可行走的仿蝗虫弹跳机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种可行走的仿蝗虫弹跳机器人，包括机架、四条腿组成的行走装置和通过齿轮连杆组成的四边形弹跳装置：四条行走腿都可以绕机架左右侧面分别转动，前后腿由连杆相连接实现异步运动，拨片与前腿固接在一起，其表面有两个凸起，驱动主轴上安装有相位上相差90度的两个异型凸轮，且前后腿之间安装有拉力弹簧，行走后腿上下肢之间用球销副相连；弹跳腿则是以五杆菱形机构为基础的储能装置；在机体内设置有控制电路、电源、传动结构和丝杠螺母结构。本发明专利技术只用两个原动件实现整个弹跳和行走的协调运动，符合蝗虫的运动特点，且整个结构简单，自由度低，控制简便。

【技术实现步骤摘要】
可行走的仿蝗虫弹跳机器人
本专利技术属于仿生机器人领域，涉及是一种机器人，尤其涉及一种可行走的仿蝗虫弹跳机器人。
技术介绍
强大的越障性能使得弹跳机器人更适合于复杂和不可预测的环境中，同时仿生学的兴起使得越来越多的研究人员将其原理应用于机器人的研究中，让弹跳机器人具有更为优越的性能。仿生对象有蚱蜢、蟋蟀、蝗虫、叶蝉等昆虫，也有袋鼠、狗等哺乳动物。在众多的仿生对象中，蝗虫的跳跃运动在自然界生物中极具代表性，其跳跃能力优越，弹跳高度可达自身体长数倍以上，在空中还能通过滑翔保持身体姿态稳定性，且落地缓冲性能好，因而成为众多研究学者的仿生对象。近年来，国内外已有许多学者对基于蝗虫的仿生弹跳机器人展开了研究，也取得了一定的成果。作为弹跳机器人中的储能元件一般有弹簧、高压气体、记忆合金、人造肌肉等。但因形状记忆合金响应速度较慢，而利用燃烧产生气体爆炸的装置体积较大，因此它们并不适用于小型仿生弹跳机器人中。Nguyen教授则采用扭簧作为储能元件，设计了微型仿蝗虫腿弹跳机器人，这类型机器人弹跳能力卓越，其弹跳高度可达体长数十倍，但在跳跃过程中身体极易发生倾翻，在今后可以从这方面进行改进；陈科位设计了一款利用人工肌肉作为动力源的仿蝗虫腿跳跃机器人，仿真结果表明，该机器人在负重1kg的情况下跳跃高度仍可达199mm，证明了人工肌肉作为动力源的可行性；张军研制了两代机器人：第一代机器人能够在单个电机的驱动下实现自复位、起跳角度和方向调节功能，第二代机器人能够在单个电机驱动下完成爬行和弹跳的复合运动功能，为今后仿蝗虫弹跳机器人的设计提供了借鉴与参考，不过由于爬行和弹跳所需驱动力矩相差较大，该机器人效率并不高；除了电机驱动，余杭杞还利用电磁铁驱动研制了仿蝗虫弹跳机器人，样机实验也证明了其设计的可行性。然而，前面所描述的弹跳机器人基本只能实现单一的弹跳运动，在真正自然界中复杂的地形环境中还远远不能适应。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有弹跳机器人结构的不足之处，提供一种可行走的仿蝗虫弹跳机器人，除了能够实现基本的一般弹跳机器人所拥有的起跳平稳、落地平滑及跳跃距离理想等基本功能外，还具有行走功能且控制简单，来适应更为复杂的环境。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种可行走的仿蝗虫弹跳机器人，其特征在于：包括机架和安装在机架上的行走装置、后腿弯曲机构和弹跳装置，所述行走装置包括一对通过转动副设于机架前部两侧的前腿、一对通过转动副设于机架后部两侧的后腿以及驱动前腿和后腿行走的行走驱动装置，机架相同侧的前腿转动副上下位置与后腿转动副上下位置分别通过拉力弹簧和拉力杆交叉铰接相连，所述后腿由后上肢和后下肢通过球销副相连组成，该球销副使得后下肢只能相对于后上肢向前弯曲，后上肢底部设有向前延伸的弯曲支架，弯曲支架前端与后下肢之间通过第一支撑弹簧铰接相连，通过第一支撑弹簧使得后上肢和后下肢保持平直状态，所述机架上每一侧均设有沿机架前后方向的导轨滑块结构，所述导轨滑块结构的滑块通过弯曲连杆与相应侧的后下肢下部铰接相连；所述后腿弯曲机构为线性运动驱动装置，用于在弹跳装置弹跳时，推动滑块向前运动，使得后腿弯曲，为弹跳提供空间；所述弹跳装置包括弹跳