一种弹跳扑翼机器人及其弹跳扑翼方法技术

本发明专利技术公开了一种弹跳扑翼机器人及其弹跳扑翼方法.自然界中一些小型昆虫，如蟋蟀，蚱蜢等，用腿部肌肉起跳，在空中用翅膀调整姿态，增强了起跳和落地阶段的稳定性。本发明专利技术一种弹跳扑翼机器人，包括机架、弹跳机构、复用驱动机构和扑翼机构。弹跳机构包括四根传动绳和四根弹腿。扑翼机构包括扑翼架、扑翼输入轴、扑翼输入齿轮、第一中间齿轮、第二中间齿轮、第三中间齿轮、扑翼输出齿轮和单侧扑翼组件。复用驱动机构包括弹跳传动组件、扑翼传动组件、动力源组件和传动切换组件。本发明专利技术仅使用一个电机驱动就能够完成对弹跳动作和扑翼动作的驱动，有效减轻装置重量，有助于提升弹跳高度。

A kind of flapping robot and its method

The invention discloses a bouncing and flapping robot and a bouncing and flapping method thereof. In nature, some small insects, such as crickets, grasshoppers and the like, take off with leg muscles, and adjust their posture in the air with wings, so as to enhance the stability of the taking off and landing stages. The invention relates to a bouncing and flapping wing robot, which comprises a frame, a bouncing mechanism, a multiplexing driving mechanism and a flapping wing mechanism. The spring mechanism includes four transmission ropes and four spring legs. Flapping wing mechanism includes flapping wing frame, flapping wing input shaft, flapping wing input gear, first intermediate gear, second intermediate gear, third intermediate gear, flapping wing output gear and unilateral flapping wing component. The multiplex driving mechanism includes a spring driving component, a flapping wing driving component, a power source component and a transmission switching component. The invention only uses one motor drive to complete the driving of the spring action and the flapping wing action, effectively reduces the weight of the device, and is helpful to improve the spring height.

