一种仿生昆虫跳跃机器人结构的制作方法

一种仿生昆虫跳跃机器人结构的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种仿生昆虫跳跃机器人结构，包括机体、机体内部的动力机构、动力传动杆、平衡连杆、平衡滑块、设置在机体两侧的前腿支撑杆A、前腿支撑杆B、前脚掌、前腿连接杆、前后腿连接杆、后腿支撑杆A、后腿支撑杆B、安装孔、后脚掌、气缸、气缸支撑杆、活塞杆和第一～四铰链。本发明将气缸固定在后脚掌上，从后腿支撑杆B中间穿过，与气缸连接的活塞杆固定在后腿支撑杆A上，与现有技术相比加大了活塞杆运动行程，增强了跳跃驱动力，显著提高了能量利用效率。通过改变机体内平衡滑块的位置，动态调节整个跳跃机器人的重心位置，可以避免机器人在跳跃过程中出现倾覆。同时本发明所述机器人还具有落地稳定性好、整体质量轻等优点。
【专利说明】一种仿生昆虫跳跃机器人结构
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于机器人领域，具体涉及一种仿生昆虫跳跃机器人结构。
【背景技术】
[0002]机器人的运动方式主要有两种:一种靠轮子或履带驱动，这是大多数移动机器人的驱动方式，诸如各种遥控机器人小车；另一种是仿生的爬行或步行方式，比如机器猫、机器狗等。轮子或履带驱动的机器人只能在相对平坦的地势下工作，高低不平的地面对其运动的限制很大。爬行或步行机器人自由度多，控制复杂，运动缓慢，而且遇到障碍物同样无能为力。
[0003]随着机器人应用范围的日益广泛，机器人面临的环境也越来越恶劣，诸如考古探测、星际探索、军事侦察以及反恐活动等。在面对恶劣的环境和复杂的地形时，要求机器人必须具有较强的地形适应能力和自主运动能力。运用机器人弹跳功能来增强其地形适应和自主运动的能力，是近年来发展较快的一种机器人技术，即跳跃机器人技术。
[0004]专利申请号为200710072236.6、名称为“仿生蝗虫跳跃机器人”的专利，公开了一种仿生蝗虫跳跃机器人。该机器人包括机体、前腿支撑减震机构、后腿起跳机构；前腿支撑减震机构包括铰接在机体上的套筒，一端穿在套筒上、另一端与掌片固定的支撑杆，支撑杆上套有弹簧；后腿起跳机构包括机体支撑杆、过渡连杆、小腿、大腿、蹬地爪片，机体支撑杆固定在机体上、一端与大腿铰接、另一端与过渡连杆铰接，小腿中部与过渡连杆铰接、一端与大腿铰接、末端与蹬地爪片相连，大腿与小腿的铰接点与机体支撑杆与过渡杆的铰接点之间连接有弹簧；机体两侧的小腿，通过小腿连杆连接在一起；在机体内设置有能量储存装置、能量释放装置、控制电路和电源。该仿生蝗虫跳跃机器人通过电机拉伸弹簧来驱动机器人实现跳跃，此种方式存在的问题是驱动机构过重，能量利用率也较低，而且在跳跃过程中缺乏对机器人重心的调节，难以保持机器人在跳跃过程中的整体平衡性。

【发明内容】

[0005]为了克服现有技术能量利用率较低、跳跃过程平衡性较差的不足，本发明提供一种能量利用率较高、具备重心调节机构的仿生昆虫跳跃机器人结构，具有很好的地形适应能力。
[0006]为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0007]仿生昆虫跳跃机器人，包括机体、机体内部的动力机构、动力传动杆、平衡连杆、平衡滑块、设置在机体两侧的前腿支撑杆A、前腿支撑杆B、前脚掌、前腿连接杆、前后腿连接杆、后腿支撑杆A、后腿支撑杆B、安装孔、后脚掌、气缸、活塞杆、气缸支撑杆和第一?四铰链。
[0008]所述动力传动杆与平衡连杆铰接,动力传动杆的另一端与动力机构相连，动力机构可以使用舵机但不限于舵机，平衡连杆的另一端与平衡滑块铰接。
[0009]所述前腿支撑杆A、前腿支撑杆B的一端分别通过第一铰链和第二铰链固定在机体的一侧，前腿支撑杆A的另一端通过第三铰链与前脚掌连接，前腿支撑杆B的另一端与前后腿连接杆的一端通过第四铰链连接，用于连接前脚掌和前腿支撑杆A的第三铰链，以及用于连接前后腿连接杆和前腿支撑杆B的第四铰链的一端均固定在机体上；所述后腿支撑杆A的一端固定在机体上，后腿支撑杆A的另一端与后腿支撑杆B的一端连接，后腿支撑杆B的另一端与后脚掌连接；所述前腿连接杆两端分别与第三铰链和第四铰链连接，通过前腿连接杆实现前腿支撑杆A、前腿支撑杆B和前脚掌的联动。
