一種蓄能型仿蛙跳躍機器人的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及的是一種機器人，具體地說是跳躍機器人。
【背景技術】
[0002]當前機器人研宄的領域已經從結構環境下的定點作業中走出來，向航空航天、海洋開發、水下地下管道以及醫療救護等非結構環境下的自主作業方面發展。未來的機器人將在不可預測的復雜環境里為人類工作。人們要求機器人不僅適應原來結構化的、已知的環境，更要適應未來發展中的非結構化的、未知的環境，這就要求機器人具有很強的自主運動能力、生存能力及較高的運動靈活性。
[0003]移動性能是未來機器人在很多應用場合的關鍵能力，為完成任務常常要求機器人能夠滲透到人員無法進入的禁區進行偵察、探測、攻擊、干擾等行動，這需要移動能力給予保證。目前地面移動機器人的運動方式主要有兩種:輪式或履帶式和仿生爬行或步行式。輪式或履帶式機器人機構簡單，運動時能耗小，但是很難越過高度在1.5倍輪子直徑以上的障礙物，并且隨著機器人的小型化，地形對運動的限制作用也越來越大。爬行或步行機器人翻越障礙物的能力稍強，但其自由度和關節較多，大量的驅動部件使得機構和電控系統都很復雜，限制了其實際應用。跳躍機器人則相對具有很大的優勢，能適應不平或松軟的地面，可越過數倍甚至數十倍于自身尺寸的障礙物或溝渠，大大提高了其活動范圍；跳躍運動本身的突然性與爆發性又增強了其躲避風險的能力，從而使跳躍機器人具有極強的環境適應性，而且由于各星球之間重力加速度的差別，使跳躍機器人在星際探索中能夠發揮重大作用。此外，跳躍機器人在抗險救災、軍事偵察、反恐爆破等領域都具有廣泛的應用前景。
[0004]近20年來，仿生機器人的研宄一直是一個非常活躍的領域。35億年的進化過程中，生物體發展了靈巧的運動機構和機敏的運動模式，這成為機器人發展取之不盡的知識源泉。學者們力求從豐富多彩的動植物身上獲得靈感，將它們的精巧結構、運動機理和行為方式運用到對機器人運動和控制的研宄中。仿生學在機器人科學中的應用，推動了機器人的應用領域向非結構化的、未知的環境發展。
[0005]青蛙跳躍具有爆發性強、距離遠(能達到身體長度的15倍左右)的特點，擁有這種能力的跳躍機器人將能輕松越過溝渠和障礙，并且具有很好的環境適應性。選擇從仿生角度以青蛙為對象，研制跳躍機器人，能夠將生物體結構和運動方式的合理性和科學性運用在機器人的設計中，對跳躍方式移動機器人的研宄與應用有十分重要的意義，同時也有助于了解青蛙的跳躍運動規律，揭示其運動機理。
[0006]蓄能跳躍仿蛙機器人利用彈性元件蓄能來彌補以往伺服系統電機功率密度不足的問題，通過對彈性元件驅動原理的研宄，為未來更加小型化、輕量化或者跑跳機器人提供理論參考。
[0007]目前，國內外對跳躍機器人已經做了大量研宄，最早的彈跳機器人為M.H.Raibert于1980年在麻省理工學院機器人試驗室研制的彈跳機，它是以跳躍方式運動的單腿機器人，這一機器人實現的靈活敏捷的運動令人感到振奮。從那時起，更多的人開始關注彈跳式機器人的研宄。近年來國內許多研宄機構對跳躍機器人尤其是仿生跳躍機器人開展了大量研宄，并在相關領域取得了一定的研宄成果和進展。
[0008]同時，在中國專利局發布的專利中也存在仿蛙機器人的身影。申請號為201210279364.9的專利提出了一種仿青蛙跳躍機器人，通過對前后肢的合理設置，提高了驅動元件的利用率，優化了腿部結構，跳躍性能也不錯，但是其后腿對青蛙的仿生程度不高，忽略了腿部結構的完整性，不符合仿生學原理。
[0009]申請號為201010194799.4的專利提出了一種蛙式機器人，電機作為動力元件，超越離合器與齒形帶等裝置作為傳動機構，滑塊通過傳動裝置在電機的驅動下可以在導軌上運動，機器人雙腿則在滑塊的驅動下進行伸展與收縮從而完成跳躍動作。機器人腿部很好的模仿了青蛙后腿，其腳部也加裝了彈性元件，但是其起跳后只用腳步彈性元件和髖關節的彈簧來緩沖，緩沖效果不太好，而且其髖關節的彈簧需要拉伸很長距離才能釋放，影響了起跳效率。
