專利名稱：一種仿蝗蟲彈射機理的跳躍機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種跳躍機器人結(jié)構(gòu)，具體說是涉及一種仿蝗蟲彈射機理的跳躍機器人結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
眾所周知，通過千百萬年的自然選擇和長期進化，自然界中的生物對外界環(huán)境產(chǎn)生了極強的適應(yīng)性，在運動機理、能量傳遞、信息交換等方面表現(xiàn)出高度的合理性。仿生學與機器人學的融合促進了仿生機器人的發(fā)展，使其具有較強的地形適應(yīng)能力和自主運動性能，因此仿生機器人的研究已成為當前機器人領(lǐng)域的熱點，各國的相關(guān)科研機構(gòu)在該方面取得了一些積極的研究進展。NASA研制的第二代蛙形跳躍機器人利用單電機實現(xiàn)了機器人跳躍翻身等一系列動作，提出跳躍機器人最小模型；瑞士洛桑理工大學研制的跳躍機器人，模仿蝗蟲腿部跳躍機理，實現(xiàn)了生物體功能仿生；意大利理工學院和浙江大學合作研制的GRILLO II利用四桿機構(gòu)實現(xiàn)腿部運動與利用高速攝像機獲取的葉蟬運動軌跡三維信息相一致，提高了跳躍機器人的彈跳性能。雖然仿生跳躍機器人研究取得了一些積極進展，但該方向在國際上仍處于研究階段。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種仿蝗蟲彈射機理的跳躍機器人，根據(jù)蝗蟲后腿彈射杠桿效應(yīng)，利用杠桿配合彈簧結(jié)構(gòu)進行后腿關(guān)節(jié)的彈性儲能；通過電機、絲杠及絲杠螺母、楔形塊結(jié)構(gòu)結(jié)合腿部轉(zhuǎn)動桿件達到彈射。本實用新型所采用的技術(shù)方案是本實用新型包括機體、與機體前端連接的前腿和與機體后端連接的后腿機構(gòu)；其中1)機體包括電機，減速器，聯(lián)軸器，傳動絲杠，光杠支撐座，絲杠螺母，傳動光杠， 滾動軸承，支撐桿固定螺釘，雙支撐桿，壓縮塊伸出桿，壓縮塊，絲杠螺母上滾輪和絲杠螺母上端兩撥桿；在機體下板的一端下表面安裝前腿，機體下板的一端上表面安裝電機，電機通過減速器和聯(lián)軸器與傳動絲杠的一端相連，機體下板的另一端上表面垂直安裝機體后板， 傳動絲杠的另一端安裝在機體后板下端的滾動軸承孔中；絲杠螺母與傳動絲杠構(gòu)成螺旋副，絲杠螺母下端與安裝在機體下板的傳動光杠中，能沿傳動光杠滑動，絲杠螺母沿徑向的上端有兩根撥桿；機體后板上端安裝有與機體下板平行的、并朝向電機方向的機體上板，位于機體上板下部的雙支撐桿的一端與機體后板連接，雙支撐桿的另一端與機體前板連接； 壓縮塊的兩個孔與雙支撐桿構(gòu)成滑動配合，壓縮塊能夠與安裝在機體后板上的彈簧相離合；2)后腿機構(gòu)包括連接彈簧支架，彈簧組，倒U形后腿，連接桿件，彈簧壓板，壓縮塊中的彈簧、壓縮塊上滾輪，第一楔形塊，第一楔形塊上滾輪，第二楔形塊和后腿動力傳動桿；倒U形后腿跨接在機體上板兩側(cè)，機體上板兩側(cè)面分別安裝連接桿件，兩根連接桿件的一端與機體上板固定，另一端與倒U形后腿中部鉸接，機體上板上表面安裝連接彈簧支架， 彈簧支架與倒U形后腿的頂部桿之間以彈簧組連接，壓縮塊內(nèi)部開有階梯形方孔，階梯形方孔中安裝第一楔形塊，壓縮塊兩側(cè)面分別安裝伸出桿，每根伸出桿上分別安裝壓縮塊上滾輪，第一楔形塊下端安裝壓縮塊上滾輪；第二楔形塊安裝在機體后板中部，其上表面與安裝在絲杠上的絲杠螺母上端兩撥桿上表面高度相同，壓縮塊下表面高于第二楔形塊上表面，絲杠螺母上端兩撥桿中間的寬度大于第二楔形塊的寬度并且小于第一楔形塊的寬度， 第一楔形塊底端的高度介于第二楔形塊上下表面之間。