[实用新型]一种扇形齿轮式跳跃机器人

说明书

技术领域

本实用新型属于仿生机器人领域，具体涉及一种扇形齿轮式跳跃机器人。

背景技术

人类目前有较深入研究的主要在动物的运动方面，但是在仿生这个领域还有许多问题值得科学家们去研究。

早在1980年，麻省理工学院的Raibert教授曾研究出了全世界第一个能单腿跳跃活动的机器人，之后Raibert教授又研究了那种类似袋鼠跳跃的二维跳跃的腿部模型，此后Raibert又研制出了一种三维跳跃机构。

美国Case Western Reserve University也对仿生机器人进行了研究，然后在1992年发明了通过人工筋作为动力的机械蟋蟀。这种机器人的大腿都采用人工筋制作，这种人工筋是由一种高分子的纤维编制而成，用时只要用压缩机充气即可，使人工筋绷紧和收缩，因此具有弹跳能力，它的动力为压缩空气，运用一种叫做微型角度的传感器来获得外部的消息。

日本的Fumitaka KIKUCHI在2003年研究出了一种通过气缸作为驱动的机器人，以气缸作为动力从而实现机器人的跳跃和行走，它的特点就是每条腿的动力都是源于气缸。四连杆机构实现运动，通过实验证明了该机器人的跳跃能力以及落地时的平稳缓冲能力。

现有跳跃机器人的动力源件数量较多，有效动力密度低，且重量较大，跳跃高度和距离较小。因此设计一种单动力源驱动，重量较轻，跳跃距离远且能够连续稳定跳跃的跳跃式机器人十分重要。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足提供一种能够跳跃前进的扇形齿轮式跳跃机器人。

本实用新型包括机架、前腿跳跃机构、后腿跳跃机构和传动机构。所述的前腿跳跃机构包括前腿轴、前腿动力杆、前腿小弹簧、前腿连接杆、前腿大弹簧和前腿脚掌杆。所述的前腿轴支承在机架上。前腿轴的两端与两根前腿动力杆的内端分别固定；两根前腿动力杆的中部与两根前腿连接杆的一端分别铰接。两根前腿连接杆的另一端与两根前腿脚掌杆的中部分别铰接。所述前腿小弹簧及前腿大弹簧的一端均与前腿动力杆固定，另一端均与前腿脚掌杆固定。

所述的后腿跳跃机构包括后腿轴、后腿动力杆、后腿小弹簧、后腿连接杆、后腿大弹簧和后腿脚掌杆；所述的后腿轴支承在机架上。后腿轴的两端与两根后腿动力杆的内端分别固定；两根后腿动力杆的中部与两根后腿连接杆的一端分别铰接。两根后腿连接杆的另一端与两根后腿脚掌杆的中部分别铰接。所述后腿小弹簧及后腿大弹簧的一端均与后腿动力杆固定，另一端均与后腿脚掌杆固定。

所述的传动机构包括驱动件、拉卷轮、弹簧、齿轮组、第二从动轴、第一从动轴、动力杆组和钢索。第一从动轴与第二从动轴平行设置，且均支承在机架上。所述的齿轮组包括第一扇形齿轮、第二扇形齿轮、第一圆柱齿轮和第二圆柱齿轮。所述的第一扇形齿轮及第二扇形齿轮均固定在第一从动轴上。所述的第一从动轴由驱动件驱动。所述的第一圆柱齿轮及第二圆柱齿轮均固定在第二从动轴上。第一扇形齿轮及第二扇形齿轮对应的圆心角之和小于或等于300°。第一扇形齿轮对应的圆心角在第一扇形齿轮端面上的投影为第一投影角；第二扇形齿轮对应的圆心角在第一扇形齿轮端面上的投影为第二投影角；所述第一投影角与第二投影角的一条射线重合。第一圆柱齿轮与第一扇形齿轮啮合，或第二圆柱齿轮与第二扇形齿轮啮合，或第一圆柱齿轮与第一扇形齿轮不啮合且第二圆柱齿轮与第二扇形齿轮不啮合。所述的拉卷轮固定在第二从动轴上。所述的动力杆组包括第一蓄能杆、第二蓄能杆、第三蓄能杆、第四蓄能杆、前腿传动杆、后腿传动杆、后腿摇杆和前腿摇杆。第三蓄能杆、第四蓄能杆、前腿传动杆及后腿传动杆的一端通过蓄能铰接轴铰接。第三蓄能杆远离蓄能铰接轴的那端与第一蓄能杆的一端通过第一铰接轴铰接。第一蓄能杆的另一端与机架铰接。第四蓄能杆远离蓄能铰接轴的那端与第二蓄能杆的一端通过第二铰接轴铰接。第二蓄能杆的另一端与机架铰接。第一铰接轴与第二铰接轴通过蓄能弹簧连接。前腿传动杆远离蓄能铰接轴的那端与前腿摇杆的一端铰接。前腿摇杆的另一端与前腿轴固定。后腿传动杆远离蓄能铰接轴的那端与后腿摇杆的一端铰接。后腿摇杆的另一端与后腿轴固定。钢索的一端与拉卷轮固定，另一端与蓄能铰接轴固定。

所述前腿小弹簧与前腿大弹簧的劲度系数相等，且前腿小弹簧的自由长度小于前腿大弹簧的自由长度。前腿小弹簧设置在前腿连接杆靠近前腿动力杆内端的一侧。前腿大弹簧设置在前腿连接杆靠近前腿动力杆外端的一侧。