扇形齿轮式跳跃机器人制造技术

本发明专利技术公开了扇形齿轮式跳跃机器人。现有跳跃机器人的动力源件数量较多，有效动力密度低，且重量较大，跳跃高度和距离较小。本发明专利技术包括机架、前腿跳跃机构、后腿跳跃机构和传动机构。前腿跳跃机构包括前腿轴、前腿动力杆、前腿小弹簧、前腿连接杆、前腿大弹簧和前腿脚掌杆。后腿跳跃机构包括后腿轴、后腿动力杆、后腿小弹簧、后腿连接杆、后腿大弹簧和后腿脚掌杆；传动机构包括驱动件、拉卷轮、弹簧、齿轮组、第二从动轴、第一从动轴、动力杆组和钢索。齿轮组包括第一扇形齿轮、第二扇形齿轮、第一圆柱齿轮和第二圆柱齿轮。本发明专利技术通过前腿跳跃机构与后腿跳跃机构协同运作，能够进行稳定持续的跳跃式前进。

Sector gear hopping robot

The invention discloses a sector gear hopping robot. There are many power source parts in the existing hopping robot, the effective power density is low, and the weight is larger, and the jumping height and distance are smaller. The invention comprises a frame, a front leg jumping mechanism, a hind leg jumping mechanism and a transmission mechanism. The front leg jumping mechanism comprises a front leg shaft, a front leg power lever, a front leg small spring, a front leg connecting rod, a front leg big spring and a front leg sole rod. The hind leg jumping mechanism comprises a shaft, a power rod, hind hind hind hind legs connecting rod, a small spring, spring and large hind legs legs palm rod; the transmission mechanism comprises a driving piece, pull roller, spring, second gears, a driven shaft, a driven shaft, the first power cable and rod group. The gear set includes a first sector gear, a second sector gear, a first cylindrical gear, and a second cylindrical gear. The invention can stably and continuously jump forward through the cooperation of the front leg jumping mechanism and the hind leg jumping mechanism.

【技术实现步骤摘要】
扇形齿轮式跳跃机器人
本专利技术属于仿生机器人领域，具体涉及一种扇形齿轮式跳跃机器人。
技术介绍
人类目前有较深入研究的主要在动物的运动方面，但是在仿生这个领域还有许多问题值得科学家们去研究。早在1980年，麻省理工学院的Raibert教授曾研究出了全世界第一个能单腿跳跃活动的机器人，之后Raibert教授又研究了那种类似袋鼠跳跃的二维跳跃的腿部模型，此后Raibert又研制出了一种三维跳跃机构。美国CaseWesternReserveUniversity也对仿生机器人进行了研究，然后在1992年专利技术了通过人工筋作为动力的机械蟋蟀。这种机器人的大腿都采用人工筋制作，这种人工筋是由一种高分子的纤维编制而成，用时只要用压缩机充气即可，使人工筋绷紧和收缩，因此具有弹跳能力，它的动力为压缩空气，运用一种叫做微型角度的传感器来获得外部的消息。日本的FumitakaKIKUCHI在2003年研究出了一种通过气缸作为驱动的机器人，以气缸作为动力从而实现机器人的跳跃和行走，它的特点就是每条腿的动力都是源于气缸。四连杆机构实现运动，通过实验证明了该机器人的跳跃能力以及落地时的平稳缓冲能力。现有跳跃机器人的动力源件数量较多，有效动力密度低，且重量较大，跳跃高度和距离较小。