[发明专利]一种连续跳跃运动及转向机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种四足支撑机器人运动机构，特别是一种可连续跳跃及转向运动机构。

技术背景

在非结构化或准结构化环境下运动时，轮履及爬行式机器人遇到大于其自身尺寸的障碍物时，一般只能避让，在很多场合的应用受到限制。具有弹跳性能的机器人由于可以跨越障碍，墙体和沟渠，具有广泛的应用前景，近年来受各国研究机构的高度关注。跳跃机器人要求落脚面积小，适应复杂的地形和环境；可跳跃其自身高的数倍甚至数十倍的高度，越障能力和活动范围大；弹跳运动的突然性与爆发性还有助于机器人快速躲避危险；而其结构自由度可很少，但其运动自由度并不少，因而其运动灵活性高，结构与控制简单，易微小化。跳跃机器人在运动过程中，也存在难以实现连续跳跃，难以控制跳跃方向的缺点。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提出一种仿生机器人用的连续跳跃及转向机构。该机构结构简单，易于操作。

为达到上述的目的，本发明的构思是：通过周期地改变机构中的可动机构的质心高度，使弹簧周期地储存和释放弹性势能，与此同时势能与动能发生相互转化，并利用惯性使机构实现连续跳跃。同时改变机构的质心相对于四支撑足形成的支撑四边形的形心的偏移位置来实现跳跃方向的改变。

机器人连续跳跃运动机构，包括一个机体，在机体的滑槽中安装了滑块。凸轮安装在滑块里的一根轴上，并由同样安装在滑块中的电机通过同步带驱动。滑块与机体之间有压缩弹簧。弹簧一端与身体连接，另一端与滑块连接。机器人转向机构，机体的顶端的轴与支撑足顶部上方的电机轴通过联轴器连接，并由该电机驱动。

本发明中，电机（5）带动凸轮顺时针旋转，凸轮的外轮廓与机体几何约束，随着凸轮的旋转，运动到最远端，此时弹簧压缩到最大值，弹性势能最大，整个机构质心最低。当电机驱动凸轮转过最远端时，凸轮与机体不再约束，弹簧释放，质心迅速上升；根据达朗贝尔原理，这时整个机构除了受到一个向下的重力G=M×g外，还受到一个向上的虚拟的惯性力F=m×a1作用（其中M为整个机构的质量，g为重力加速度，m为可动机构的质量，a1为可动机构的加速度）。由于压缩弹簧是突然释放弹性势能，滑块机构的加速度a1会很大。如果F > G,则整个机构就会脱离地面，实现弹跳动作。此时整个机构的向上加速度为: a2=(F-G)/M。由于机构的质心位置偏置，不在四个支撑点所形成支撑面积的形心处，四个支撑点受力不同，机构在弹跳过程中，由于惯性还会有水平方向的位移。在凸轮再次与机体接触时，又受到凸轮外轮廓线的约束，进入下一个循环动作。此运动机构结构简单，可以实现连续跳跃运动。

      当需要改变跳跃运动的方向，此时，机器人平稳的停留在地面，电机（5）停转，电机（6）顺时针转过90°、180°、270°或某指定角度后停止，改变了弹性势能释放时质心相对于四支撑足形成的支撑四边形的形心的偏移位置，即可改变机器人的跳跃方向。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种连续跳跃及转向运动机构。它包括一个倾斜机体，所述倾斜机体顶端水平面上有一与四个支撑足顶部连接板中心小孔的转动副连接，所述倾斜机体有滑槽，该滑槽中安装一滑块；一根从动轴固定在滑块上，一个凸轮安装在从动轴上构成凸轮机构，一个第一电机安装在滑块底部的电机座板上；该电机的输出轴与从动轴通过同步带传动；一个第二电机直立固定在支撑足上方的电机座板上，它的输出轴向下穿过电机座板小孔，与一联轴器连接，联轴器的另一端与穿过支撑足顶部连接板中心小孔的倾斜机体的垂直小轴连接；一个压缩弹簧一端固定在倾斜机体上，另一端固定在滑块上；所述的第一电机驱动凸轮，可实现对压缩弹簧弹性势能的储存和快速释放，从而实现跳跃；所述第二电机的转动用来改变倾斜机体的倾斜方向，相应的改变质心的位置，从而改变跳跃运动的方向。

与现有技术相比，本发明具有如下突出实质性特点和显著优点：本发明采用凸轮转动形成质心变化实现跳跃；并且把该凸轮机构安置在倾斜的机体上，改变倾斜机体的倾斜方向，实现运动转向。此运动机构结构简单，跳跃效率高，可实现连续跳跃，并易于改变跳跃运动方向。

附图说明

图1是本发明一个实施例结构主视图。

图2是图1的俯视图。

图3是图1左视图。

图4是图1示例的滑块部分（包括凸轮4，电机5，同步带10，从动轴11）的主视图。

图5是图4示例的辅助视图。

具体实施方式