一种仿生过轴心跳跃机构及其跳跃方法技术

一种仿生过轴心跳跃机构及其跳跃方法，包括动力模块与执行模块。其中动力模块包括限位盖板，传动模块与壳体。本发明专利技术可以实现机构的整体高速度起跳。本发明专利技术的主要弹性储能元件为压缩弹簧，作用方式简单，释放过程中无效能量损失少。胫节杆件的摆动可有效延长机构的起跳时长，强化跳跃能力。本发明专利技术可在电机持续运转的情况下实现往复跳跃，且通过结构实现胫节杆件的摆动，先比与主动控制弹跳结构，成本低，结构简单。构简单。构简单。

【技术实现步骤摘要】
一种仿生过轴心跳跃机构及其跳跃方法


[0001]本专利技术涉及仿生跳跃机构领域，特别涉及一种仿生过轴心跳跃机构及其跳跃方法。

技术介绍

[0002]生物界中有许多昆虫具有优异的跳跃能力，它们依靠着自身独特的生理结构与特殊化的储能材料配合，大大提高了跳跃行为的移动速度与运动范围。其中一些生物，例如：蚤目昆虫，利用“过轴心”的施力方式，来优化自身的跳跃系统。
[0003]随着科技发展，机器人应用领域越来越广泛，人们期待机器人可以在工况复杂多变的环境中完成作业，这需要机器人有良好的地形适应能力与规避障碍能力，而跳跃行为可以为机器人是一个良好的解决方案，跳跃行为可以实现机器人在短时间内完成高速度移动，更加适合在复杂和不可预测的环境中运动，跳跃机构是机器人跳跃性能的重要组成部分，其性能直接影响整个机器人的跳跃能力，从而影响机器人整体的移动能力与避障能力。
[0004]目前公开跳跃机构中，是通过复杂的控制系统与变速电机的驱动实现跳跃过程，但由于控制系统的复杂性，提高了跳跃机构中质量，导致跳跃能力仍有待改善，改善跳跃机构，简化控制系统是提高跳跃机构工作能力的有效解决办法。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种仿生过轴心跳跃机构及其跳跃方法。
[0006]一种仿生过轴心跳跃机构，包括动力模块与执行模块；其中动力模块包括限位盖板，传动模块与壳体，，限位盖板安装于壳体上方，传动模块主体安装于壳体内部，传动模块上侧穿透限位盖板方形孔，传动模块下侧穿透壳体方形孔；传动模块由第一电机、第一不完全齿轮、第一齿条、伸肌绳、第二电机、第二不完全齿轮、第二齿条与屈肌绳组成。第一电机输出轴与第一不完全齿轮配合，第一不完全齿轮与第一齿条之间为齿轮啮合，第二电机输出轴与第二不完全齿轮配合，第二不完全齿轮与第二齿条之间为齿轮啮合，第一齿条侧边开有限位孔，下方开有安装孔。伸肌绳通过安装孔与第一齿条固定。第二齿条侧边开有限位孔，下方开有安装孔，屈肌绳通过安装孔与第二齿条固定，执行模块由第一弹簧、第二弹簧、第三弹簧与第四弹簧、分隔板、股节体、第一胫节杆与第二胫节杆组成，第一弹簧、第二弹簧、第三弹簧与第四弹簧对称均匀分布于分隔板上方，分隔板开有两个方形孔，使得第一齿条、伸肌绳、第二齿条与屈肌绳可以从方形孔中穿过，进入股节体内部。分隔板下方安装股节体。股节体内部前后两侧分别有a柱、b柱，a柱与第一齿条限位孔配合，b柱与第二齿条限位孔配合，股节体下端左右两侧分别与第一胫节杆与第二胫节杆铰接，铰接中心为A轴，伸肌绳的两端分别与第一胫节杆与第二胫节杆前侧内部固定，屈肌绳的两端第一胫节杆与第二胫节杆前侧外部固定。
[0007]一种仿生过轴心跳跃机构的跳跃方法，
[0008]工作过程中：第一电机与第二电机启动后：第一不完全齿轮与第一齿条之间和第二不完全齿轮与第二齿条之间同步进入啮合，第一齿条与第二齿条向上移动，在第一齿条的带动下，伸肌绳的拉伸弹性势能逐渐增大，在第二齿条的带动下，屈肌绳由松弛状态逐渐转为收紧状态；