[0010]申請號為201310553698.5的專利提出了一種五關節仿蛙跳躍機器人，其使用伺服電機帶動安裝有彈簧的后腿跳躍，由于彈簧功率密度大、速度快，伺服電機轉速慢、功率密度低，二者耦合并不能發揮各自優勢；其后腿腳掌采用拉伸推桿形式，不同于生物運動的腳掌轉動，仿生程度不高。

【發明內容】

[0011]本實用新型的目的在于提供能夠模擬生物青蛙的骨骼結構、運動形式，在跳躍過程中能夠獲得較大的爆發力，著陸穩定的一種蓄能型仿蛙跳躍機器人。
[0012]本實用新型的目的是這樣實現的:
[0013]本實用新型一種蓄能型仿蛙跳躍機器人，其特征是:包括前肢、軀干、后肢，軀干上方固定伺服電機，伺服電機的輸出端連接第一錐齒輪，第一錐齒輪與第二錐齒輪嚙合，第二錐齒輪通過軸連接齒輪減速器的輸入齒輪，齒輪減速器的輸出齒輪連接輸出軸，輸出軸上安裝單向軸承，回轉曲柄安裝在單向軸承上，后肢包括后肢髖關節軸、后肢大腿、大腿蓄能彈簧、膝關節軸、后肢小腿、小腿蓄能彈簧、踝關節軸、后肢腳掌，后肢髖關節軸安裝在軀干后段，后肢大腿安裝在后肢髖關節軸上，大腿蓄能彈簧分別與軀干和后肢大腿相連，膝關節軸安裝在后肢大腿上，后肢小腿通過軸承安裝在膝關節軸上，小腿蓄能彈簧分別與后肢大腿和后肢小腿相連，踝關節軸安裝在后肢小腿的端部，后肢腳掌安裝在踝關節軸上，踝關節軸上安裝扭簧，后肢大腿與后肢腳掌之間安裝腳掌聯動拉索，回轉曲柄與后肢大腿之間安裝后肢驅動拉索，前肢包括舵機、前肢大腿、C型柔性前腳掌，舵機固定在軀干前段，舵機與前肢大腿相連，C型柔性前腳掌安裝在前肢大腿上。
[0014]本實用新型還可以包括:
[0015]1、所述的齒輪減速器為二級減速器，包括第一齒輪、第二齒輪、第三齒輪、第四齒輪，第一齒輪為輸入齒輪，第四齒輪為輸出齒輪，第一齒輪與第二齒輪嚙合，第三齒輪與第四齒輪嚙合，第二齒輪與第三齒輪同軸。
[0016]2、所述的前肢、后肢均包括兩組，兩組前肢分別位于軀干前段的左右兩側，兩組后肢分別位于軀干后段的左右兩側。
[0017]本實用新型的優勢在于:
[0018]本實用新型對前后肢的驅動機構和執行機構進行了合理布置，提高了機器人驅動元件的利用率，優化了腿部結構，提高了機器人的仿生程度，增強了機器人的跳躍能力，提高了機器人機械結構的柔性和緩沖效果。本實用新型解決了由于伺服電機功率密度不高，無法滿足跳躍爆發力的需求；機構結構簡單、安裝方便、實用可靠，與以往的仿蛙機器人相比，本實用新型具有更強的跳躍爆發力、更加節省能量、更好的越障能力。
【附圖說明】
[0019]圖1是本實用新型的軸測圖；
[0020]圖2是本實用新型的軀干剖視圖；
[0021]圖3是本實用新型的俯視圖；
[0022]圖4是本實用新型的右視圖；
[0023]圖5是本實用新型的仰視圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖舉例對本實用新型做更詳細地描述:
[0025]結合圖1?5，整個蓄能型仿蛙機器人主要由前肢1、軀干I1、后肢III三部分組成；整個機器人具體包括:
[0026]C形柔性前腳掌1、前肢大腿2、舵機3、二級齒輪減速器4、曲柄軸5、伺服電機6、深溝球軸承7、錐齒輪8、髖關節蓄能彈簧9、髖關節軸10、軀干結構鋁板11、后肢腳掌12、踝關節軸13、小腿聯動拉索14、后肢小腿15、后肢大腿16、腳掌聯動拉索17、膝關節蓄能彈簧18、膝關節軸19、單向軸承20、后肢驅動拉索21、回轉曲柄22。
[0027]整個蓄能型仿蛙機器人的裝配關系如下:整個軀干II是由鋁板通過螺釘連接組成的框架；伺服電機6利用自帶的安裝孔固定在軀干II上，錐齒輪8通過鍵與伺服電機6連接；二級齒輪減速器4有三根軸、兩組齒輪，各軸通過深溝球軸承7固定在軀干II上，減速器將錐齒輪傳遞來的力矩放大，傳遞給輸出軸5 ;單向軸承20安裝在二級齒輪減速器4輸出軸端，鍵連接；回轉曲柄22安裝在單向軸承20上，鍵連接；后肢驅動拉索21 —端連接回轉曲柄22頂端，一端連接后肢大腿16 ;二級齒輪減速器4帶動單向軸承20和曲柄22從俯視圖中的0°逆時針轉動到180°時，后肢驅動拉索2