单自由度蓄能释放一体化仿生跳跃机构制造技术

本发明专利技术的单自由度蓄能释放一体化仿生跳跃机构，包括机架，驱动电机，第一曲柄摇杆机构，第二曲柄摇杆机构，第一弹性扭转组件，第二弹性扭转组件，第一齿轮杆，第二齿轮杆和底座；所述驱动电机分别对应通过第一弹性扭转组件和第二弹性扭转组件驱动所述第一曲柄摇杆机构和第二曲柄摇杆机构的曲柄以相反的方向转动；所述第一曲柄摇杆机构的摇杆一端延伸至与机架铰接，另一端铰接于第一齿轮杆；所述第二曲柄摇杆机构的摇杆一端延伸至与机架铰接，另一端铰接于第二齿轮杆；所述第一齿轮杆和第二齿轮杆之间连接有弹性拉伸件，二者的齿轮可转动并安装于所述底座且相互啮合；本跳跃机构能够采用一个电机单方向连续转动进行驱动，实现弹性能积蓄、瞬间释放的一体化解决，具有驱动少、结构紧凑、能量利用率高和控制简单的特点。

Single degree of freedom energy storage and release integrated bionic hopping mechanism

The single freedom energy storage and release integrated bionic jumping mechanism of the invention includes a frame, a driving motor, a first crank rocker mechanism, a second crank rocker mechanism, a first elastic torsion assembly, a second elastic torsion assembly, a first gear rod, a second gear rod and a base, and the driving motor corresponds to the first elasticity respectively. The torsion assembly and the second elastic torsion component drive the crank mechanism of the first crank and the second crank rocker mechanism to rotate in the opposite direction; the rocker end of the first crank rocker mechanism is extended to the hinged with the frame, and the other end is articulated to the first gear rod; the rocker rod of the second crank rocker mechanism extends one end. It is articulated with the frame, and the other end is articulated with second gear bars; the first gear rod and the second gear rod are connected with elastic tensile parts. The two gear can be rotated and mounted on the base and intermeshed with each other; the jump mechanism can be driven in a single direction with a single direction of the motor to achieve elastic energy accumulation and transient. The integrated release has the characteristics of less drive, compact structure, high energy utilization and simple control.