[0009]屈肌绳转为收紧状态后，第一不完全齿轮与第一齿条之间和第二不完全齿轮与第二齿条之间继续啮合，第一齿条与第二齿条持续向上移动，在第一齿条的带动下，伸肌绳的拉伸弹性势能继续增大，在第二齿条的带动下，屈肌绳保持收紧状态，第一胫节杆与第二胫节杆逐渐绕A轴旋转，完成第一胫节杆与第二胫节杆的蜷曲；
[0010]第一胫节杆与第二胫节杆的蜷曲完成后，伸肌绳的对第一胫节杆与第二胫节杆的作用力方向在A轴前侧，第一齿条与第二齿条限位孔下端与股节体的a柱与b柱接触，第一不完全齿轮与第一齿条之间和第二不完全齿轮与第二齿条之间继续啮合，第一齿条与第二齿条持续向上移动与股节体的a柱与b柱对第一齿条、第二齿条的限位下，伸肌绳的拉伸弹性势能不再继续增大，屈肌绳保持收紧状态，伸肌绳、屈肌绳、分隔板、股节体、第一胫节杆与第二胫节杆相对壳体向上移动，第一弹簧、第二弹簧、第三弹簧与第四弹簧逐渐压缩，产生弹性势能；
[0011]第一不完全齿轮与第一齿条之间和第二不完全齿轮与第二齿条之间脱离啮合后，第一弹簧、第二弹簧、第三弹簧与第四弹簧储存的弹性势能逐渐释放，机构开始起跳，同时，在伸肌绳的拉伸弹性势能释放作用下，第一齿条相对于股节体向下移动，伸肌绳对第一胫节杆与第二胫节杆的拉力方向逐渐发生旋转，当伸肌绳对第一胫节杆与第二胫节杆的拉力方向旋转至A轴后侧时，伸肌绳拉动第一胫节杆与第二胫节杆向后侧旋转，第一胫节杆与第二胫节杆开始向后侧摆动，直至伸展；起跳完成后，等待齿轮与齿条重新啮合，重新进入下一跳跃周期。
[0012]本专利技术的有益效果是：
[0013]1、本专利技术的主要弹性储能元件为压缩弹簧，作用方式简单，释放过程中无效能量损失少。
[0014]2、本专利技术的胫节杆件摆动可有效延长机构的起跳时长，强化跳跃能力。
[0015]3、本专利技术可在电机持续运转的情况下实现往复跳跃，且通过结构实现胫节杆件的摆动，先比与主动控制弹跳结构，成本低，结构简单。
附图说明
[0016]图1为本专利技术的立体图；
[0017]图2为动力模块的立体图；
[0018]图3为动力模块的爆炸图；
[0019]图4为传动模块的爆炸图；
[0020]图5为执行模块的立体图；
[0021]图6为执行模块的爆炸图；
[0022]图7为本专利技术收紧状态的剖视图；
[0023]图8为本专利技术松弛状态的剖视图。
具体实施方式
[0024]如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7与图8所示，一种仿生过轴心跳跃机构，包括动力模块1与执行模块2，其中动力模块1包括限位盖板11，传动模块12与壳体13，限位盖板11与壳体13下侧开有两个方形孔，限位盖板11安装于壳体13上方，传动模块12主体安装于壳体13内部，传动模块12上侧穿透限位盖板11方形孔，传动模块12下侧穿透壳体13方形孔；传动模块12由第一电机121、第一不完全齿轮122、第一齿条123、伸肌绳124、第二电机125、第二不完全齿轮126、第二齿条127与屈肌绳128组成，第一电机121输出轴安装有第一不完全齿轮122，第一不完全齿轮122与第一齿条123之间为齿轮啮合，第一齿条123通过限位盖板11与壳体13下侧的方形孔实现定位，第一齿条123侧边开有限位孔，下方开有安装孔，伸肌绳124通过安装孔与第一齿条123固定，第二电机125输出轴安装有第二不完全齿轮126，第二不完全齿轮126与第二齿条127之间为齿轮啮合，第二齿条127通过限位盖板11与壳体