[0010]所述气缸底部通过气缸支撑杆固定在后脚掌上，与气缸连接的活塞杆固定在后腿支撑杆A上；所述前后腿连接杆的另一端与后腿支撑杆B活动连接，通过前后腿连接杆实现前腿支撑杆A、前腿支撑杆B和前脚掌与后腿支撑杆A、后腿支撑杆B和后脚掌的联动。
[0011]进一步，所述后腿支撑杆B中间设有安装孔，气缸底部通过气缸支撑杆固在后脚掌上，并从后腿支撑杆B中间的安装孔穿过。
[0012]进一步，所述前腿支撑杆A、前腿支撑杆B、前脚掌、前腿连接杆、前后腿连接杆、后腿支撑杆A、后腿支撑杆B、安装孔、后脚掌、气缸、活塞杆、气缸支撑杆、第一铰链、第二铰链、第三铰链和第四铰链的数量均为两个，分别对称设置在机体的两侧。
[0013]与现有技术相比，本发明具有以下优势:
[0014]1.将气缸底部通过气缸支撑杆固定在后脚掌上，并从后腿支撑杆B中间穿过，与气缸连接的活塞杆固定在后腿支撑杆A上，加大了活塞杆运动的行程，增强了跳跃的驱动力，相比申请号为200710072236.6的仿生蝗虫跳跃机器人专利，显著提高了能量利用的效率。
[0015]2.本发明通过改变机体内部的平衡滑块的位置，动态调节整个跳跃机器人的重心位置，可以避免跳跃机器人在跳跃过程中出现倾覆，解决了申请号为200710072236.6的仿生蝗虫跳跃机器人专利存在的无法调节重心位置、空中平衡性较差的问题。
[0016]3.前脚掌通过前腿支撑杆A和前腿支撑杆B与机体相连，增强了跳跃机器人落地阶段前脚掌与地面接触时的缓冲能力，使机器人落地稳定性增强。
[0017]4.后腿支撑杆B通过前后腿连接杆拉动前腿连接杆、前腿支撑杆A、前腿支撑杆B和前脚掌运动，实现在跳跃过程中前腿的收腿动作，省去了单独为前腿而设立的驱动机构，减少了驱动机构的数量，使得跳跃机器人整体质量较轻，有效减少了跳跃的负载。
【专利附图】

【附图说明】
[0018]图1为本发明所涉及机器人结构的示意图；
[0019]图2为本发明所涉及机器人结构的侧视图；
[0020]图3为本发明所涉及机器人结构的剖面图。
[0021]图中:1-机体，2-动力机构，3-动力传动杆，4-平衡连杆，5-平衡滑块，6_前腿支撑杆A，7-前腿支撑杆B，8-前脚掌，9-前腿连接杆，10-前后腿连接杆，11-后腿支撑杆A，12-后腿支撑杆B, 13-后脚掌，14-气缸,15-活塞杆，16-气缸支撑杆，17-安装孔,18-第一铰链，19-第二铰链，20-第三铰链，21-第四铰链。
【具体实施方式】
[0022]为了使本发明的实现技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图对本发明做进一步阐述。
[0023]本发明所涉及的机器人结构的示意图如图1所示，其侧视图和剖面图分别如图2、图3所示。所述仿生昆虫跳跃机器人包括机体1、机体I内部的动力机构2、动力传动杆3、平衡连杆4、平衡滑块5、设置在机体I两侧的前腿支撑杆A6、前腿支撑杆B7、前脚掌8、前腿连接杆9、前后腿连接杆10、后腿支撑杆All、后腿支撑杆B12、后脚掌13、气缸14、活塞杆15、气缸支撑杆16、安装孔17、第一铰链18、第二铰链19、第三铰链20和第四铰链21。
[0024]所述动力传动杆3与平衡连杆4铰接,动力传动杆3的另一端与动力机构2相连，动力机构2可以使用舵机但不限于舵机，也可以采用有刷直流电机或无刷直流电机，平衡连杆4的另一端与平衡滑块5铰接。
[0025]所述前腿支撑杆A6、前腿支撑杆B7的一端分别通过第一铰链18和第二铰链19固定在机体I的一侧，前腿支撑杆A6的另一端通过第三铰链20与前脚掌8连接，前腿支撑杆B7的另一端与前后腿连接杆10的一端通过第四铰链21连接，用于连接前脚掌8和前腿支撑杆A6的第三铰链20，以及用于连接前后腿连接杆10和前腿支撑杆B7的第四铰链21的一端均固定在机体I上；所述后腿支撑杆All的一端固定在机体I上，后腿支撑杆All的另一端与后腿支撑杆B12的一端连接，后腿支撑杆B12的另一端与后脚掌13连接；所述前腿连接杆9两端分别与第三铰链20和第四铰链21连接，通过前腿连接杆9实现前腿支撑杆A6、前腿支撑杆B7和前脚掌8的联动。
[0026]所述气缸14底部通过气缸支撑杆16固定在后脚掌13上，并从后腿支撑杆B12中间的安装孔17穿过，与气缸14连接的活塞杆15固定在后腿支撑杆All上。