驱动装置和弹跳机构，所述弹跳机构包括脚掌、弹跳主杆、弹跳次杆和一对相互啮合传动且安装在机架上的蓄能齿轮，每个蓄能齿轮上均设有与之固定相连的蓄能杆，两个蓄能杆末端之间通过蓄能弹簧相连，位于上部的蓄能杆末端与弹跳主杆顶部铰接相连，弹跳主杆底部与脚掌中部铰接相连，弹跳次杆两端分别与弹跳主杆中部和位于下部的蓄能杆末端铰接相连，弹跳主杆中部与脚掌后部还通过第二支撑弹簧相连，第二支撑弹簧使得弹跳主杆和脚掌之间形成稳定的支撑；所述弹跳驱动装置通过驱动其中一个蓄能齿轮转动，使得两个蓄能杆能相互向外转动分开拉长蓄能弹簧蓄能，弹跳驱动装置对蓄能齿轮失去动力时，蓄能弹簧就释放能量通过弹跳主杆和弹跳次杆完成弹跳。作为改进，所述弹跳机构有两个，分设于机架后部两侧，两个弹跳机构的相对应蓄能齿轮之间通过轴杆固定相连。作为改进，所述弹跳驱动装置包括大齿轮、缺齿齿轮、小齿轮和弹跳电机，所述大齿轮通过齿轮轴安装在机架上，缺齿齿轮通过棘轮机构与大齿轮相连，所述小齿轮安装在弹跳电机的输出轴上，小齿轮通过变速齿轮组与大齿轮动力传动相连，所述缺齿齿轮有部分齿缺失，缺齿齿轮与弹跳机构的一个蓄能齿轮啮合相连，其安装位置满足，当缺齿齿轮带动蓄能齿轮转动，使得蓄能弹簧达到最大蓄能长度时，缺齿齿轮与蓄能齿轮之间啮合到缺齿处，即蓄能齿轮失去动力被释放。作为改进，所述变速齿轮组为通过变速齿轮轴同轴固定相连的大变速齿轮和小变速齿轮，大变速齿轮与小齿轮啮合传动，小变速齿轮与大齿轮啮合传动。作为改进，所述后腿弯曲机构包括推杆和丝杆螺母机构，所述丝杆螺母机构横向安装在机架底部，丝杆螺母机构的螺母通过摆杆与推杆中部铰接相连，推杆两端安装在设于机架两侧前后方向的导向槽内，推杆上还设有能与机架上相应导轨滑块结构的滑块相接触的顶杆，丝杆与大变速齿轮通过齿轮啮合传动，丝杆螺母机通过摆杆和推杆带动滑块在导轨上向前运动。作为改进，所述行走驱动装置包括驱动主轴、一对拨片和行走电机，所述一对拨片相对的设于机架内侧，并通过主传动轴与相应侧前腿相对固定相连，主传动轴与机架可转动相连形成转动副，所述驱动主轴前后方向的设于两个拨片之间，并通过轴承安装在机架上，驱动主轴前后两端分别设有一个异型凸轮，所述异型凸轮上具有两个对称的凸点，且两个异型凸轮相位差为90度，以主传动轴为对称的拨片上前后两处分别设有能与相应异型凸轮接触的凸起，异型凸轮在驱动主轴旋转过程中间隙式与其两侧拨片上的凸起相接触，使得拨片和前腿绕其相应主传动轴前后转动，通过两个异型凸轮的相位差使得两个前腿交替前后摆动完成行走功能，所述驱动主轴与行走电机动力传动相连。作为改进，所述驱动主轴通过齿轮啮合与行走电机相连。作为改进，所述机架包括位于两边的侧板和将两个侧板中间固定相连的三个横板，分别前横板、中横板和后横板，驱动主轴通过轴承安装在前横板和中横板之间，行走电机通过电机架安装在中横板上。作为改进，所述主传动轴通过轴承安装在侧板上，前腿顶部与相应拨片顶部通过连接件固定相连，在前腿和拨片之间形成稳定的连接，所述侧板上设有供连接件绕主传动轴转动的让性缺口。本专利技术有益效果是：本专利技术仿蝗虫结构，将弹跳动作和行走动作集为一体，可以在两者动作之间任意切换，极大提高了机器人运动动力和对运动环境适应性，能适应各种复杂环境。附图说明图1为本专利技术整体结构示意图；图2为本专利技术机架结构示意图；图3为本专利技术仿蝗虫弹跳机器人俯视图；图4为本专利技术局部仰视图；图5为本专利技术后腿结构示意图；图6为本专利技术弹跳驱动装置结构示意图；图7为本专利技术弹跳装置示意图；图8为本专利技术行走驱动装置装配示意图。