【技术实现步骤摘要】
单自由度蓄能释放一体化仿生跳跃机构
本专利技术涉及跳跃机器人领域，具体是一种单自由度蓄能释放一体化仿生跳跃机构。
技术介绍
传统的足式机器人能适应一般路况，但如果遇到突发情况和过高的障碍就无能为力。跳跃机器人则可以解决这一难题。目前，已经出现了许多跳跃机器人，但是现有技术中的此类机器人一般采用丝杠等机构压缩弹簧，能完成简单的跳跃，跳跃机构的支撑机构一般采用四连杆等机构，机器人本体起跳后支撑部位与地面接触的时间短，如果要想跳跃到比较高的高度，这就需要储能机构具有比较大的爆发力。另外，现有跳跃机器人在完成跳跃动作时，其储能和释放是通过不同的机构分开驱动的，这种类型的跳跃机构在储能时一般利用棘轮棘爪等止逆机构防止弹簧回弹，跳跃时利用单独的触发装置解除止逆机构的止逆作用从而完成跳跃动作，因此，现有的跳跃装置存在结构复杂，效率较低，自重较大，并且缺乏实用性的缺点。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种单自由度蓄能释放一体化仿生跳跃机构，该机构能够采用一个电机单方向连续转动进行驱动，实现弹性能积蓄、瞬间释放的一体化解决，具有驱动少、结构紧凑、能量利用率高和控制简单的特点。本专利技术的单自由度蓄能释放一体化仿生跳跃机构，包括机架，驱动电机，第一曲柄摇杆机构，第二曲柄摇杆机构，第一弹性扭转组件，第二弹性扭转组件，第一齿轮杆，第二齿轮杆和底座；所述驱动电机分别对应通过第一弹性扭转组件和第二弹性扭转组件驱动所述第一曲柄摇杆机构和第二曲柄摇杆机构的曲柄以相反的方向转动；所述第一曲柄摇杆机构的摇杆一端延伸至与机架铰接，另一端铰接于第一齿轮杆；所述第二曲柄摇杆机构的摇杆一端延伸至与机架铰接，另一端铰接于第二齿轮杆；所述第一齿轮杆和第二齿轮杆之间连接有弹性拉伸件，二者的齿轮可转动并安装于所述底座且相互啮合；进一步，所述第一弹性扭转组件包括第一输入齿轮、第一输出齿轮和连接于所述第一输入齿轮和第一输出齿轮之间的第一扭簧；所述第二弹性扭转组件包括第二输入齿轮、第二输出齿轮和连接于所述第二输入齿轮和第二输出齿轮之间的第二扭簧；所述第一输入齿轮传动连接于驱动电机的输出轴并啮合于第二输入齿轮，所述第一输出齿轮和第二输出齿轮分别对应固定于第一曲柄摇杆机构的曲柄和第二曲柄摇杆机构的曲柄，且二者相互啮合；进一步，所述机架为轴对称结构，所述第一曲柄摇杆机构和第二曲柄摇杆机构关于机架的对称轴对称安装于所述机架上；进一步，所述弹性拉伸件为拉簧；进一步，所述第一输入齿轮和第二输入齿轮的规格相同；所述第一输出齿轮和第二输出齿轮的规格相同。本专利技术的有益效果是：本专利技术的单自由度蓄能释放一体化仿生跳跃机构，基于十连杆-齿轮复合机构，模仿叶蝉、青蛙等双腿对称蓄能与弹跳的跳跃运动机理，采用了十连杆-双齿轮副复合闭链机构的单自由度仿生跳跃机构。该仿生跳跃机构采用拉簧和扭簧作为蓄能元件进行跳跃所需弹性能的积蓄，采用一个电机单方向连续转动进行驱动，可实现弹性能积蓄、瞬间释放的一体化解决，具有驱动少、结构紧凑、能量利用率高和控制简单的特点。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述：图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的第一输入齿轮、第二输入齿轮、第一输出齿轮和第二输出齿轮的配合示意图；图3为本专利技术的第一齿轮杆和第二齿轮杆的配合示意图。具体实施方式图1为本专利技术的结构示意图，如图所示，本实施例的单自由度蓄能释放一体化仿生跳跃机构，包括机架1，驱动电机2，第一曲柄摇杆机构，第二曲柄摇杆机构，第一弹性扭转组件，第二弹性扭转组件，第一齿轮杆7，第二齿轮杆9和底座8；所述驱动电机2分别对应通过第一弹性扭转组件和第二弹性扭转组件驱动所述第一曲柄摇杆机构和第二曲柄摇杆机构的曲柄以相反的方向转动，即驱动电机2通过第一弹性扭转组件驱动第一曲柄摇杆机构的曲柄转动；驱动电机2通过第二弹性扭转组件驱动所述第二曲柄摇杆机构的曲柄转动，其中，弹性扭转组件为现有技术中一切能够进行弹性传动的零部件，其在传动过程中会发生弹性扭转，其弹性扭转过程中形成的弹性势能将用于跳跃，而驱动电机2向第一弹性扭转组件和第二弹性扭转组件可以通过现有一切形式的传动机构实现；所述第一曲柄摇杆机构的摇杆6一端延伸至与机架1铰接，另一端铰接于第一齿轮杆7；所述第二曲柄摇杆机构的摇杆10一端延伸至与机架1铰接，另一端铰接于第二齿轮杆9；齿轮杆包括一齿轮和与该齿轮相对固定的杆件，曲柄摇杆机构的摇杆(6、10)下端铰接于齿轮杆的杆件上端；所述第一齿轮杆7和第二齿轮杆9之间连接有弹性拉伸件，二者的齿轮可转动并安装于所述底座8且相互啮合；驱动电机2分别通过第一弹性扭转组件和第二弹性扭转组件驱动两曲柄以相反的方向转动，在储能阶段，扭簧在传动过程中变形开始储能。