎曲，死點被破除。
[0008]本技術方案的特點是:通過一整套傳動系統(tǒng)，實現(xiàn)了動力彈簧的儲能；蹬腳與地面距離的調整；動力彈簧的釋能；彈跳動力腿機構向上跳起時死點推桿在自身重力和慣性力的作用下?lián)舸蚨B桿的死點處，從而將死點破壞，便于再次儲能和跳躍。二連桿的作用是帶動支撐板上下移動，實現(xiàn)彈跳腿與地面距離的自適應調節(jié)，盡量在能量釋放前使蹬腳與地面接觸，提高能量的利用率，增大蹬腳對地面的瞬時沖擊力，提高彈跳高度。
[0009]進一步的，所述動力彈簧21的脫扣動力與所述第一外部動力為同一動力源。
[0010]進一步的，所述死點推桿導套上還設有齒條b，所述齒條b與齒輪b49嚙合。
[0011]進一步的，左右兩側的死點推桿導套還通過導套支架相互連接，形成一個整體。
[0012]進一步的，支撐板4下部與三個支撐腿11固定連接，所述支撐腿11分為相互鉸接的上部和下部17，上部和下部17分別與支撐腿彈簧15的兩端連接。
[0013]進一步的，所述新型地況適應性跳躍機器人的彈跳動力腿上還設有位移傳感器，用于檢測蹬腳19與地面的距離。
[0014]本發(fā)明的有益效果在于:
[0015]1)彈簧能量的利用率高，蹬腳對地面的瞬時沖擊力大，彈跳高度高。
[0016]2)彈跳動力腿機構的能量轉化率高。
[0017]3)結構緊湊，穩(wěn)定性好，控制方便，操作簡單，動力機構少。
[0018]4)可以根據(jù)地面的實際情況對彈跳動力腿與地面的間距進行自適應調節(jié)，適合在復雜地形的條件下使用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是現(xiàn)有技術的跳躍機器人動力腿機構的原理簡圖。
[0020]圖2是新型地況適應性跳躍機器人的正面示意圖。
[0021]圖3是圖2中A-A向的剖視圖，主要顯示了新型地況適應性跳躍機器人的彈跳動力腿。
[0022]圖4是圖2的放大示意圖。[0023]圖5是圖3的放大示意圖。
[0024]圖6是新型地況適應性跳躍機器人的立體示意圖。
[0025]圖7是新型地況適應性跳躍機器人的正面效果示意圖。
[0026]圖8是新型地況適應性跳躍機器人的反面效果示意圖。
[0027]圖9是當立板為透明材質時，新型地況適應性跳躍機器人的正面示意圖。
[0028]圖中，1.立板，2.第二銷軸，3.脫扣件，4.支撐板，11.支撐腿，15.支撐腿彈簧，17.支撐腿下部，18.脫扣桿，19.蹬腳，21.動力彈簧，30.L形連桿，30a.L形連桿與立板的鉸接處，31.凸輪，31a.凸輪與立板的鉸接處，34.翹桿，34a.翹桿與立板的鉸接處，36.平鉤，39.脫扣觸頭，41.二連桿，42.齒條a，43.齒輪a，44.平行四邊形連桿機構，45.長桿，46.頂桿，47.連桿，48.死點推桿，49.齒輪b，50.復位彈簧。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0030]新型地況適應性跳躍機器人的彈跳動力腿主要包括動力彈簧21，死點推桿導套，死點推桿48，撐腳彈簧15，蹬腳19，支撐板4，齒輪a，齒條a，齒輪b，齒條b，平行四邊形機構44等。
[0031]參見圖2-9，一種新型地況適應性跳躍機器人，包括水平的支撐板4，所述支撐板4下方固定3-4個支撐腿，支撐板4中心處設有彈跳腿，所述彈跳腿包括蹬腳19，蹬腳19上方與彈簧導柱及脫扣桿18連接，彈簧導柱外套設動力彈簧21，動力彈簧下端壓住蹬腳19，上端抵住支撐板4，所述脫扣桿18上端設有脫扣觸頭39，所述彈簧導柱上端設有平鉤36 ；所述支撐板4上固定設有立板1，所述立板1分別與凸輪31，L形連桿30，翹桿34，和脫扣件3鉸接；當?shù)谝煌獠縿恿油馆?1順時針旋轉時，壓下翹桿34 —端，翹桿34繞固定支架旋轉，另一端抬起，使平鉤36上抬，平鉤36的上抬帶動彈簧導柱上移，動力彈簧被壓縮，直至脫扣觸頭39鎖定到脫扣件3上，動力彈簧21完成能量的儲存；所述蹬腳19上端還分別與一對對稱的二連桿41鉸接，所述一對二連桿41的上端分別與平行四邊形連桿機構44的端部通過轉動副連接，所述平行四邊形連桿機構44與左側的水平齒條42固接，齒條42與齒輪43嚙合，構成齒輪齒條傳動機構；二連桿41上端還與豎直的頂桿46通過轉動副連接，頂桿46與支撐板4固定連接，頂桿46上端與連桿47鉸接，連桿47與死點推桿鉸接，死桿推桿48穿插在豎直的死點推桿導套中；第二外部動力帶動齒輪a43轉動，齒輪a43的轉動帶動齒條a42水平移動，進而帶動平行四邊形連桿機構44完成收縮和釋放動作，二連桿41通過頂桿46帶動支撐板4上下移動，進而調整蹬腳19與地面的距離以及死點推桿48與二連桿41的間距；立板1上還設有一對腰型孔，L形連桿30端部的第一銷軸插在第一腰型孔內，脫扣件3端部的第二銷軸插在第二腰型孔內，第一、第二銷軸分別與長桿45通過轉動副連接；當?shù)谝煌獠縿恿油馆?4繼續(xù)旋轉時，動力凸輪34帶動L形連桿30逆時針轉動，長桿45 —端的第一銷軸在第一腰型孔內逆時針轉動，進而驅動長桿另一端的第二銷軸在第二腰型孔內順時針轉動，脫扣觸頭39與脫扣件3脫離，動力彈簧21被釋放，所述彈跳動力腿機構向上跳起。與此同時，死點推桿48在重力和慣性力的作用下沖擊二連桿41，二連桿彎曲，死點被破除。
[0032]所述死點推桿導套上還設有齒條b，所述齒條b與齒輪b配合，增強了穩(wěn)定性。[0033]左右兩側的死點推桿導套還通過導套支架相互連接，形成一個整體，進一步增強了穩(wěn)定性。
[0034]所述支撐腿11分為相互鉸接的上部和下部17，上部和下部17分別與支撐腿彈簧15的兩端連接，支撐腿的這種設計可以在機器人落地時起緩沖作用。
[0035]所述支撐腿11的數(shù)量為三個，根據(jù)三角形原理，三個支撐腿的穩(wěn)定效果更好。
[0036]所述彈跳腿上還設有位移傳感器，用于檢測蹬腳19與地面的距離，當位移傳感器檢測到蹬腳19與地面的距離為零或接近為零時，齒輪a43停止轉動，完成彈跳腿高度的自適應調節(jié)。
[0037]本實施例的特點是，通過一整套傳動系統(tǒng)，實現(xiàn)了動力彈簧的儲能；蹬腳與地面距離的調整；動力彈簧的釋能；彈跳動力腿機構向上跳起時死點推桿在自身重力和慣性的作用下?lián)舸蚨B桿的死點處，從而將死點破壞，便于再次儲能和跳躍。二連桿的作用是帶動支撐板上下移動，實現(xiàn)彈跳腿與地面距離的自適應調節(jié)，盡量在能量釋放前使蹬腳與地面接觸，提高能量的利用率，增大蹬腳對地面的瞬時沖擊力，提高彈跳高度。
[0038]為了適應不同地面的起伏變化，在死點動力傳遞機構的基礎上，添加了自適應調節(jié)機構，從而能夠最大限度的發(fā)揮死點動力傳遞的作用，提高了機器人在不同環(huán)境中的適應性，使其獲得良好的彈跳性能。
[0039]在機器人降落觸地時，支撐腿受到地面的反作用力，使得撐腳彈簧15受力壓縮，此時撐腳彈簧可起到緩沖減振的作用，保證了機器人的落地平穩(wěn)性，大大減輕了振動與沖擊對機器人的損害。
[0040]在機器人的動力彈簧21完成儲能動作后，進行彈跳腿高度的自適應調節(jié)過程，然后執(zhí)行脫扣動作，動力彈簧21儲能釋放，蹬腳19沖擊地面，由于本彈跳機構的設計是通過添加連桿死點機構及死點加速度破壞機構實現(xiàn)的，蹬腳19在沖擊地面反彈的瞬間將反沖力首先作用到二連桿41的下半部上，作用力又傳遞到二連桿41的上半部上，進而由二連桿41的上半部傳遞到支撐板4上，從而產生向上的升力及加速度。實現(xiàn)機器人的跳躍動作。由于死點推桿導套和復位彈簧50的存在，在機器人向上彈跳的過程中，死點推桿48在重力和向下加速度的作用下下移，破壞二連桿41的死點位置，為下一次的能量加載做準備。從而完成一次能量的釋放，即跳躍過程。二連桿41的添加，使得能量的傳遞效率大大提升，同時配置了相應的用于死點破壞的死點推桿48，用于完成對死點的破壞，以便為下一次的儲能做好準備。