因此设计一种单动力源驱动，重量较轻，跳跃距离远且能够连续稳定跳跃的跳跃式机器人十分重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足提供一种能够跳跃前进的扇形齿轮式跳跃机器人。本专利技术包括机架、前腿跳跃机构、后腿跳跃机构和传动机构。所述的前腿跳跃机构包括前腿轴、前腿动力杆、前腿小弹簧、前腿连接杆、前腿大弹簧和前腿脚掌杆。所述的前腿轴支承在机架上。前腿轴的两端与两根前腿动力杆的内端分别固定；两根前腿动力杆的中部与两根前腿连接杆的一端分别铰接。两根前腿连接杆的另一端与两根前腿脚掌杆的中部分别铰接。所述前腿小弹簧及前腿大弹簧的一端均与前腿动力杆固定，另一端均与前腿脚掌杆固定。所述的后腿跳跃机构包括后腿轴、后腿动力杆、后腿小弹簧、后腿连接杆、后腿大弹簧和后腿脚掌杆；所述的后腿轴支承在机架上。后腿轴的两端与两根后腿动力杆的内端分别固定；两根后腿动力杆的中部与两根后腿连接杆的一端分别铰接。两根后腿连接杆的另一端与两根后腿脚掌杆的中部分别铰接。所述后腿小弹簧及后腿大弹簧的一端均与后腿动力杆固定，另一端均与后腿脚掌杆固定。所述的传动机构包括驱动件、拉卷轮、弹簧、齿轮组、第二从动轴、第一从动轴、动力杆组和钢索。第一从动轴与第二从动轴平行设置，且均支承在机架上。所述的齿轮组包括第一扇形齿轮、第二扇形齿轮、第一圆柱齿轮和第二圆柱齿轮。所述的第一扇形齿轮及第二扇形齿轮均固定在第一从动轴上。所述的第一从动轴由驱动件驱动。所述的第一圆柱齿轮及第二圆柱齿轮均固定在第二从动轴上。第一扇形齿轮及第二扇形齿轮对应的圆心角之和小于或等于300°。第一扇形齿轮对应的圆心角在第一扇形齿轮端面上的投影为第一投影角；第二扇形齿轮对应的圆心角在第一扇形齿轮端面上的投影为第二投影角；所述第一投影角与第二投影角的一条射线重合。第一圆柱齿轮与第一扇形齿轮啮合，或第二圆柱齿轮与第二扇形齿轮啮合，或第一圆柱齿轮与第一扇形齿轮不啮合且第二圆柱齿轮与第二扇形齿轮不啮合。所述的拉卷轮固定在第二从动轴上。所述的动力杆组包括第一蓄能杆、第二蓄能杆、第三蓄能杆、第四蓄能杆、前腿传动杆、后腿传动杆、后腿摇杆和前腿摇杆。第三蓄能杆、第四蓄能杆、前腿传动杆及后腿传动杆的一端通过蓄能铰接轴铰接。第三蓄能杆远离蓄能铰接轴的那端与第一蓄能杆的一端通过第一铰接轴铰接。第一蓄能杆的另一端与机架铰接。第四蓄能杆远离蓄能铰接轴的那端与第二蓄能杆的一端通过第二铰接轴铰接。第二蓄能杆的另一端与机架铰接。第一铰接轴与第二铰接轴通过蓄能弹簧连接。前腿传动杆远离蓄能铰接轴的那端与前腿摇杆的一端铰接。前腿摇杆的另一端与前腿轴固定。后腿传动杆远离蓄能铰接轴的那端与后腿摇杆的一端铰接。后腿摇杆的另一端与后腿轴固定。钢索的一端与拉卷轮固定，另一端与蓄能铰接轴固定。所述前腿小弹簧与前腿大弹簧的劲度系数相等，且前腿小弹簧的自由长度小于前腿大弹簧的自由长度。前腿小弹簧设置在前腿连接杆靠近前腿动力杆内端的一侧。前腿大弹簧设置在前腿连接杆靠近前腿动力杆外端的一侧。所述后腿小弹簧与后腿大弹簧的劲度系数相等，且后腿小弹簧的自由长度小于后腿大弹簧的自由长度。后腿小弹簧设置在后腿连接杆靠近后腿动力杆内端的一侧。后腿大弹簧设置在后腿连接杆后腿动力杆外端的一侧。所述的驱动件包括电机、驱动齿轮和从动齿轮；所述的电机固定在机架上；驱动齿轮与电机的输出轴固定；从动齿轮与第一从动轴固定。驱动齿轮与从动齿轮啮合。所述第一扇形齿轮及第二扇形齿轮对应的圆心角均为120°。所述的机架上支承有定滑轮；所述的钢索绕过定滑轮。所述的机架上固定有与驱动件相连的蓄电池。所述第二圆柱齿轮齿数的1.5倍小于第一圆柱齿轮齿数。所述的第一扇形齿轮共有两个；两个第一扇形齿轮分别设置在第二扇形齿轮的两端。两个第一扇形齿轮在第二扇形齿轮端面上的投影重合。所述的第一圆柱齿轮共有两个；两个第一圆柱齿轮分别设置在第二圆柱齿轮的两端。两个第一扇形齿轮与两个第一圆柱齿轮分别啮合。本专利技术具有的有益效果是：1、本专利技术通过前腿跳跃机构与后腿跳跃机构协同运作，能够进行稳定持续的跳跃式前进。2、本专利技术仅通过一个驱动元件输出的转动即可完成跳跃，结构紧凑，稳定可靠。3、本专利技术在两根从动轴上设置有两组齿轮，通过扇形齿轮的配合，使得两根从动轴依次出现大传动比传动、小传动比传动及其各自独立运动三种状态，进而实现了跳跃功能。4、本专利技术通过连杆传动，整体重量较小，满足微小型特点。附图说明图1是本专利技术的整体结构立体图；图2是本专利技术中前腿跳跃机构的示意图；图3是本专利技术中后腿跳跃机构的示意图；图4是本专利技术中传动机构的示意图；图5是本专利技术中齿轮组的示意图；图6是本专利技术中动力杆组的示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步说明。