跳跃度可调的仿生弹跳机构制造技术

本实用新型专利技术涉及一种跳跃度可调的仿生弹跳机构，机构采用变传动齿轮上置五杆闭链形式，包括调姿-储能机构、跳跃度调节机构、脚底转向机构、齿轮锁定-释放机构和小腿锁死机构；该机构是从其弹跳机构特性上实现跳高度和跳远度的调节控制，而且可用于弹跳机器人能够实现转向的，并且跳跃度可以调节的仿生弹跳机构。本实用新型专利技术通过改变机构中齿轮对的传动比，使机构得到不同的跳跃轨迹，从而达到控制机构跳高度和跳远度的目标，当传动比为1时，机构能够越过较高的障碍物，当传动比为6时，机构能越过较远的障碍物，当传动比介于两者之间时，机构的跳跃性能也介于两者之间。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种机器人弹跳机构，特别是一种跳跃度可调的仿生弹跳机构。 属于机械工程与自动化及机器人领域。
技术介绍
根据运动方式的不同，可把机器人分为四类一、轮式机器人，其优点是高速高效， 可在短时间内到达目的地，但轮式机器人的越障能力小。二、腿式机器人，其优点是越障能力好，但是腿式机器人的速度和效率都很低，而且控制比较复杂。三、履带式机器人，其优点是适应能力强，设计紧凑，但是重量和能耗都很大。四、弹跳机器人，其优点与其他三个机器人相比主要表现在以下几个方面(1)可适应复杂环境；( 越障能力强；C3)活动范围大， 结构与控制简单而运动灵活性大、可靠性高以及尺寸小；(4)弹跳机器人尤其能充分发挥星面重力加速度远远低于地球。国内外有关弹跳机器人的研究类型很多，有1)瑞士洛桑联邦理工大学研发的一种微型双腿可弹跳机器人，其设计灵感来自于蚱蜢。蚱蜢机器人可以弹跳是自身27倍的高度，成为机器人跳高之最。主要通过调整起跳角度实现跳高度跳远度变化。2、由美国明尼苏达州大学设计的一种具有集体作业功能的远程遥控自主侦查机器人，该弹跳机器人可用于森林勘测侦查，主体依靠两侧轮子运动和转向，中间有一个弯曲的刚性弹簧，依靠绞盘和线缆使刚性弹簧沿着身体弯曲储存能量实现弹跳。3)中国专利CN101058036中公开了一种前腿有支撑减震机构，后腿有起跳机构的仿生蝗虫跳跃机器人，但该机器人不能实现转向功能，不能实现跳跃度的可调。4)由西北工业大学研制的星面探测仿生弹跳机器人，是基于齿轮-五杆机构的闭链机构，借助于其具有丰富的复杂轨迹曲线，可实现多种不同运动规律和力变换特性，以获得仿生足式跳跃运动形态和弹跳动力特性，从而实现弹跳，但该机器人不能实现跳跃度的调节，没有转向功能。目前，大多数的跳跃机器人主要通过轮式差速转向，通过调节起跳角度实现跳跃度的变化，调节范围有限，都不是从弹跳机构特性上实现跳高度和跳远度的控制。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题在于提供一种跳跃度可调的仿生弹跳机构，该机构是从其弹跳机构特性上实现跳高度和跳远度的调节控制，而且可用于弹跳机器人能够实现转向的，并且跳跃度可以调节的仿生弹跳机构。为解决上述技术问题本技术采用的技术方案是跳跃度可调的仿生弹跳机构采用变传动齿轮上置五杆闭链形式，其包括调姿-储能机构、跳跃度调节机构、脚底转向机构、齿轮锁定-释放机构和小腿锁死机构。调姿-储能机构包括脚底板、小腿、大小腿连接轴、大腿、后腿、后腿弹簧挂杆、后腿轴、储能螺母、储能电机、储能电机座、花键轴直线电机、大花键轴套、花键轴、销轴、顶板、 储能弹簧、拉紧弹簧、小花键轴套。顶板为一平板，承载和安装固定零部件。顶板大轴孔和顶板小轴孔均安装在顶板上，且在顶板的同一个面上。大腿和小腿的两端均有一个铰接孔。大腿的一边和顶板大轴孔铰接在一起，而另一端则和小腿铰接。小腿的另一端和脚底板连接件铰接在一起。同时， 脚腿连接座和后腿的一端铰接在一起。后腿呈夹角为165°的“V”字形，在后腿的另一边上也有一个铰接孔，和储能螺母铰接在一起。储能电机轴的一端和储能螺母通过螺纹连接，另一端和储能电机配合在一起。储能电机安装在储能电机座上，储能电机座和顶板小轴孔铰接在一起，形成了五杆机构。棘轮和脚底板固连在一起，锁死舵机安装在小腿上。棘爪和锁死舵机连接在一起， 通过锁死舵机的控制使棘爪与棘轮啮合或分开。锁定释放机构包括调姿从动齿轮、调姿主动齿轮、动静转换臂、转换臂卡槽、调姿舵机座、调姿舵机、调姿拨销、锁定舵机、调姿拨销、锁定舵机座、调姿舵机伸出轴、轴支架。锁定舵机和顶板固连在一起，调姿拨销的一端和锁定舵机固连，另一端的突出轴与转换臂卡槽相连，控制机构的锁死或释放；调姿舵机与顶板固连，调姿主动齿轮与调姿舵机固连，调姿从动齿轮与动静转换臂铰接在一起。