[发明专利]弹跳机器人的能量存储与释放装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械式能量存储与释放装置，特别是涉及一种用于弹跳机器人的能量存储与释放装置。

背景技术

美国专利说明书US 7 168 513 B2公开了一种用于行星表面探测的弹跳机器人。所涉及的弹跳机器人包括弹跳机构和能量存储与释放装置，其弹跳机构由四根等长度的连杆、两对参数相同的齿轮及弹簧组成，连杆和齿轮依次相互连接组成菱形对称齿轮六杆机构，弹簧两端分别固定在该六杆机构中部两个铰链关节上。其能量存储与释放装置包括电机与丝杠传动机构及锁定/释放装置。工作时，固定在弹跳机构顶端的电机驱动丝杠向下伸长，丝杠末端的挂钩固定在弹跳机构底端的锁定/释放装置，锁定/释放装置将挂钩锁定，然后电机反向转动驱动丝杠向上缩短，压缩弹跳机构而拉伸弹簧以储能，当锁定/释放装置触发脱开丝杠挂钩时，弹簧释放弹性能驱动弹跳机构迅速伸展而跳起。该弹跳机器人的能量存储与释放装置采用微小功率电机来驱动，但丝杠末端的挂钩与锁定/释放装置精确配合极为困难，使弹跳机器人运动不够稳定。

在中国专利200710072236.6中公开了一种仿蝗虫跳跃机器人，采用绳索牵拉方式进行能量存储与释放。这种绳索牵拉式能量存储与释放装置其结构紧凑，运动稳定，可在弹簧任意拉伸长度位置释放，然而驱动电机需要较大的功率，效率不高，不利于机器人的节能与小型化。

发明内容

本发明要解决的技术问题是在于克服上述技术中弹跳机器人的能量存储与释放装置存在的或者需求功率大、难以小型化，或者运动不够稳定等不足，提出了一种适用于弹跳机器人的能量存储与释放装置。该能量存储与释放装置包括姿态调整机构、锁定/释放机构和丝杠螺母驱动机构。

所述姿态调整机构，其二级齿轮、一级齿轮和主动齿轮位于同一平面且呈“一”字分布，二级齿轮与一级齿轮啮合，一级齿轮与主动齿轮啮合；二级齿轮轴和一级齿轮轴分别穿过二级齿轮和一级齿轮的中心孔与二级齿轮和一级齿轮固定，且与主动齿轮轴相互平行分布，主动齿轮轴穿过主动齿轮的中心孔并可相对主动齿轮中心孔轴线进行转动或轴向滑动；离合器、步进电机和主动齿轮在主动齿轮轴的中心轴线方向上呈“一”字分布，离合器设在主动齿轮和步进电机之间与主动齿轮和步进电机的输出轴固定，步进电机固定在电机固定板上。

所述的锁定/释放机构位于二级齿轮的斜上方，棘爪轴位于二级齿轮的斜上方与二级齿轮轴平行分布。棘爪套在棘爪轴上，可绕棘爪轴转动，棘爪的爪尖可伸入或伸出二级齿轮上相邻两齿之间的间隙，与二级齿轮进行啮合或脱开，从而对二级齿轮的转动进行锁定或释放。舵机位于棘爪一侧，其输出摆盘通过连杆与棘爪相连，可通过摆盘的摆动拉动棘爪绕棘爪轴转动。

所述的丝杠螺母驱动机构位于二级齿轮的斜下方，电机固定在二级齿轮的侧面电机固定板上。丝杠通过联轴器与电机输出轴连接。带轴螺母套在丝杠上与丝杠螺旋副连接。

所述弹跳机器人的能量存储与释放装置的机身是由五块薄板组成的没有下底部分的长方体形壳体，能量存储与释放装置的齿轮传动机构和棘爪机构设置于其内部，其中二级齿轮轴和一级齿轮轴分别穿过机身侧板上对应位置的通孔，与机身形成铰链连接；主动齿轮轴和棘爪轴分别穿过机身侧板上对应的安装孔，与机身固定；舵机固定在机身的后板内侧；步进电机固定板设置在机身侧板的内侧。

本发明的工作过程包括调整姿态与储能、能量释放与跳跃两个阶段：