所述的壓縮塊內(nèi)部開有階梯形方孔，第一階孔尺寸與第一楔形塊下端相同，第二階孔尺寸與第一楔形塊上端相同，第三階孔尺寸與彈簧壓板尺寸相同，第一楔形塊安裝在第一階孔中，第一楔形塊上表面安裝兩個彈簧，彈簧壓板通過螺釘聯(lián)接固定在第三階孔中， 從而使第一楔形塊和壓縮塊中的彈簧嵌入壓縮塊中，用螺釘將彈簧壓板固定在壓縮塊上， 保證第一楔形塊作上下移動。所述的第一楔形塊的橫向長度大于絲杠螺母上兩撥桿之間的橫向距離，絲杠螺母上兩撥桿間橫向距離大于第二楔形塊的橫向距離，從而能保證絲杠螺母在第二楔形塊中移動，而第一楔形塊隨壓縮塊彈回。本實用新型具有的有益效果是(1)前腿采用減振彈片，用于實現(xiàn)落地的緩沖吸振功能。( 采用絲杠傳動，可以獲得較大的軸向力，用較少的零部件實現(xiàn)彈跳，失效率低。(3)觸發(fā)裝置中采用2個楔形塊的幾何形狀配合第一楔形塊的移動完成壓縮塊的彈回，觸發(fā)方式簡單可靠。(4)本機構(gòu)將電機及減速器置于機體下方，從而降低了機體的重心，提高了機體的穩(wěn)定性能。(5)機體的后板與壓縮塊之間的彈簧在觸發(fā)過程中作用于壓縮塊的推力使壓縮塊實現(xiàn)快速釋放，從而減少對腿部運動的影響。本實用新型可以作為探測儀器的運動載體，通過添加傳感器及控制電路板，可以實現(xiàn)該機構(gòu)的遠程控制，從而可將該機構(gòu)應(yīng)用于地震救災(zāi)、環(huán)境監(jiān)測、科學研究、航天軍事等領(lǐng)域。

[0019]圖1是本實用新型的總體結(jié)構(gòu)示意圖。[0020]圖2是本實用新型的外形框架示意圖。[0021]圖3是本實用新型的動力傳動機構(gòu)示意圖。[0022]圖4是本實用新型的雙支撐桿與壓縮塊裝配關(guān)系圖。[0023]圖5是本實用新型的絲杠螺母結(jié)構(gòu)示意圖。[0024]圖6是本實用新型的壓縮塊總成示意圖。[0025]圖7是本實用新型的壓縮塊總成爆炸圖。[0026]圖8是本實用新型的壓縮塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
4[0027]圖9是本實用新型的腿部結(jié)構(gòu)示意圖。圖10是本實用新型觸發(fā)裝置示意圖。圖11是本實用新型的總體左視圖。圖12是本實用新型的絲杠螺母上兩桿與兩楔形塊尺寸關(guān)系圖。圖中100、機體上板，101、機體后板，102、機體下板，103、前腿，104、機體前板， 201、電機，202、減速器，203、聯(lián)軸器，204、傳動絲杠，205、光杠支撐座，206、絲杠螺母，207、 傳動光杠，208、滾動軸承，209、支撐桿固定螺釘，210、雙支撐桿，211、壓縮塊伸出桿，212、壓縮塊，213、絲杠螺母上滾輪，214、絲杠螺母上端兩桿，301、連接彈簧支架，302、彈簧組，303、 倒U形后腿，304、連接桿件，305、彈簧壓板，306、壓縮塊中的彈簧，307、壓縮塊上滾輪，308、 第一楔形塊，309、第一楔形塊上滾輪，310、彈簧，311、第二楔形塊，312、后腿動力傳動桿。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。本實用新型包括機體、與機體前端連接的前腿和與機體后端連接的后腿機構(gòu)。如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖10、圖11、圖12所示，機體包括電機201，減速器202，聯(lián)軸器203，傳動絲杠204，光杠支撐座205，絲杠螺母206，傳動光杠207，滾動軸承 208，支撐桿固定螺釘209，雙支撐桿210，壓縮塊伸出桿211，壓縮塊212，絲杠螺母上滾輪 213和絲杠螺母上端兩撥桿214 ；在機體下板102的一端下表面安裝前腿103，機體下板102 的一端上表面安裝電機201，電機201通過減速器202和聯(lián)軸器203與傳動絲杠204的一端相連，機體下板102的另一端上表面垂直安裝機體后板101，傳動絲杠204的另一端安裝在機體后板101下端的滾動軸承孔208中；絲杠螺母206與傳動絲杠204構(gòu)成螺旋副，絲杠螺母206下端與安裝在機體下板102的傳動光杠207中，能沿傳動光杠207滑動，絲杠螺母 206沿徑向的上端有兩根撥桿214 ；機體后板(101)上端安裝有與機體下板102平行的、并朝向電機201方向的機體上板100，位于機體上板100下部的雙支撐桿210的一端與機體后板101連接，雙支撐桿210的另一端與機體前板104連接；壓縮塊212的兩個孔與雙支撐桿210構(gòu)成滑動配合，壓縮塊212能夠與安裝在機體后板101上的彈簧310相離合。