13下侧的方形孔实现定位，第二齿条127侧边开有限位孔，下方开有安装孔，屈肌绳128通过安装孔与第二齿条127固定，执行模块2由第一弹簧21、第二弹簧22、第三弹簧23与第四弹簧24、分隔板25、股节体26、第一胫节杆27与第二胫节杆28组成，第一弹簧21、第二弹簧22、第三弹簧23与第四弹簧24对称均匀分布于分隔板25上方，分隔板25开有两个方形孔，使得第一齿条本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿生过轴心跳跃机构及方法，其特征在于：包括动力模块(1)与执行模块(2)；动力模块(1)包括限位盖板(11)，传动模块(12)与壳体(13)，限位盖板(11)与壳体(13)下侧开有两个方形孔，限位盖板(11)安装于壳体(13)上方，传动模块(12)主体安装于壳体(13)内部，传动模块(12)上侧穿透限位盖板(11)方形孔，传动模块(12)下侧穿透壳体(13)方形孔；传动模块(12)由第一电机(121)、第一不完全齿轮(122)、第一齿条(123)、伸肌绳(124)、第二电机(125)、第二不完全齿轮(126)、第二齿条(127)与屈肌绳(128)组成，第一电机(121)输出轴安装有第一不完全齿轮(122)，第一不完全齿轮(122)与第一齿条(123)之间为齿轮啮合，第一齿条(123)通过限位盖板(11)与壳体(13)下侧的方形孔实现定位；第一齿条(123)侧边开有限位孔，下方开有安装孔；伸肌绳(124)通过安装孔与第一齿条(123)固定；第二电机(125)输出轴安装有第二不完全齿轮(126)，第二不完全齿轮(126)与第二齿条(127)之间为齿轮啮合，第二齿条(127)通过限位盖板(11)与壳体(13)下侧的方形孔实现定位；第二齿条(127)侧边开有限位孔，下方开有安装孔；屈肌绳(128)通过安装孔与第二齿条(127)固定；执行模块(2)由第一弹簧(21)、第二弹簧(22)、第三弹簧(23)与第四弹簧(24)、分隔板(25)、股节体(26)、第一胫节杆(27)与第二胫节杆(28)组成；第一弹簧(21)、第二弹簧(22)、第三弹簧(23)与第四弹簧(24)对称均匀分布于分隔板(25)上方，分隔板(25)开有两个方形孔，使得第一齿条(123)、伸肌绳(124)、第二齿条(127)与屈肌绳(128)可以从方形孔中穿过，进入股节体(26)内部；分隔板(25)下方安装股节体(26)；股节体(26)内部前后两侧分别有a柱、b柱；a柱与第一齿条(123)限位孔配合，b柱与第二齿条(127)限位孔配合；股节体(26)下端左右两侧分别与第一胫节杆(27)与第二胫节杆(28)铰接，铰接中心为A轴，伸肌绳(124)的两端分别与第一胫节杆(27)与第二胫节杆(28)前侧内部固定，屈肌绳(128)的两端第一胫节杆(27)与第二胫节杆(28)前侧外部固定。2.根据权利要求1所述的一种仿生过轴心跳跃机构，其特征在于：所述的伸肌绳(124)的材料为橡胶；所述的屈肌绳(128)的材料为无弹力麻绳；机构安装完成后，在松弛阶段下伸肌绳(124)有一定拉伸弹性势能，屈肌绳(128)则处于松弛状态。3.权利要求1所述的一种仿生过轴心跳跃机构的跳跃方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：佟金，高子博，李默，曹成全，吴宝广，马云海，孙霁宇，宋伟，高鹏，李金光，许子和，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：