【技术实现步骤摘要】
一种弹跳扑翼机器人及其弹跳扑翼方法
本专利技术属于机器人
，具体涉及一种弹跳扑翼机器人及其弹跳扑翼方法。
技术介绍
目前单一的跳跃机器人主要有耗能大，落地冲击大和偏离预期等难点。自然界中一些小型昆虫，如蟋蟀，蚱蜢等，用腿部肌肉起跳，在空中用翅膀调整姿态，增强了起跳和落地阶段的稳定性。因此弹跳扑翼机器人成为研究的重点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种弹跳扑翼机器人及其弹跳扑翼方法。本专利技术一种弹跳扑翼机器人，包括机架、弹跳机构、复用驱动机构和扑翼机构。所述的弹跳机构包括四根传动绳和四根弹腿。四根弹腿的内端均与机架的底部连接。所述的扑翼机构包括扑翼架、扑翼输入轴、扑翼输入齿轮、第一中间齿轮、第二中间齿轮、第三中间齿轮、扑翼输出齿轮和单侧扑翼组件。扑翼架与扑翼顶板固定。轴线水平设置的扑翼输入轴支承在扑翼架的中部。扑翼输入齿轮与扑翼输入轴固定。两个扑翼输出齿轮分别支承的扑翼架的两端。第一中间齿轮、第二中间齿轮及第三中间齿轮均支承在扑翼架上。第一中间齿轮及第二中间齿轮均与扑翼输入齿轮啮合。第三中间齿轮与第二中间齿轮啮合。第一中间齿轮、第三中间齿轮与两个扑翼输出齿轮分别啮合。单侧扑翼组件包括翼板、扑翼杆和翻转块。单侧扑翼组件共有两个。两个单侧扑翼组件与两个扑翼输出齿轮分别对应。翻转块与对应扑翼输出齿轮偏心构成转动副。翼板固定在扑翼杆的外端。扑翼杆翻转块构成滑动副。两个单侧扑翼组件的扑翼杆内端均与扑翼架铰接。所述的复用驱动机构包括弹跳传动组件、扑翼传动组件、动力源组件和传动切换组件。弹跳传动组件包括弹跳传动轴、绞车轴、传动绳、中心输入齿轮、中心输出齿轮、四个绞车齿轮、四个定滑轮和四个绞车齿轮轴。弹跳传动轴支承在机架上。中心输出齿轮及中心输入齿轮均固定在弹跳传动轴上。四根绞车轴均支承在弹跳底板的顶面，且沿中心输出齿轮的周向均布；四个绞车齿轮与四根绞车轴的底端分别固定，且均与中心输出齿轮啮合。四个定滑轮分别支承在机架上。四根绞车轴上均绕置有传动绳。四根传动绳的内端与四根绞车轴分别固定，外端分别绕过四个定滑轮，并与四根弹腿的外端分别固定。所述的扑翼传动组件包括第一扑翼传动轴、第一扑翼齿轮和传动连接组件。第一扑翼传动轴支承的机架上。第一扑翼齿轮固定在第一扑翼传动轴上。第一扑翼传动轴与扑翼输入轴通过传动连接组件传递转矩。所述的动力源组件包括电机、主动轴、第一主动齿轮和第二主动齿轮。主动轴支承在机架的顶部。第一主动齿轮、第二主动齿轮均与主动轴固定。主动轴由电机驱动。所述的传动切换组件包括切换轴、第一切换齿轮、第二切换齿轮、第三切换齿轮、切换环和切换电磁铁。竖直设置的切换轴与机架构成圆柱副。切换环套置在切换轴上，且与切换轴固定。切换电磁铁与机架固定且位于切换环的上方。第一切换齿轮、第二切换齿轮、第三切换齿轮均固定在切换轴上。所述的切换轴处于下极限位置的状态下，第二切换齿轮与第二主动齿轮啮合，第三切换齿轮与中心输入齿轮啮合。切换轴处于上极限位置的状态下，第一切换齿轮与第一主动齿轮啮合，第二切换齿轮与第一扑翼齿轮啮合。作为优选，所述的弹跳机构还包括四个舵机。四根弹腿分别位于机架底部的四个角。四个舵机固定在机架的底部。四个舵机的输出轴与四根弹腿的内端分别固定。作为优选，所述的切换环为磁性材料或永磁体。切换电磁铁采用环形电磁铁，套置在切换轴上。作为优选，所述的弹腿采用的材质为橡胶。所述的弹腿呈C形。弹腿的内端均开设有穿绳孔。位于机架头端、尾端的弹腿开口方向相对设置。所述的传动绳采用钢丝绳。传动绳分别穿过四根弹腿内端的穿绳孔。作为优选，所述的传动连接组件包括第二扑翼传动轴、第二扑翼齿轮、第三扑翼齿轮、带轮和传动带。所述的第二扑翼传动轴支承的机架上。两个带轮与第一扑翼传动轴、第二扑翼传动轴分别固定，且通过传动带连接。第一扑翼齿轮固定在第一扑翼传动轴上。第二扑翼齿轮固定在第二扑翼传动轴上。第三扑翼齿轮固定在扑翼输入轴上。第二扑翼齿轮与第三扑翼齿轮啮合。作为优选，所述的扑翼杆由一端端部固定在一起的传动杆和翼部安装杆组成。传动杆与翼部安装杆组成一个钝角。翼板由连接在一起的主扇板和辅助板组成。主扇板与辅助板组成一个钝角。翼部安装杆与对应的主扇板固定。两个单侧扑翼组件内的翼板分别位于机架的两侧。作为优选，所述的第一中间齿轮、第二中间齿轮及第三中间齿轮的分度圆直径相等。作为优选，所述的机架包括依次间隔排列并固定在一起的弹跳底板、中间基础板和扑翼顶板。所述切换轴的上方及下方均设置有与机架固定的限位块。作为优选，本专利技术一种弹跳扑翼机器人还包括控制传感系统。所述的控制传感系统包括控制器、扭矩传感器、电机驱动器和倾角传感器。扭矩传感器位于弹跳传动轴的中部。倾角传感器固定在弹跳底板上。扭矩传感器、倾角传感器的信号输出端均与控制器连接。