如圖1、圖2、圖9、圖11所示，后腿機構(gòu)包括連接彈簧支架301，彈簧組302，倒U 形后腿303，連接后腿與機體的連接桿件304，位于壓縮塊上部的彈簧壓板305，壓縮塊中的彈簧306，壓縮塊上滾輪307，第一楔形塊308，第一楔形塊上滾輪309，位于后板和壓縮塊之間的彈簧310，第二楔形塊311和后腿動力傳動桿312。其中如圖1、圖2、圖3、圖4、圖8、圖11、圖12所示，倒U形后腿303跨接在機體上板100 兩側(cè)，機體上板100兩側(cè)面分別安裝兩根連接桿件304，兩根連接桿件304的一端與機體上板100固定，另一端與倒U形后腿303中部鉸接，機體上板100上表面安裝連接彈簧支架 301，彈簧支架301與倒U形后腿303的頂部桿之間以彈簧組301連接，壓縮塊212內(nèi)部開有階梯形方孔，階梯形方孔中安裝第一楔形塊308，壓縮塊212兩側(cè)面分別安裝伸出桿211， 每根伸出桿上分別安裝壓縮塊上滾輪307，第一楔形塊308下端安裝壓縮塊上滾輪309 ；第二楔形塊311安裝在機體后板101中部，其上表面與安裝在絲杠上的絲杠螺母206上端兩撥桿214上表面高度相同，壓縮塊212下表面高于第二楔形塊311上表面，絲杠螺母206上端兩撥桿214中間的寬度大于第二楔形塊311的寬度并且小于第一楔形塊308的寬度，第一楔形塊308底端的高度介于第二楔形塊311上下表面之間。如圖6、圖7、圖8、圖12所示，所述的壓縮塊212內(nèi)部開有階梯形方孔，第一階孔尺寸與第一楔形塊308下端相同，第二階孔尺寸與第一楔形塊308上端相同，第三階孔尺寸與彈簧壓板305尺寸相同，并且在第二階孔與第三階孔的表面處攻有四個螺紋孔，第一楔形塊308安裝在第一階孔中，第一楔形塊308上表面安裝兩個彈簧306，彈簧壓板305通過螺釘聯(lián)接固定在第三階孔中，從而使第一楔形塊308和壓縮塊中的彈簧306嵌入壓縮塊 212中，用螺釘將彈簧壓板305固定在壓縮塊212上，保證第一楔形塊308作上下移動。如圖11、圖12所示，所述的第一楔形塊308的橫向長度大于絲杠螺母206上兩撥桿之間的橫向距離，絲杠螺母206上兩撥桿間橫向距離大于第二楔形塊311的橫向距離， 從而能保證絲杠螺母206在第二楔形塊311中移動，而第一楔形塊308隨壓縮塊212彈回。本實用新型的具體實施例如下本實用新型包括機體、與機體前端連接的前腿和與機體后端連接的后腿機構(gòu)，在機體的中部安裝有實現(xiàn)壓縮功能的動力傳輸裝置；在機體的后部安裝有實現(xiàn)儲能和觸發(fā)功能的儲能觸發(fā)裝置。如圖1、如圖2、圖9和圖10所示，本跳躍機器人的機體上板100前端鉆有通孔，通過螺栓連接與機體前板104連接，機體上板100后端鉆有通孔，通過螺栓與機體后板101連接，機體后板101下端鉆有通孔，與機體下板102通過螺栓連接，機體上板100 左右兩側(cè)鉆有4個通孔，通過螺栓與彈簧支架301連接，機體上板100兩側(cè)面通過螺栓與連接桿件304連接，壓縮塊212的支撐桿一端通過自身的端部突起與后板定位，另一端攻有螺紋孔，通過支撐桿固定螺釘209與機體前板104固定，從而構(gòu)成本跳躍機器人的整體框架。機體下板102前端安裝電機201，此處電機采用直流電機，電機由PIC系列單片機及其擴展電機驅(qū)動芯片ULN2003驅(qū)動，由單片機控制直流電機的正反轉(zhuǎn)及其轉(zhuǎn)速。