[0041]為了適應不同地面的起伏變化，本實施例在死點動力傳遞機構的基礎上添加了自適應調節(jié)機構。如圖5，自適應調節(jié)機構主要添加了齒輪a43，齒條a42，滑塊，齒條導套，用于連接兩個死點推桿導套的連接件等主要結構，在機器人的跳躍過程中，本優(yōu)化設計是通過齒條a42的左右移動來實現(xiàn)死點狀態(tài)位置的變化以及相應的死點破壞機構上下位置的變動。參見圖4-5，機構正好處于蹬腳19沖擊地面瞬時達到死點位置的初始狀態(tài)，而此時死點推桿48處于靜止狀態(tài)。當機器人向上運動時，死點推桿48獲得相對機器人的支撐板4向下的加速度，從而使其克服彈簧彈力推動二連桿41的上半部，破壞機構的死點狀態(tài)，為下一次的加載儲能做好準備。
[0042]本發(fā)明能夠最大限度的發(fā)揮死點動力傳遞的作用，提高了機器人在不同環(huán)境中的適應性，使其獲得良好的彈跳性能。[0043]本發(fā)明新型地況適應性跳躍機器人的彈跳動力腿模型不僅結構緊湊，而且提高了機器人的穩(wěn)定性及可靠性；二連桿的添加，大大提升了能量的傳遞效率，死點推桿的配置能夠完成對死點位置的破壞，防止死點狀態(tài)下不能進行能量加載情況的產生，該機構的發(fā)明相比于現(xiàn)存的機構具有自身的優(yōu)勢。
【權利要求】
1.一種新型地況適應性跳躍機器人的彈跳動力腿，其特征在于:包括水平的支撐板(4)，支撐板(4)中心處設有彈跳腿，所述彈跳腿包括蹬腳(19)，蹬腳(19)上方與彈簧導柱及脫扣桿(18)連接，彈簧導柱外套設動力彈簧(21 )，動力彈簧下端壓住蹬腳(19)，上端抵住支撐板(4);所述蹬腳(19)上端還分別與一對對稱的二連桿(41)鉸接，所述一對二連桿(41)的上端分別與平行四邊形連桿機構(44)的端部通過轉動副連接，所述平行四邊形連桿機構(44)與水平齒條(42)固接，齒條(42)與齒輪(43)嚙合，構成齒輪齒條傳動機構；二連桿(41)上端還與豎直的頂桿(46)通過轉動副連接，頂桿(46)與支撐板(4)固定連接，頂桿(46)上端與連桿(47)鉸接，連桿(47)與死點推桿鉸接，死點推桿(48)空套于豎直的死點推桿導套中；當?shù)诙獠縿恿育X輪a (43)轉動時，齒輪a (43)的轉動帶動齒條a (42)水平移動，進而帶動平行四邊形連桿機構(44 )完成收縮或釋放動作，二連桿(41)通過頂桿(46 )帶動支撐板(4)上下移動，進而調整蹬腳(19)與地面的距離以及死點推桿(48)與二連桿(41)的間距；當動力彈簧(21)釋放能量時，所述彈跳動力腿機構向上跳起，與此同時，死點推桿(48)在自重和慣性力的作用下沖擊二連桿(41 )，二連桿彎曲，死點被破除。
2.如權利要求1所述的新型地況適應性跳躍機器人的彈跳動力腿，其特征在于:所述動力彈簧(21的脫扣動力與所述第一外部動力為同一動力源。
3.如權利要求1所述的新型地況適應性跳躍機器人的彈跳動力腿，其特征在于:所述死點推桿導套上還設有齒條b，所述齒條b與齒輪b (49)嚙合。
4.如權利要求1所述的新型地況適應性跳躍機器人的彈跳動力腿，其特征在于:左右兩側的死點推桿導套還通過導套支架相互連接，形成一個整體。
5.如權利要求1所述的新型地況適應性跳躍機器人的彈跳動力腿，其特征在于:支撐板(4)下部與三個支撐腿(11)固定連接，所述支撐腿(11)分為相互鉸接的上部和下部(17)，上部和下部(17)分別與支撐腿彈簧(15)的兩端連接。
6.如權利要求1所述的新型地況適應性跳躍機器人的彈跳動力腿，其特征在于:所述彈跳腿上還設有位移傳感器，用于檢測蹬腳(19)與地面的距離。
【文檔編號】B62D57/028GK103661663SQ201310654253
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月5日 優(yōu)先權日:2013年12月5日
【發(fā)明者】杭魯濱, 蔡進, 卞懷強, 李文星, 付志宇, 許海, 陸九如, 丁洪漢, 李暢, 王玉昭, 佳樂 申請人:上海工程技術大學