四个舵机的PWM波输入端与控制器的四个舵机控制接口分别连接。电机与控制器通过电机驱动器连接。切换电磁铁的控制接口与控制器通过继电器连接。控制器采用单片机。该弹跳扑翼机器人运动过程具体如下：步骤一、四个舵机转动，调节起跳角度。步骤二、切换轴切换至下极限位置，电机转动，驱动四根绞车轴同步转动。步骤三、切换轴切换至上极限位置，第三切换齿轮与中心输入齿轮分离，四根弹腿推动机架跳起。同时，第一切换齿轮与第一主动齿轮啮合，第二切换齿轮与第一扑翼齿轮啮合，电机驱动扑翼输入轴转动，使得扑翼机构上的两块翼板上下翻动，形成扑翼动作，保持机架在空中的平衡。步骤四、四根弹腿重新着陆时，电机停转，切换电磁铁端点，弹跳扑翼动作完成。本专利技术具有的有益效果是：1、本专利技术结合弹跳和扑翼功能，增强机器人的弹跳稳定性。2、本专利技术仅使用一个电机驱动就能够完成对弹跳动作和扑翼动作的驱动，有效减轻装置重量，有助于提升弹跳高度。3、本专利技术使用弹性材料作为蓄能元件，简单方便，有助于减轻装置质量。4、本专利技术使用齿轮机构传动，控制精密，节省空间。5、本专利技术采用舵机调节角度，可无级调整机器人弹跳角度。附图说明图1是本专利技术的整体结构示意图；图2是本专利技术中弹跳机构的结构示意图；图3是本专利技术中扑翼机构的外部结构示意图；图4是本专利技术中扑翼机构的内部结构示意图；图5是本专利技术中复用驱动机构的立体图；图6是本专利技术中复用驱动机构的正视图；图7是本专利技术中复用驱动机构的俯视图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步说明。实施例1如图1所示，一种弹跳扑翼机器人，包括机架、弹跳机构1、复用驱动机构2、扑翼机构3和控制传感系统。机架包括依次间隔排列并固定在一起的弹跳底板5、中间基础板9和扑翼顶板31，形成三层齿轮安置位。如图1和2所示，弹跳机构1安装在整个装置的底部，包括四个舵机6和四根弹腿4。弹跳底板5为250mm×150mm×10mm的板材。四个舵机6固定在弹跳底板5底面的四个角。四个舵机6的输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种弹跳扑翼机器人，包括机架、弹跳机构、复用驱动机构和扑翼机构；其特征在于：所述的弹跳机构包括四根传动绳和四根弹腿；四根弹腿的内端均与机架的底部连接；所述的扑翼机构包括扑翼架、扑翼输入轴、扑翼输入齿轮、第一中间齿轮、第二中间齿轮、第三中间齿轮、扑翼输出齿轮和单侧扑翼组件；扑翼架与扑翼顶板固定；轴线水平设置的扑翼输入轴支承在扑翼架的中部；扑翼输入齿轮与扑翼输入轴固定；两个扑翼输出齿轮分别支承的扑翼架的两端；第一中间齿轮、第二中间齿轮及第三中间齿轮均支承在扑翼架上；第一中间齿轮及第二中间齿轮均与扑翼输入齿轮啮合；第三中间齿轮与第二中间齿轮啮合；第一中间齿轮、第三中间齿轮与两个扑翼输出齿轮分别啮合；单侧扑翼组件包括翼板、扑翼杆和翻转块；单侧扑翼组件共有两个；两个单侧扑翼组件与两个扑翼输出齿轮分别对应；翻转块与对应扑翼输出齿轮偏心构成转动副；翼板固定在扑翼杆的外端；扑翼杆翻转块构成滑动副；两个单侧扑翼组件的扑翼杆内端均与扑翼架铰接；/n所述的复用驱动机构包括弹跳传动组件、扑翼传动组件、动力源组件和传动切换组件；弹跳传动组件包括弹跳传动轴、绞车轴、传动绳、中心输入齿轮、中心输出齿轮、四个绞车齿轮、四个定滑轮和四个绞车齿轮轴；弹跳传动轴支承在机架上；中心输出齿轮及中心输入齿轮均固定在弹跳传动轴上；四根绞车轴均支承在弹跳底板的顶面，且沿中心输出齿轮的周向均布；四个绞车齿轮与四根绞车轴的底端分别固定，且均与中心输出齿轮啮合；四个定滑轮分别支承在机架上；四根绞车轴上均绕置有传动绳；四根传动绳的内端与四根绞车轴分别固定，外端分别绕过四个定滑轮，并与四根弹腿的外端分别固定；/n所述的扑翼传动组件包括第一扑翼传动轴、第一扑翼齿轮和传动连接组件；第一扑翼传动轴支承的机架上；第一扑翼齿轮固定在第一扑翼传动轴上；第一扑翼传动轴与扑翼输入轴通过传动连接组件传递转矩；/n所述的动力源组件包括电机、主动轴、第一主动齿轮和第二主动齿轮；主动轴支承在机架的顶部；第一主动齿轮、第二主动齿轮均与主动轴固定；主动轴由电机驱动；/n所述的传动切换组件包括切换轴、第一切换齿轮、第二切换齿轮、第三切换齿轮、切换环和切换电磁铁；竖直设置的切换轴与机架构成圆柱副；切换环套置在切换轴上，且与切换轴固定；切换电磁铁与机架固定且位于切换环的上方；第一切换齿轮、第二切换齿轮、第三切换齿轮均固定在切换轴上；/n所述的切换轴处于下极限位置的状态下，第二切换齿轮与第二主动齿轮啮合，第三切换齿轮与中心输入齿轮啮合；切换轴处于上极限位置的状态下，第一切换齿轮与第一主动齿轮啮合，第二切换齿轮与第一扑翼齿轮啮合。/n...