如图1和2所示，扇形齿轮式跳跃机器人，包括机架、前腿跳跃机构、后腿跳跃机构和传动机构。前腿跳跃机构包括前腿轴1、前腿动力杆2、前腿小弹簧3、前腿连接杆4、前腿大弹簧5和前腿脚掌杆6。前腿轴1支承在机架上。前腿轴1的两端与两根前腿动力杆2的内端分别固定；两根前腿动力杆2的中部与两根前腿连接杆4的一端分别铰接。两根前腿连接杆4的另一端与两根前腿脚掌杆6的中部分别铰接。前腿小弹簧3及前腿大弹簧5的一端均与前腿动力杆2固定，另一端均与前腿脚掌杆6固定。前腿小弹簧3与前腿大弹簧5的劲度系数相等，且前腿小弹簧3的自由长度小于前腿大弹簧5的自由长度。前腿小弹簧3设置在前腿连接杆4靠近前腿动力杆2内端的一侧。前腿大弹簧5设置在前腿连接杆4靠近前腿动力杆2外端的一侧。非工作状态下，前腿脚掌杆6底面与机架底面平齐。如图1和3所示，后腿跳跃机构包括后腿轴7、后腿动力杆8、后腿小弹簧9、后腿连接杆10、后腿大弹簧11和后腿脚掌杆12；后腿轴7支承在机架上。后腿轴7的两端与两根后腿动力杆8的内端分别固定；两根后腿动力杆8的中部与两根后腿连接杆10的一端分别铰接。两根后腿连接杆10的另一端与两根后腿脚掌杆12的中部分别铰接。后腿小弹簧9及后腿大弹簧11本文档来自技高网...

【技术保护点】
扇形齿轮式跳跃机器人，包括机架、前腿跳跃机构、后腿跳跃机构和传动机构；其特征在于：所述的前腿跳跃机构包括前腿轴(1)、前腿动力杆(2)、前腿小弹簧(3)、前腿连接杆(4)、前腿大弹簧(5)和前腿脚掌杆(6)；所述的前腿轴(1)支承在机架上；前腿轴(1)的两端与两根前腿动力杆(2)的内端分别固定；两根前腿动力杆(2)的中部与两根前腿连接杆(4)的一端分别铰接；两根前腿连接杆(4)的另一端与两根前腿脚掌杆(6)的中部分别铰接；所述前腿小弹簧(3)及前腿大弹簧(5)的一端均与前腿动力杆(2)固定，另一端均与前腿脚掌杆(6)固定；所述的后腿跳跃机构包括后腿轴(7)、后腿动力杆(8)、后腿小弹簧(9)、后腿连接杆(10)、后腿大弹簧(11)和后腿脚掌杆(12)；所述的后腿轴(7)支承在机架上；后腿轴(7)的两端与两根后腿动力杆(8)的内端分别固定；两根后腿动力杆(8)的中部与两根后腿连接杆(10)的一端分别铰接；两根后腿连接杆(10)的另一端与两根后腿脚掌杆(12)的中部分别铰接；所述后腿小弹簧(9)及后腿大弹簧(11)的一端均与后腿动力杆(8)固定，另一端均与后腿脚掌杆(12)固定；所述的传动机构包括驱动件、拉卷轮(15)、弹簧(16)、齿轮组、第二从动轴(23)、第一从动轴(24)、动力杆组和钢索(36)；第一从动轴(24)与第二从动轴(23)平行设置，且均支承在机架上；所述的齿轮组包括第一扇形齿轮(20)、第二扇形齿轮(21)、第一圆柱齿轮(22)和第二圆柱齿轮(35)；所述的第一扇形齿轮(20)及第二扇形齿轮(21)均固定在第一从动轴(24)上；所述的第一从动轴(24)由驱动件驱动；所述的第一圆柱齿轮(22)及第二圆柱齿轮(35)均固定在第二从动轴(23)上；第一扇形齿轮(20)及第二扇形齿轮(21)对应的圆心角之和小于或等于300°；第一扇形齿轮(20)对应的圆心角在第一扇形齿轮(20)端面上的投影为第一投影角；第二扇形齿轮(21)对应的圆心角在第一扇形齿轮(20)端面上的投影为第二投影角；所述第一投影角与第二投影角的一条射线重合；第一圆柱齿轮(22)与第一扇形齿轮(20)啮合，或第二圆柱齿轮(35)与第二扇形齿轮(21)啮合，或第一圆柱齿轮(22)与第一扇形齿轮(20)不啮合且第二圆柱齿轮(35)与第二扇形齿轮(21)不啮合；所述的拉卷轮(15)固定在第二从动轴(23)上；所述的动力杆组包括第一蓄能杆(27)、第二蓄能杆(28)、第三蓄能杆(29)、第四蓄能杆(30)、前腿传动杆(31)、后腿传动杆(32)、后腿摇杆(33)和前腿摇杆(34)；第三蓄能杆(29)、第四蓄能杆(30)、前腿传动杆(31)及后腿传动杆(32)的一端通过蓄能铰接轴铰接；第三蓄能杆(29)远离蓄能铰接轴的那端与第一蓄能杆(27)的一端通过第一铰接轴铰接；第一蓄能杆(27)的另一端与机架铰接；第四蓄能杆(30)远离蓄能铰接轴的那端与第二蓄能杆(28)的一端通过第二铰接轴铰接；第二蓄能杆(28)的另一端与机架铰接；第一铰接轴与第二铰接轴通过蓄能弹簧(16)连接；前腿传动杆(31)远离蓄能铰接轴的那端与前腿摇杆(34)的一端铰接；前腿摇杆(34)的另一端与前腿轴(1)固定；后腿传动杆(32)远离蓄能铰接轴的那端与后腿摇杆(33)的一端铰接；后腿摇杆(33)的另一端与后腿轴(7)固定；钢索(36)的一端与拉卷轮(15)固定，另一端与蓄能铰接轴固定。...