同时，由于两曲柄的转动，将带动曲柄摇杆运动，使两齿轮杆之间的间距逐渐增大，带动弹性拉伸件拉长，弹性拉伸件开始储能，整个机构开始纵向收缩(机架1向下运动，向底座8靠拢)。当第一齿轮杆7上的E点与第二齿轮杆9上的K点之间的距离最大时，到达极限位置，储能完毕，且整个跳跃机构收缩到极限位置。在储能过程中，由于机构自身的重力作用，地面对底板8的反作用力小于重力，因此机器人始终处于储能状态且不会起跳。当到达极限位置时，电机继续转动，两曲柄的转动以及弹性拉伸件的作用均会带动第一齿轮杆7上的E点与第二齿轮杆9上的K点之间距离减小，此时弹性扭转件和弹性拉伸件在储能过程中储蓄的能量同时瞬间释放，底座8对地面瞬间产生最大迸发力作用，在地面反力的作用下，机器人实现腾空跳跃。本实施例中，所述第一弹性扭转组件包括第一输入齿轮3、第一输出齿轮4和连接于所述第一输入齿轮3和第一输出齿轮4之间的第一扭簧；所述第二弹性扭转组件包括第二输入齿轮13、第二输出齿轮12和连接于所述第二输入齿轮13和第二输出齿轮12之间的第二扭簧；所述第一输入齿轮3传动连接于驱动电机2的输出轴并啮合于第二输入齿轮13，所述第一输出齿轮4和第二输出齿轮12分别对应固定于第一曲柄摇杆机构的曲柄和第二曲柄摇杆机构的曲柄，且二者相互啮合。在储能阶段，驱动电机2驱动第一输入齿轮3转动，第一输入齿轮3带动第二输入齿轮13转动，由于第一输出齿轮4和第二输出齿轮12均空套在轴上，第一输入齿轮3和第二输入齿轮13的转动不会带动第一输出齿轮4和第二输出齿轮12立刻同速转动，联接在第一输入齿轮3与第一输出齿轮4、第二输入齿轮13与第二输出齿轮12之间的扭簧在差速下扭转变形开始储能。由于扭簧的作用，两个曲柄将会开始缓慢转动，只要输入齿轮和输出齿轮之间存在转速差，扭簧就继续储能。本实施例中，所述机架1为等腰梯形结构，当然也可以采用其他轴对称结构，所述第一曲柄摇杆机构的摇杆6和第二曲柄摇杆机构的摇杆10分别对应铰接于等腰梯形结构的机架1的两个底角，并且第一曲柄摇杆机构和第二曲柄摇杆机构关于等腰梯形的对称轴对称安装在机架上，因此，整个跳跃机构为轴对称结构，其对称轴为等腰梯形的对称轴，这种结构能够确保整个跳跃机构的重心位于对称轴上，确保跳跃机构能够平稳的进行跳跃动作。本实施例中，所述弹性拉伸件为拉簧。本实施例中，所述第一输入齿轮3和第二输入齿轮13的规格相同；所述第一输出齿轮4和第二输出齿轮12的规格相同，本文中提到的“规格相同”指的是齿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单自由度蓄能释放一体化仿生跳跃机构，其特征在于：包括机架，驱动电机，第一曲柄摇杆机构，第二曲柄摇杆机构，第一弹性扭转组件，第二弹性扭转组件，第一齿轮杆，第二齿轮杆和底座；所述驱动电机分别对应通过第一弹性扭转组件和第二弹性扭转组件驱动所述第一曲柄摇杆机构和第二曲柄摇杆机构的曲柄以相反的方向转动；所述第一曲柄摇杆机构的摇杆一端延伸至与机架铰接，另一端铰接于第一齿轮杆；所述第二曲柄摇杆机构的摇杆一端延伸至与机架铰接，另一端铰接于第二齿轮杆；所述第一齿轮杆和第二齿轮杆之间连接有弹性拉伸件，二者的齿轮可转动并安装于所述底座且相互啮合。

【技术特征摘要】
1.一种单自由度蓄能释放一体化仿生跳跃机构，其特征在于：包括机架，驱动电机，第一曲柄摇杆机构，第二曲柄摇杆机构，第一弹性扭转组件，第二弹性扭转组件，第一齿轮杆，第二齿轮杆和底座；所述驱动电机分别对应通过第一弹性扭转组件和第二弹性扭转组件驱动所述第一曲柄摇杆机构和第二曲柄摇杆机构的曲柄以相反的方向转动；所述第一曲柄摇杆机构的摇杆一端延伸至与机架铰接，另一端铰接于第一齿轮杆；所述第二曲柄摇杆机构的摇杆一端延伸至与机架铰接，另一端铰接于第二齿轮杆；所述第一齿轮杆和第二齿轮杆之间连接有弹性拉伸件，二者的齿轮可转动并安装于所述底座且相互啮合。2.根据权利要求1所述的单自由度蓄能释放一体化仿生跳跃机构，其特征在于：所述第一弹性扭转组件包括第一输入齿轮、第一输出齿轮和连接于所述第一输入齿轮和第一输出齿轮之间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：柏龙，郑帆，陈晓红，侯军占，段文博，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50