【技术特征摘要】
1.一种弹跳扑翼机器人，包括机架、弹跳机构、复用驱动机构和扑翼机构；其特征在于：所述的弹跳机构包括四根传动绳和四根弹腿；四根弹腿的内端均与机架的底部连接；所述的扑翼机构包括扑翼架、扑翼输入轴、扑翼输入齿轮、第一中间齿轮、第二中间齿轮、第三中间齿轮、扑翼输出齿轮和单侧扑翼组件；扑翼架与扑翼顶板固定；轴线水平设置的扑翼输入轴支承在扑翼架的中部；扑翼输入齿轮与扑翼输入轴固定；两个扑翼输出齿轮分别支承的扑翼架的两端；第一中间齿轮、第二中间齿轮及第三中间齿轮均支承在扑翼架上；第一中间齿轮及第二中间齿轮均与扑翼输入齿轮啮合；第三中间齿轮与第二中间齿轮啮合；第一中间齿轮、第三中间齿轮与两个扑翼输出齿轮分别啮合；单侧扑翼组件包括翼板、扑翼杆和翻转块；单侧扑翼组件共有两个；两个单侧扑翼组件与两个扑翼输出齿轮分别对应；翻转块与对应扑翼输出齿轮偏心构成转动副；翼板固定在扑翼杆的外端；扑翼杆翻转块构成滑动副；两个单侧扑翼组件的扑翼杆内端均与扑翼架铰接；
所述的复用驱动机构包括弹跳传动组件、扑翼传动组件、动力源组件和传动切换组件；弹跳传动组件包括弹跳传动轴、绞车轴、传动绳、中心输入齿轮、中心输出齿轮、四个绞车齿轮、四个定滑轮和四个绞车齿轮轴；弹跳传动轴支承在机架上；中心输出齿轮及中心输入齿轮均固定在弹跳传动轴上；四根绞车轴均支承在弹跳底板的顶面，且沿中心输出齿轮的周向均布；四个绞车齿轮与四根绞车轴的底端分别固定，且均与中心输出齿轮啮合；四个定滑轮分别支承在机架上；四根绞车轴上均绕置有传动绳；四根传动绳的内端与四根绞车轴分别固定，外端分别绕过四个定滑轮，并与四根弹腿的外端分别固定；
所述的扑翼传动组件包括第一扑翼传动轴、第一扑翼齿轮和传动连接组件；第一扑翼传动轴支承的机架上；第一扑翼齿轮固定在第一扑翼传动轴上；第一扑翼传动轴与扑翼输入轴通过传动连接组件传递转矩；
所述的动力源组件包括电机、主动轴、第一主动齿轮和第二主动齿轮；主动轴支承在机架的顶部；第一主动齿轮、第二主动齿轮均与主动轴固定；主动轴由电机驱动；
所述的传动切换组件包括切换轴、第一切换齿轮、第二切换齿轮、第三切换齿轮、切换环和切换电磁铁；竖直设置的切换轴与机架构成圆柱副；切换环套置在切换轴上，且与切换轴固定；切换电磁铁与机架固定且位于切换环的上方；第一切换齿轮、第二切换齿轮、第三切换齿轮均固定在切换轴上；
所述的切换轴处于下极限位置的状态下，第二切换齿轮与第二主动齿轮啮合，第三切换齿轮与中心输入齿轮啮合；切换轴处于上极限位置的状态下，第一切换齿轮与第一主动齿轮啮合，第二切换齿轮与第一扑翼齿轮啮合。


2.根据权利要求1所述的一种弹跳扑翼机器人，其特征在于：所述的弹跳机构还包括四个舵机；四根弹腿分别位于机架底部的四个角；四个舵机固定在机架的底部；四个舵机的输出轴与四根弹腿的内端分别固定。

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【专利技术属性】
技术研发人员：许明，章佳奇，陈国金，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33