【技术特征摘要】
1.扇形齿轮式跳跃机器人，包括机架、前腿跳跃机构、后腿跳跃机构和传动机构；其特征在于：所述的前腿跳跃机构包括前腿轴(1)、前腿动力杆(2)、前腿小弹簧(3)、前腿连接杆(4)、前腿大弹簧(5)和前腿脚掌杆(6)；所述的前腿轴(1)支承在机架上；前腿轴(1)的两端与两根前腿动力杆(2)的内端分别固定；两根前腿动力杆(2)的中部与两根前腿连接杆(4)的一端分别铰接；两根前腿连接杆(4)的另一端与两根前腿脚掌杆(6)的中部分别铰接；所述前腿小弹簧(3)及前腿大弹簧(5)的一端均与前腿动力杆(2)固定，另一端均与前腿脚掌杆(6)固定；所述的后腿跳跃机构包括后腿轴(7)、后腿动力杆(8)、后腿小弹簧(9)、后腿连接杆(10)、后腿大弹簧(11)和后腿脚掌杆(12)；所述的后腿轴(7)支承在机架上；后腿轴(7)的两端与两根后腿动力杆(8)的内端分别固定；两根后腿动力杆(8)的中部与两根后腿连接杆(10)的一端分别铰接；两根后腿连接杆(10)的另一端与两根后腿脚掌杆(12)的中部分别铰接；所述后腿小弹簧(9)及后腿大弹簧(11)的一端均与后腿动力杆(8)固定，另一端均与后腿脚掌杆(12)固定；所述的传动机构包括驱动件、拉卷轮(15)、弹簧(16)、齿轮组、第二从动轴(23)、第一从动轴(24)、动力杆组和钢索(36)；第一从动轴(24)与第二从动轴(23)平行设置，且均支承在机架上；所述的齿轮组包括第一扇形齿轮(20)、第二扇形齿轮(21)、第一圆柱齿轮(22)和第二圆柱齿轮(35)；所述的第一扇形齿轮(20)及第二扇形齿轮(21)均固定在第一从动轴(24)上；所述的第一从动轴(24)由驱动件驱动；所述的第一圆柱齿轮(22)及第二圆柱齿轮(35)均固定在第二从动轴(23)上；第一扇形齿轮(20)及第二扇形齿轮(21)对应的圆心角之和小于或等于300°；第一扇形齿轮(20)对应的圆心角在第一扇形齿轮(20)端面上的投影为第一投影角；第二扇形齿轮(21)对应的圆心角在第一扇形齿轮(20)端面上的投影为第二投影角；所述第一投影角与第二投影角的一条射线重合；第一圆柱齿轮(22)与第一扇形齿轮(20)啮合，或第二圆柱齿轮(35)与第二扇形齿轮(21)啮合，或第一圆柱齿轮(22)与第一扇形齿轮(20)不啮合且第二圆柱齿轮(35)与第二扇形齿轮(21)不啮合；所述的拉卷轮(15)固定在第二从动轴(23)上；所述的动力杆组包括第一蓄能杆(27)、第二蓄能杆(28)、第三蓄能杆(29)、第四蓄能杆(30)、前腿传动杆(31)、后腿传动杆(32)、后腿摇杆(33)和前腿摇杆(34)；第三蓄能杆(29)、第四蓄能杆(30)、前腿传动杆(31)及后腿传动杆(32)的一端通过蓄能铰接轴铰接；第三蓄能杆(29)远离蓄能铰接...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪虹，勾治践，王婧，袁鸿斌，孙红梅，马宝丽，吴小涛，姜杰凤，顾勇，
申请(专利权)人：杭州师范大学钱江学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33