1-机架，2-前腿，3-拉力杆，4-拉力弹簧，5-后上肢，6-行走电机，7-中横板，8，9-减速齿轮，10、12-异型凸轮，11-驱动主轴，13-拨片，14-滑块，15-弯曲连杆，16-后下肢，17-第一支撑弹簧，18-球销副，19-丝杆，20-小齿轮，21-弹跳电机，22-大变速齿轮，23-大齿轮，24-缺齿齿轮，25、26-蓄能齿轮，27、33-蓄能杆，28-弹跳主杆，2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可行走的仿蝗虫弹跳机器人，其特征在于：包括机架和安装在机架上的行走装置、后腿弯曲机构和弹跳装置，所述行走装置包括一对通过转动副设于机架前部两侧的前腿、一对通过转动副设于机架后部两侧的后腿以及驱动前腿和后腿行走的行走驱动装置，机架相同侧的前腿转动副上下位置与后腿转动副上下位置分别通过拉力弹簧和拉力杆交叉铰接相连，所述后腿由后上肢和后下肢通过球销副相连组成，该球销副使得后下肢只能相对于后上肢向前弯曲，后上肢底部设有向前延伸的弯曲支架，弯曲支架前端与后下肢之间通过第一支撑弹簧铰接相连，通过第一支撑弹簧使得后上肢和后下肢保持平直状态，所述机架上每一侧均设有沿机架前后方向的导轨滑块结构，所述导轨滑块结构的滑块通过弯曲连杆与相应侧的后下肢下部铰接相连；所述后腿弯曲机构为线性运动驱动装置，用于在弹跳装置弹跳时，推动滑块向前运动，使得后腿弯曲，为弹跳提供空间；所述弹跳装置包括弹跳驱动装置和弹跳机构，所述弹跳机构包括脚掌、弹跳主杆、弹跳次杆和一对相互啮合传动且安装在机架上的蓄能齿轮，每个蓄能齿轮上均设有与之固定相连的蓄能杆，两个蓄能杆末端之间通过蓄能弹簧相连，位于上部的蓄能杆末端与弹跳主杆顶部铰接相连，弹跳主杆底部与脚掌中部铰接相连，弹跳次杆两端分别与弹跳主杆中部和位于下部的蓄能杆末端铰接相连，弹跳主杆中部与脚掌后部还通过第二支撑弹簧相连，第二支撑弹簧使得弹跳主杆和脚掌之间形成稳定的支撑；所述弹跳驱动装置通过驱动其中一个蓄能齿轮转动，使得两个蓄能杆能相互向外转动分开拉长蓄能弹簧蓄能，弹跳驱动装置对蓄能齿轮失去动力时，蓄能弹簧就释放能量通过弹跳主杆和弹跳次杆完成弹跳。...

【技术特征摘要】
1.一种可行走的仿蝗虫弹跳机器人，其特征在于：包括机架和安装在机架上的行走装置、后腿弯曲机构和弹跳装置，所述行走装置包括一对通过转动副设于机架前部两侧的前腿、一对通过转动副设于机架后部两侧的后腿以及驱动前腿和后腿行走的行走驱动装置，机架相同侧的前腿转动副上下位置与后腿转动副上下位置分别通过拉力弹簧和拉力杆交叉铰接相连，所述后腿由后上肢和后下肢通过球销副相连组成，该球销副使得后下肢只能相对于后上肢向前弯曲，后上肢底部设有向前延伸的弯曲支架，弯曲支架前端与后下肢之间通过第一支撑弹簧铰接相连，通过第一支撑弹簧使得后上肢和后下肢保持平直状态，所述机架上每一侧均设有沿机架前后方向的导轨滑块结构，所述导轨滑块结构的滑块通过弯曲连杆与相应侧的后下肢下部铰接相连；所述后腿弯曲机构为线性运动驱动装置，用于在弹跳装置弹跳时，推动滑块向前运动，使得后腿弯曲，为弹跳提供空间；所述弹跳装置包括弹跳驱动装置和弹跳机构，所述弹跳机构包括脚掌、弹跳主杆、弹跳次杆和一对相互啮合传动且安装在机架上的蓄能齿轮，每个蓄能齿轮上均设有与之固定相连的蓄能杆，两个蓄能杆末端之间通过蓄能弹簧相连，位于上部的蓄能杆末端与弹跳主杆顶部铰接相连，弹跳主杆底部与脚掌中部铰接相连，弹跳次杆两端分别与弹跳主杆中部和位于下部的蓄能杆末端铰接相连，弹跳主杆中部与脚掌后部还通过第二支撑弹簧相连，第二支撑弹簧使得弹跳主杆和脚掌之间形成稳定的支撑；所述弹跳驱动装置通过驱动其中一个蓄能齿轮转动，使得两个蓄能杆能相互向外转动分开拉长蓄能弹簧蓄能，弹跳驱动装置对蓄能齿轮失去动力时，蓄能弹簧就释放能量通过弹跳主杆和弹跳次杆完成弹跳。2.如权利要求1所述的仿蝗虫弹跳机器人，其特征在于：所述弹跳机构有两个，分设于机架后部两侧，两个弹跳机构的相对应蓄能齿轮之间通过轴杆固定相连。3.如权利要求2所述的仿蝗虫弹跳机器人，其特征在于：所述弹跳驱动装置包括大齿轮、缺齿齿轮、小齿轮和弹跳电机，所述大齿轮通过齿轮轴安装在机架上，缺齿齿轮通过棘轮机构与大齿轮相连，所述小齿轮安装在弹跳电机的输出轴上，小齿轮通过变速齿轮组与大齿轮动力传动相连，所述缺齿齿轮有部分齿缺失，缺齿齿轮与弹跳机构的一个蓄能齿轮啮...

【专利技术属性】
技术研发人员：王欣，邹光明，周世凡，王炯，张晓寒，王浩，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42