跳跃度调节机构包括三对传动比不同的圆柱齿轮、花键轴、小花键轴套、大花键轴套、大腿、顶板大轴孔、顶板小轴孔、储能电机、储能电机座。三对齿轮中各有一个和花键轴连接，而余下的三个齿轮则和储能电机座铰接在一起，这三个齿轮和储能电机座上都有一个固定孔，通过销轴将它们定位，成为一个联动的整体。花键轴的一端有一个螺纹孔，通过螺纹连接将花键轴直线电机和花键轴连接起来，同时花键轴直线电机和大腿大端固结在一起，通过花键轴直线电机的轴向移动，带动花键轴移动，这样通过不同的齿轮对啮合，机构就会得到不同的传动比。本技术的工作过程为锁定舵机转动，带动与之固连的调姿拨销运动，调姿拨销另一端上的凸出轴也随之转动，并通过和动静转换臂的槽接触，推动动静转换臂转动， 使动静转换臂上的调姿从动齿轮和一级主动齿轮啮合；调姿舵机转动，带动与之连接的调姿主动齿轮转动，调姿主动齿轮转动带动调姿从动齿轮转动，调姿从动齿轮转动又带动一级主动齿轮转动，直到将机构调成稳定的姿态。姿态调整结束后，锁定舵机反转，带动调姿拨销反转，调姿拨销反转又带动动静转换臂反转，此时调姿从动齿轮和一级主动齿轮分开， 而靠近转换臂卡槽的一个单齿则和一级主动齿轮啮合，将三个齿轮对固定起来；花键轴直线电机沿轴向移动，选择需要的一对齿轮，然后储能电机开始工作，储能电机轴开始慢慢伸长，随着以上的动作，小腿和后腿分别以与脚腿连接座铰接的点为支点，向反方向转动，连接在大小腿连接轴和后腿弹簧挂杆上的弹簧则慢慢被拉开，能量逐渐被存储。由于棘轮和棘爪的作用，弹跳机构被锁定，当锁死舵机转动时，棘爪和棘轮分开，此时机构不再锁死，弹簧的能量被释放，机构在弹簧能量的驱动下跳起。本技术通过改变机构中齿轮对的传动比，使机构得到不同的跳跃轨迹，从而达到控制机构跳高度和跳远度的目标，当传动比为1时，机构能够越过较高的障碍物，当传动比为6时，机构能过越过较远的障碍物，当传动比介于两者之间时，机构的跳跃性能也介于两者之间。附图说明4以下结合附图和实施方式对本技术跳跃度可调的仿生弹跳机构作进一步详细的说明。图1为本技术弹跳机构储能状态的三维视图。图2为本技术弹跳机构储能状态的俯视图。图3为本技术弹跳机构储能状态的主视图。图4为本技术的锁定释放机构的锁定状态。图5为本技术的锁定释放机构的释放状态。图6为本技术的锁定释放机构的局部视图。图7为本技术的脚底转向机构的三维视图。图8为本技术的脚底转向机构的分解视图。图9为本技术的锁死机构的三维视图。图10为本技术的锁死机构的俯视图。图11为本技术的跳跃度调节机构的三维视图。图12为本技术的花键轴与花键轴直线电机装配图。图13为本技术的花键轴与三级从动齿轮装配示意图。图14为脚底板的示意图。图15为转向滚子座的示意图。图16为脚腿连接座的示意图。图17为拉紧弹簧销座。图18为转向底盘。图19为棘轮的示意图。图20为棘爪的示意图。图21为棘爪拨销的示意图。图22为小腿的示意图。图23为大腿的示意图。图M为后腿的示意图。图25为储能螺母的示意图。图沈为储能电机的示意图。图27为储能电机座的示意图。图28为大花键轴套的示意图。图四为花键轴的示意图。图30为一级从动齿轮的示意图。图31为二级从动齿轮的示意图。图32为三级从动齿轮的示意图。图33为一级主动齿轮的示意图。图34为二级主动齿轮的示意图。图35为三级主动本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种跳跃度可调的仿生弹跳机构，采用变传动齿轮上置五杆闭链形式，它包括调姿－储能机构、跳跃度调节机构、脚底转向机构、齿轮锁定－释放机构和小腿锁死机构，其特征在于：所述的调姿－储能机构包括脚底板、小腿、大小腿连接轴、大腿、后腿、后腿弹簧挂杆、后腿轴、储能螺母、储能电机、储能电机座、花键轴直线电机、花键轴、顶板、储能弹簧、拉紧弹簧；顶板为一平板，设置的顶板大轴孔和顶板小轴孔在顶板的同一个面上；大腿和小腿的两端均有一个铰链孔，大腿的一边和顶板大轴孔铰接，另一端与小腿铰接，小腿的另铰接，形成了五杆机构。一端和脚底板连接件铰接，脚腿连接座和后腿的一端铰接，后腿呈夹角为１６５°的“Ｖ”字形，后腿的另一边亦设置有铰链孔和储能螺母连接，储能电机轴的一端和储能螺母通过螺纹连接，另一端和储能电机配合，储能电机安装在储能电机座上，储能电机座和顶板小轴孔

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：葛文杰，魏敦文，高建，陈晓红，程静，刘亦洋，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：实用新型
国别省市：87