專利名稱：一種基于雙質量模型結構的跳躍機器人的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種跳躍機器人結構，具體說是涉及一種基于雙質量模型的跳躍機器人結構。
背景技術：
隨著科學技術的發展和各種科學探險活動的增加，機器人作為科學探險的輔助裝置，其工作環境也越來越復雜。由美國JPL研制的火星漫游車Athena于2003年發射，其具有較強的越障和爬坡能力，但是在地勢更加復雜的情況下，比如遇到大的溝渠，其運動能力大受影響，因此對于具有越障能力更強、反應速度更快的跳躍機器人的研制迫在眉睫，各國的相關科研機構在該方面取得了一些積極的研究進展。麻省理工學院研究人員研制的單腿跳躍機器人能夠實現連續跳躍的穩定和跳躍姿態的調整；日本東京科技研究所Hideyuki教授設計出救援偵查輪動跳躍機器人，在平坦地面采用輪動，遇到障礙物時采用跳躍方式越障；Lambrecht教授設計出Mini-Whegs跳躍機器人，對于小型障礙物，利用喇叭狀滾輪的長臂進行越障，遇到大的障礙物時利用雙曲柄機構結合螺旋彈簧實現彈跳；Miodri教授設計出jollbot跳躍機器人，利用壓縮機構周圍的彈性籠進行能量存儲，瞬間釋放能量實現跳躍；日本東京大學設計出一個控制過程復雜的多自由度跳躍機器人Mowgli，利用多個氣缸控制多關節瞬時運動實現彈跳。國內方面，哈爾濱工業大學的趙杰教授等人通過提取青蛙跳躍運動性能參數，應用于仿青蛙跳躍機器人動力學分析和后腿的設計；上海交通大學的楊煜普教授提出了一種單腿跳躍機器人機構，能實現周期性的翻轉跳躍運動；西北工業大學葛文杰教授等人根據袋鼠生物體運動結構和跳躍特點，研制了仿袋鼠跳躍機器人。雖然國內外跳躍機器人研究已取得了不少積極進展，但該方向在國際上仍處于起步研究階段。
發明內容本實用新型的目的在于提供一種雙質量模型結構的跳躍機器人，利用頂部機構中四級齒輪軸上的不完全齒輪與底部機構的齒條嚙合傳動實現頂部機構的向下運動和中間腿連接機構的彈性儲能；利用不完全齒輪與齒條脫離嚙合和中間腿連接機構的能量瞬間釋放實現頂部機構的彈射，從而帶動底部機構一起實現跳躍運動。本實用新型所采用的技術方案是在機體的底部安裝有實現支撐功能的底部機構；在機體的頂部安裝有實現驅動壓縮釋放功能的頂部機構；完成能量存儲和連接功能的中間腿連接機構。其中1)底部機構包括腳板、傾斜塊、兩根導軌軸、頂部塊和齒條；機體底端的腳板上端依次裝有傾斜塊、兩根導軌軸和頂部塊，傾斜塊和頂部塊間裝有齒條，齒條位于兩根導軌軸的前面位置；2)頂部機構包括滑塊，由齒輪箱兩側板、電機、電機軸上的小齒輪、一級齒輪軸、二級齒輪軸、三級齒輪軸，四級齒輪軸構成的齒輪箱；滑塊與所述兩根導軌軸滑動副連接， 滑塊位于所述頂部塊的下方，滑塊上的齒輪箱兩側板間安裝一級齒輪軸、二級齒輪軸、三級齒輪軸，四級齒輪軸，電機裝在齒輪箱側板上，電機上的小齒輪與一級齒輪軸上的大齒輪嚙合，經二級齒輪軸、三級齒輪軸將動力傳到四級齒輪軸，四級齒輪軸上其中一個齒輪與三級齒輪軸上的齒輪嚙合，另一個齒輪為不完全齒輪，并與所述齒條嚙合；3)中間腿連接機構包括兩根第一連桿、兩枚第一銷釘、兩根第二連桿、兩枚第二銷釘、兩枚第三銷釘和螺旋彈簧；兩根第一連桿的一端分別通過各自的第一銷釘與所述傾斜塊兩側鉸接，兩根第一連桿的另一端分別通過第三銷釘與各自的第二連桿的一端鉸接， 兩根第二連桿的另一端分別通過各自的第三銷釘與所述滑塊兩側鉸接，兩枚第三銷釘之間裝有螺旋彈簧；所述齒條位于兩根第一連桿和兩根第二連桿中間。