[0027]所述前后腿连接杆10的另一端与后腿支撑杆B12活动连接，通过前后腿连接杆10实现前腿支撑杆A6、前腿支撑杆B7和前脚掌8与后腿支撑杆All、后腿支撑杆B12和后脚掌13的联动，跳跃时，气缸14 (外部动力源为气缸14提供高压气体，)推动活塞杆15，活塞杆15推动后腿支撑杆All和后腿支撑杆B12快速运动，同时后腿支撑杆B12通过前后腿连接杆10拉动前腿连接杆9、前腿支撑杆A6、前腿支撑杆B7和前脚掌8运动，实现收起前腿的动作，同时后脚掌急蹬地面，实现起跳。
[0028]其中，前腿支撑杆A6、前腿支撑杆B7、前脚掌8、前腿连接杆9、前后腿连接杆IO、后腿支撑杆All、后腿支撑杆B12、后脚掌13、气缸14、活塞杆15、气缸支撑杆16、安装孔17、第一铰链18、第二铰链19、第三铰链20和第四铰链21的数量均为两个，分别对称设置在机体I的两侧。
[0029]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【权利要求】
1.一种仿生昆虫跳跃机器人结构,包括机体(1)、机体(1)内部的动力机构(2)、动力传动杆(3)、平衡连杆(4)、平衡滑块(5)、设置在机体(1)两侧的前腿支撑杆iU6)、前腿支撑杆B(7)、前脚掌(8)、前腿连接杆(9)、前后腿连接杆(10)、后腿支撑杆A(Il)、后腿支撑杆B(12)、后脚掌(13)、气缸(14)、活塞杆(15)、气缸支撑杆(16)、安装孔(17)、第一铰链(18)、第二铰链(19)、第三铰链(20)和第四铰链(21);其特征在于， 所述动力传动杆(3)与平衡连杆(4)铰接，动力传动杆(3)的另一端与动力机构(2)相连，动力机构(2)可以使用舵机但不限于舵机，平衡连杆(4)的另一端与平衡滑块(5)铰接; 所述前腿支撑杆A (6)、前腿支撑杆B (7)的一端分别通过第一铰链(18)和第二铰链(19)固定在机体(1)的一侧，前腿支撑杆A(6)的另一端通过第三铰链(20)与前脚掌(8)连接，前腿支撑杆B(7)的另一端与前后腿连接杆(10)的一端通过第四铰链(21)连接，用于连接前脚掌(8)和前腿支撑杆A(6)的第三铰链(20)，以及用于连接前后腿连接杆(10)和前腿支撑杆B(7)的第四铰链(21)的一端均固定在机体(1)上；所述后腿支撑杆A(Il)的一端固定在机体(1)上，后腿支撑杆A(Il)的另一端与后腿支撑杆B(12)的一端连接，后腿支撑杆B(12)的另一端与后脚掌(13)连接；所述前腿连接杆(9)两端分别与第三铰链(20)和第四铰链(21)连接，通过前腿连接杆(9)实现前腿支撑杆A(6)、前腿支撑杆B (7)和前脚掌(8)的联动； 所述气缸(14)底部通过气缸支撑杆(16)固定在后脚掌(13)上，与气缸(14)连接的活塞杆(15)固定在后腿支撑杆A(Il)上；所述前后腿连接杆(10)的另一端与后腿支撑杆B(12)活动连接，通过前 后腿连接杆(10)实现前腿支撑杆A(6)、前腿支撑杆B(7)和前脚掌(8)与后腿支撑杆A(Il)、后腿支撑杆B(12)和后脚掌(13)的联动。
2.根据权利要求1所述的一种仿生昆虫跳跃机器人结构，其特征在于，所述后腿支撑杆B (12)中间设有安装孔(17)，气缸(14)底部通过气缸支撑杆(16)固在后脚掌(13)上，并从后腿支撑杆B(12)中间的安装孔(17)穿过。
3.根据权利要求1所述的一种仿生昆虫跳跃机器人结构，其特征在于，所述前腿支撑杆A^)、前腿支撑杆B(7)、前脚掌(8)、前腿连接杆(9)、前后腿连接杆(10)、后腿支撑杆A(Il)、后腿支撑杆B(12)、后脚掌(13)、气缸(14)、活塞杆(15)、气缸支撑杆(16)、安装孔(17)、第一铰链(18)、第二铰链(19)、第三铰链(20)和第四铰链(21)的数量均为两个，分别对称设置在机体(1)的两侧。
【文档编号】B62D57/02GK103963864SQ201410172098
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年4月28日 优先权日:2014年4月28日
【发明者】左国玉, 屈文天, 崔爱军, 龚道雄 申请人:北京工业大学