減速器 202為電機自帶減速器，減速器202的輸出軸與傳動絲杠204采用聯(lián)軸器203聯(lián)接，傳動光杠207在傳動絲杠204下部，端部由支撐座205支撐，絲杠螺母206為自制非標準螺母，其上含有與傳動絲杠204配合的螺紋孔和與傳動光杠207配合的通孔，傳動絲杠右端通過滾動軸承208固定于后板101，后板安裝軸承孔為階梯孔，來使?jié)L動軸承208軸向定位，滾動軸承208左端由絲杠204軸肩定位。如圖3、圖4和圖6所示，壓縮塊212內(nèi)部開有長方形階梯槽，第一楔形塊裝入槽內(nèi)，第一楔形塊下面由階梯形槽卡住，上面安裝彈簧306，壓縮塊212的階梯槽內(nèi)攻有螺紋孔，彈簧壓板305開有四個通孔，通過螺釘與壓縮塊212固定，從而保證第一楔形塊可以在壓縮塊212中上下移動。壓縮塊212前面開有通孔，雙支撐桿210穿過通孔起支撐壓縮塊 212的作用，為保證觸發(fā)快捷，壓縮塊我們采用塑料制成，并且在后板處安裝有彈簧310，機體后板101安裝第二楔形塊311，與壓縮塊212中的第一楔形塊308共同完成觸發(fā)功能。本實用新型中以PIC系列的單片機及其擴展電路及電源裝置作為配重安裝在機體后部，并封裝起來，防止灰塵侵入。本實用新型的工作原理如下本文實例中，電機201正轉(zhuǎn)帶動傳動絲杠204轉(zhuǎn)動，從而使絲杠螺母206向前推進，推動壓縮塊212沿后板方向移動，壓縮塊伸出桿211壓縮倒U形后腿303轉(zhuǎn)動，使儲能彈簧組302拉伸，實現(xiàn)儲能。在本實例中，彈簧組302拉伸后，電機201繼續(xù)正轉(zhuǎn)，壓縮塊212繼續(xù)沿機體后板101方向移動，此時第一楔形塊308與第二楔形塊311接觸，第一楔形塊308向上移動，當?shù)谝恍ㄐ螇K308完全位于第二楔形塊311和絲杠螺母206伸出桿的上部時，第一楔形塊308 被壓縮到壓縮塊212的內(nèi)部，第二楔形塊311嵌入絲杠螺母的伸出桿中，壓縮塊212在彈簧 310的作用下彈回，此時儲能彈簧組302釋放能量，驅(qū)動后腿303轉(zhuǎn)動實現(xiàn)跳躍。 在本實例中，電機201反轉(zhuǎn)，帶動傳動絲杠204反轉(zhuǎn)，從而使絲杠螺母206返回，此時壓縮塊212中的第一楔形塊308由于受到壓縮塊212內(nèi)部壓縮塊中的彈簧306的作用恢復(fù)起始狀態(tài)，絲杠螺母206伸出桿上的絲杠螺母上滾輪213與第一楔形塊308接觸，壓縮壓縮塊212向機體前板104方向移動，直到壓縮塊212與機體前板104接觸，此時，第一楔形塊308由于受到絲杠螺母206伸出桿上滾輪213的作用被壓縮到壓縮塊212的內(nèi)部，從而使絲杠螺母206回到壓縮塊212的左端，完成復(fù)位。
權(quán)利要求1.一種仿蝗蟲彈射機理的跳躍機器人，其特征在于包括機體、與機體前端連接的前腿和與機體后端連接的后腿機構(gòu)；其中1)機體包括電機001)，減速器002)，聯(lián)軸器003)，傳動絲杠(204)，光杠支撐座 O05)，絲杠螺母O06)，傳動光杠O07)，滾動軸承O08)，支撐桿固定螺釘O09)，雙支撐桿 010)，壓縮塊伸出桿011)，壓縮塊012)，絲杠螺母上滾輪013)和絲杠螺母上端兩撥桿 (214)；在機體下板(10 的一端下表面安裝前腿(103)，機體下板(10 的一端上表面安裝電機001)，電機O01)通過減速器(20 和聯(lián)軸器Q03)與傳動絲杠O04)的一端相連，機體下板(102)的另一端上表面垂直安裝機體后板(101)，傳動絲杠(204)的另一端安裝在機體后板(101)下端的滾動軸承孔O08)中；絲杠螺母Q06)與傳動絲杠(204)構(gòu)成螺旋副，絲杠螺母(206)下端與安裝在機體下板(10 的傳動光杠(207)中，能沿傳動光杠 (207)滑動，絲杠螺母(206)沿徑向的上端有兩根撥桿014)；機體后板(101)上端安裝有與機體下板(102)平行的、并朝向電機O01)方向的機體上板(100)，位于機體上板(100) 