所述的減速箱中的四級齒輪軸上的雙聯齒輪的其中一個與三級齒輪軸上的齒輪嚙合，另一個為不完全齒輪并且與齒條嚙合，在電機驅動下，頂部機構沿著所述兩根導軌軸向下運動一段距離后不完全齒輪與齒條脫離嚙合，從而使頂部機構在彈簧的作用下彈射出去，帶動底部機構實現跳躍。所述的傾斜塊具有70° 80°的彈射傾角。本實用新型具有的有益效果是1)本跳躍機器人利用四級齒輪軸上的不完全齒輪與齒條嚙合實現頂部機構沿導軌的運動，不完全齒輪與齒條脫離嚙合實現頂部機構的彈射，驅動機構和能量釋放機構簡
單可靠。2)采用六桿結構通過添加一個滑動副約束使頂部機構具有確定的彈射方向。本實用新型可以作為探測儀器的運動載體，通過添加單片機為主控芯片配備超聲波測距傳感器、光電編碼盤、紅外接收器及直流電機控制器等組成的控制電路板，可以實現該機構的無線控制，從而可將該機構應用于科學探險、軍事偵察、反恐等領域。

圖1是本實用新型跳躍機器人總體結構示意圖。圖2是本實用新型跳躍機器人底部機構示意圖。圖3是本實用新型跳躍機器人底部機構爆炸圖。圖4是本實用新型跳躍機器人頂部機構示意圖。圖5是本實用新型跳躍機器人不完全齒輪與齒條嚙合示意圖。圖6是本實用新型跳躍機器人中間腿連接機構示意圖。圖7是本實用新型跳躍機器人主體骨架示意圖。圖中101、腳板，102、傾斜塊，103、兩根導軌軸，104、頂部塊，105、齒條，201、滑塊， 202、齒輪箱兩側板，203、電機，204、電機軸上的小齒輪，205、一級齒輪軸，206、二級齒輪軸， 207、三級齒輪軸，208、四級齒輪軸，301、兩根第一連桿，302、兩枚第一銷釘，303、兩根第二連桿，304、兩枚第二銷釘，305、兩枚第三銷釘，306、螺旋彈簧。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
4[0027]如圖1所示，本實用新型在機體的底部安裝有實現支撐功能的底部機構；在機體的頂部安裝有實現驅動壓縮釋放功能的頂部機構；完成能量存儲和連接功能的中間腿連接機構。其中1)如圖1、圖2、圖3、圖5所示，底部機構包括腳板101、傾斜塊102、兩根導軌軸 103、頂部塊104和齒條105 ；機體底端的腳板101上端依次裝有傾斜塊102、兩根導軌軸103 和頂部塊104，傾斜塊102和頂部塊104間裝有齒條105，齒條105位于兩根導軌軸103的前面位置；底部機構用聚甲醛等輕質材料加工，從而保證頂部機構彈出的過程中可以順利帶動底部機構實現跳躍。2)如圖1、圖4所示，頂部機構包括滑塊201，由齒輪箱兩側板202、電機203、電機軸上的小齒輪204、一級齒輪軸205、二級齒輪軸206、三級齒輪軸207，四級齒輪軸208構成的齒輪箱；滑塊201與所述兩根導軌軸103滑動副連接，滑塊201位于所述頂部塊104的下方，滑塊201上的齒輪箱兩側板202間安裝一級齒輪軸205、二級齒輪軸206、三級齒輪軸 207，四級齒輪軸208，電機203裝在齒輪箱側板202上，電機203上的小齒輪與一級齒輪軸上的大齒輪嚙合，經二級齒輪軸206、三級齒輪軸207將動力傳到四級齒輪軸208，四級齒輪軸208上其中一個齒輪與三級齒輪軸207上的齒輪嚙合，另一個齒輪為不完全齒輪，并與所述齒條105嚙合。