[发明专利]基于双质量模型结构的跳跃机器人

说明书

技术领域

本发明涉及一种跳跃机器人结构，具体说是涉及一种基于双质量模型的跳跃机器人结构。

背景技术

随着科学技术的发展和各种科学探险活动的增加，机器人作为科学探险的辅助装置，其工作环境也越来越复杂。由美国JPL研制的火星漫游车Athena于2003年发射，其具有较强的越障和爬坡能力，但是在地势更加复杂的情况下，比如遇到大的沟渠，其运动能力大受影响，因此对于具有越障能力更强、反应速度更快的跳跃机器人的研制迫在眉睫，各国的相关科研机构在该方面取得了一些积极的研究进展。

麻省理工学院研究人员研制的单腿跳跃机器人能够实现连续跳跃的稳定和跳跃姿态的调整；日本东京科技研究所Hideyuki教授设计出救援侦查轮动跳跃机器人，在平坦地面采用轮动，遇到障碍物时采用跳跃方式越障；Lambrecht教授设计出Mini-Whegs跳跃机器人，对于小型障碍物，利用喇叭状滚轮的长臂进行越障，遇到大的障碍物时利用双曲柄机构结合螺旋弹簧实现弹跳；Rhodri教授设计出jollbot跳跃机器人，利用压缩机构周围的弹性笼进行能量存储，瞬间释放能量实现跳跃；日本东京大学设计出一个控制过程复杂的多自由度跳跃机器人Mowgli，利用多个气缸控制多关节瞬时运动实现弹跳。

国内方面，哈尔滨工业大学的赵杰教授等人通过提取青蛙跳跃运动性能参数，应用于仿青蛙跳跃机器人动力学分析和后腿的设计；上海交通大学的杨煜普教授提出了一种单腿跳跃机器人机构，能实现周期性的翻转跳跃运动；西北工业大学葛文杰教授等人根据袋鼠生物体运动结构和跳跃特点，研制了仿袋鼠跳跃机器人。

虽然国内外跳跃机器人研究已取得了不少积极进展，但该方向在国际上仍处于起步研究阶段。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双质量模型结构的跳跃机器人，利用顶部机构中四级齿轮轴上的不完全齿轮与底部机构的齿条啮合传动实现顶部机构的向下运动和中间腿连接机构的弹性储能；利用不完全齿轮与齿条脱离啮合和中间腿连接机构的能量瞬间释放实现顶部机构的弹射，从而带动底部机构一起实现跳跃运动。

本发明所采用的技术方案是：

在机体的底部安装有实现支撑功能的底部机构；在机体的顶部安装有实现驱动压缩释放功能的顶部机构；完成能量存储和连接功能的中间腿连接机构。其中：

1)底部机构：包括脚板、倾斜块、两根导轨轴、顶部块和齿条；机体底端的脚板上端依次装有倾斜块、两根导轨轴和顶部块，倾斜块和顶部块间装有齿条，齿条位于两根导轨轴的前面位置；

2)顶部机构：包括滑块，由齿轮箱两侧板、电机、电机轴上的小齿轮、一级齿轮轴、二级齿轮轴、三级齿轮轴，四级齿轮轴构成的齿轮箱；滑块与所述两根导轨轴滑动副连接，滑块位于所述顶部块的下方，滑块上的齿轮箱两侧板间安装一级齿轮轴、二级齿轮轴、三级齿轮轴，四级齿轮轴，电机装在齿轮箱侧板上，电机上的小齿轮与一级齿轮轴上的大齿轮啮合，经二级齿轮轴、三级齿轮轴将动力传到四级齿轮轴，四级齿轮轴上其中一个齿轮与三级齿轮轴上的齿轮啮合，另一个齿轮为不完全齿轮，并与所述齿条啮合；

3)中间腿连接机构：包括两根第一连杆、两枚第一销钉、两根第二连杆、两枚第二销钉、两枚第三销钉和螺旋弹簧；两根第一连杆的一端分别通过各自的第一销钉与所述倾斜块两侧铰接，两根第一连杆的另一端分别通过第三销钉与各自的第二连杆的一端铰接，两根第二连杆的另一端分别通过各自的第三销钉与所述滑块两侧铰接，两枚第三销钉之间装有螺旋弹簧；所述齿条位于两根第一连杆和两根第二连杆中间。

所述的减速箱中的四级齿轮轴上的双联齿轮的其中一个与三级齿轮轴上的齿轮啮合，另一个为不完全齿轮并且与齿条啮合，在电机驱动下，顶部机构沿着所述两根导轨轴向下运动一段距离后不完全齿轮与齿条脱离啮合，从而使顶部机构在弹簧的作用下弹射出去，带动底部机构实现跳跃。 

所述的倾斜块具有70°～80°的弹射倾角。

本发明具有的有益效果是：

1)本跳跃机器人利用四级齿轮轴上的不完全齿轮与齿条啮合实现顶部机构沿导轨的运动，不完全齿轮与齿条脱离啮合实现顶部机构的弹射，驱动机构和能量释放机构简单可靠。

2)采用六杆结构通过添加一个滑动副约束使顶部机构具有确定的弹射方向。

本发明可以作为探测仪器的运动载体，通过添加单片机为主控芯片配备超声波测距传感器、光电编码盘、红外接收器及直流电机控制器等组成的控制电路板，可以实现该机构的无线控制，从而可将该机构应用于科学探险、军事侦察、反恐等领域。

附图说明