下部的雙支撐桿O10)的一端與機體后板(101)連接，雙支撐桿O10)的另一端與機體前板(104)連接；壓縮塊012)的兩個孔與雙支撐桿O10)構(gòu)成滑動配合，壓縮塊012)能夠與安裝在機體后板(101)上的彈簧(310)相離合；2)后腿機構(gòu)包括連接彈簧支架(301)，彈簧組(302)，倒U形后腿(303)，連接桿件 (304)，彈簧壓板(305)，壓縮塊中的彈簧(306)、壓縮塊上滾輪(307)，第一楔形塊(308)，第一楔形塊上滾輪(309)，第二楔形塊(311)和后腿動力傳動桿(312)；倒U形后腿(303)跨接在機體上板(100)兩側(cè)，機體上板(100)兩側(cè)面分別安裝連接桿件，兩根連接桿件的一端與機體上板(100)固定，另一端與倒U形后腿(303)中部鉸接，機體上板(100)上表面安裝連接彈簧支架(301)，彈簧支架(301)與倒U形后腿(30 的頂部桿之間以彈簧組(301)連接，壓縮塊012)內(nèi)部開有階梯形方孔，階梯形方孔中安裝第一楔形塊(308)，壓縮塊(212) 兩側(cè)面分別安裝伸出桿，每根伸出桿上分別安裝壓縮塊上滾輪，第一楔形塊(308)下端安裝壓縮塊上滾輪(309)；第二楔形塊(311)安裝在機體后板(101)中部，其上表面與安裝在絲杠上的絲杠螺母(206)上端兩撥桿(214)上表面高度相同，壓縮塊(21 下表面高于第二楔形塊(311)上表面，絲杠螺母(206)上端兩撥桿014)中間的寬度大于第二楔形塊 (311)的寬度并且小于第一楔形塊(308)的寬度，第一楔形塊(308)底端的高度介于第二楔形塊(311)上下表面之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿蝗蟲彈射機理的跳躍機器人，其特征在于所述的壓縮塊012)內(nèi)部開有階梯形方孔，第一階孔尺寸與第一楔形塊(308)下端相同，第二階孔尺寸與第一楔形塊(308)上端相同，第三階孔尺寸與彈簧壓板(305)尺寸相同，第一楔形塊 (308)安裝在第一階孔中，第一楔形塊(308)上表面安裝兩個彈簧(306)，彈簧壓板(305) 通過螺釘聯(lián)接固定在第三階孔中，從而使第一楔形塊(308)和壓縮塊中的彈簧(306)嵌入壓縮塊012)中，用螺釘將彈簧壓板(305)固定在壓縮塊(21 上，保證第一楔形塊(308) 作上下移動。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的仿蝗蟲彈射機理的跳躍機器人，其特征在于所述的第一楔形塊(308)的橫向長度大于絲杠螺母(206)上兩撥桿之間的橫向距離，絲杠螺母(206)上兩撥桿間橫向距離大于第二楔形塊(311)的橫向距離，從而能保證絲杠螺母(206)在第二楔形塊(311)中移動，而第一楔形塊(308)隨壓縮塊012)彈回。
專利摘要本實用新型公開了一種仿蝗蟲彈射機理的跳躍機器人。包括機體、與機體前端連接的前腿和與機體后端連接的后腿機構(gòu)。機體包括電機，減速器，聯(lián)軸器，傳動絲杠，光杠支撐座，絲杠螺母，傳動光杠，滾動軸承，支撐桿固定螺釘，雙支撐桿，壓縮塊伸出桿，壓縮塊，絲杠螺母上滾輪和絲杠螺母上端兩撥桿；后腿機構(gòu)包括連接彈簧支架，彈簧組，倒U形后腿，連接桿件，彈簧壓板，壓縮塊中的彈簧、壓縮塊上滾輪，第一楔形塊，第一楔形塊上滾輪，第二楔形塊和后腿動力傳動桿。通過壓縮塊使壓縮裝置完成自動觸發(fā)的功能，并且在壓縮塊與后板之間設(shè)有彈簧，實現(xiàn)快速釋放的功能。本實用新型作為探測儀器的運動載體，通過添加傳感器及控制電路板，實現(xiàn)該機構(gòu)的遠程控制。
文檔編號A63H13/02GK201940043SQ20112003013
公開日2011年8月24日 申請日期2011年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月28日
發(fā)明者倪虹, 梅德慶, 甄永乾, 陳子辰 申請人:浙江大學