3)如圖1、圖6、圖7所示，中間腿連接機構包括兩根第一連桿301、兩枚第一銷釘302、兩根第二連桿303、兩枚第二銷釘304、兩枚第三銷釘305和螺旋彈簧306 ；兩根第一連桿301的一端分別通過各自的第一銷釘302與所述傾斜塊102兩側鉸接，兩根第一連桿 301的另一端分別通過第三銷釘305與各自的第二連桿303的一端鉸接，兩根第二連桿303 的另一端分別通過各自的第三銷釘305與所述滑塊201兩側鉸接，兩枚第三銷釘305之間裝有螺旋彈簧306 ；所述齒條105位于兩根第一連桿301和兩根第二連桿303中間。如圖1、圖4所示，所述的減速箱中的四級齒輪軸208上的雙聯齒輪的其中一個與三級齒輪軸207上的齒輪嚙合，另一個為不完全齒輪并且與齒條嚙合，在電機驅動下，頂部機構沿著所述兩根導軌軸103向下運動一段距離后不完全齒輪與齒條脫離嚙合，從而使頂部機構在彈簧的作用下彈射出去，帶動底部機構實現跳躍。所述的傾斜塊102具有70° 80°向前或向后傾斜的彈射傾角，從而保證機器人彈射具有一定的角度。本實用新型的具體實施例如下本實用新型在機體的底部安裝有實現支撐功能的底部機構；在機體的頂部安裝有實現驅動功能的頂部機構；完成能量存儲和釋放功能的中間腿連接機構。如圖1、圖2、圖3和圖5所示，本跳躍機器人腳板101上表面鉆有4個通孔，傾斜塊102下表面靠近中心位置處鉆有通孔，用螺釘將腳板101上表面與傾斜塊102下表面的孔連接，傾斜塊102上表面靠近中心的位置對稱開有兩個孔，兩根導軌軸103插入這個兩個孔中，頂部塊104側面靠近中心處對稱開有兩個通孔，與兩根導軌軸103配合，齒條的兩端分別開有通孔，其中一端的孔與傾斜塊和導軌軸103用螺栓連接，另一端的孔與頂部塊104 和導軌軸103用螺栓連接，構成本跳躍機器人的底部機構。如圖1、圖4、圖5和圖6所示，在滑塊正對著傾斜塊102的那個表面對稱開有兩個通孔，兩根導軌軸103貫穿兩個通孔，在滑塊201的上表面安裝齒輪箱兩側板202，在齒輪箱兩側板202上靠近頂部塊104的位置安裝有電機203，電機軸上安裝小齒輪204，齒輪箱上安裝有4級齒輪軸，構成本跳躍機器人的頂部機構。如圖1、圖6和圖7所示，傾斜塊中與腳板上表面成70° 80°傾角的面上開有兩個通孔，與兩個第一連桿用兩個第一銷釘分別鉸接，滑塊的上表面開有兩個通孔，與兩個第二連桿用兩個第二銷釘分別鉸接，第一連桿和第二連桿的另一端用第三銷釘305鉸接，構成本跳躍機器人的中間腿連接機構。本實用新型的工作原理如下本實用新型的實施例中，電機203正轉，通過齒輪箱傳動將動力傳送到第四級齒輪軸上，其中第四級齒輪軸上有兩個齒輪，其中一個齒輪與第三級齒輪軸上的齒輪嚙合，另一個齒輪為不完全齒輪，并且與齒條嚙合，開始階段，不完全齒輪與齒條處于嚙合狀態，在電機的驅動下，整個頂部機構會沿著導軌軸向下運動，從而使中間腿連接機構中的第一連桿與第二連桿的鉸接處的角慢慢變小，從而實現連接第一連桿與第二連桿上的螺旋彈簧的拉伸，頂部機構運動到底部時不完全齒輪與齒條脫離嚙合，這時頂部機構會在中間腿連接機構的作用下迅速彈回，從而帶動底部機構實現彈跳。
權利要求1.一種基于雙質量模型結構的跳躍機器人，其特征在于在機體的底部安裝有實現支撐功能的底部機構；在機體的頂部安裝有實現驅動壓縮釋放功能的頂部機構；完成能量存儲和連接功能的中間腿連接機構，其中.1)底部機構包括腳板(101)、傾斜塊(102)、兩根導軌軸(103)、頂部塊(104)和齒條(10 ；機體底端的腳板(101)上端依次裝有傾斜塊(102)、兩根導軌軸(10 和頂部塊 (104)，傾斜塊(102)和頂部塊(104)間裝有齒條(105)，齒條(105)位于兩根導軌軸(103) 的前面位置；.2)頂部機構包括滑塊001)，由齒輪箱兩側板002)、電機003)、電機軸上的小齒輪 004)、一級齒輪軸005)、二級齒輪軸006)、三級齒輪軸007)，四級齒輪軸(208)構成的齒輪箱；滑塊O01)與所述兩根導軌軸(10 滑動副連接，滑塊(201)位于所述頂部塊 (104)的下方，滑塊O01)上的齒輪箱兩側板Q02)間安裝一級齒輪軸005)、二級齒輪軸 006)、三級齒輪軸007)，四級齒輪軸008)，電機(20 裝在齒輪箱側板(20 上，電機 (203)上的小齒輪與一級齒輪軸上的大齒輪嚙合，經二級齒輪軸006)、三級齒輪軸(207) 將動力傳到四級齒輪軸(208)，四級齒輪軸(208)上其中一個齒輪與三級齒輪軸(207)上的齒輪嚙合，另一個齒輪為不完全齒輪，并與所述齒條(10 嚙合；.3)中間腿連接機構包括兩根第一連桿、兩枚第一銷釘、兩根第二連桿、兩枚第二銷釘、兩枚第三銷釘和螺旋彈簧(306)；兩根第一連桿的一端分別通過各自的第一銷釘與所述傾斜塊(10 兩側鉸接，兩根第一連桿的另一端分別通過第三銷釘與各自的第二連桿的一端鉸接，兩根第二連桿的另一端分別通過各自的第三銷釘與所述滑塊(201)兩側鉸接， 兩枚第三銷釘之間裝有螺旋彈簧(306)；所述齒條(10 位于兩根第一連桿和兩根第二連桿中間。
2.根據權利要求1所述的一種基于雙質量模型結構的跳躍機器人，其特征在于所述的減速箱中的四級齒輪軸(208)上的雙聯齒輪的其中一個與三級齒輪軸(207)上的齒輪嚙合，另一個為不完全齒輪并且與齒條嚙合，在電機驅動下，頂部機構沿著所述兩根導軌軸 (103)向下運動一段距離后不完全齒輪與齒條脫離嚙合，從而使頂部機構在彈簧的作用下彈射出去，帶動底部機構實現跳躍。
3.根據權利要求1所述的一種基于雙質量模型結構的跳躍機器人，其特征在于所述的傾斜塊(102)具有70° 80°的彈射傾角。
專利摘要本實用新型公開了一種基于雙質量模型結構的跳躍機器人。在機體的底部安裝有實現支撐功能的底部機構；在機體的頂部安裝有實現驅動壓縮釋放功能的頂部機構；完成能量存儲和連接功能的中間腿連接機構。利用四級齒輪軸上的不完全齒輪與齒條嚙合實現頂部機構沿導軌的運動，不完全齒輪與齒條脫離嚙合實現頂部機構的彈射，驅動機構和能量釋放機構簡單可靠；采用六桿結構通過添加一個滑動副約束使頂部機構具有確定的彈射方向。本實用新型作為探測儀器的運動載體，通過添加單片機為主控芯片配備超聲波測距傳感器、光電編碼盤、紅外接收器及直流電機控制器等組成的控制電路板，實現該機構的無線控制，從而可將該機構應用于科學探險、軍事偵察等領域。
文檔編號B62D57/02GK202320570SQ20112050835
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月8日 優先權日2011年12月8日
發明者倪虹, 梅德慶, 甄永乾, 陳子辰 申請人:浙江大學