專利名稱：一種連續(xù)跳躍的彈跳機器人的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及彈跳機器人，特別涉及一種具有連續(xù)跳躍功能的彈跳機器人，屬于傳感器和自動控制技術領域。
背景技術：
移動機器人發(fā)展所要解決的一個突出問題是運動地形適應能力的提升。輪式機器人和履帶式機器人在遇到較自身尺寸大的障礙物或溝壑時往往不能順利通過或者運動效率低；步行和爬行機器人自由度多、控制復雜、運動緩慢，遇到較大障礙物或溝壑時同樣無能為力；彈跳機器人具有運動范圍大、越障能力強和躲避危險快等特點，能夠增強機器人的環(huán)境適應能力，克服地面崎嶇和障礙物阻擋帶來的困難，但仍存在技術缺陷。目前對彈跳機器人的研究除了使用不同的工作原理提高彈跳高度外，主要集中在如何能夠使機器人能夠連續(xù)跳躍運動。這就涉及到機器人的落地自復位、調(diào)節(jié)起跳方向和起跳角度。本申請人的發(fā)明專利20091(^63292. 7中介紹了一種具有彈跳運動功能的機器人，但是其不能實現(xiàn)連續(xù)跳躍功能，同時其彈跳機構使用兩個凸輪驅(qū)動兩個大腿動作，這對機器人零件的加工精度和安裝要求都比較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明設計了一種具有連續(xù)跳躍功能的彈跳機器人。在傳感器模塊、控制模塊和電源模塊的配合下，該機器人使用一個彈跳機構完成彈跳功能；使用另一個調(diào)節(jié)機構完成落地自復位、起跳方向和角度調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)機器人的連續(xù)跳躍運動。本發(fā)明采用的技術方案如下
一種連續(xù)跳躍的彈跳機器人，其特征在于包括機架、彈跳機構、調(diào)節(jié)機構、傳感控制模塊和電池，機架用于安裝固定彈跳機構、調(diào)節(jié)機構、傳感控制模塊和電池；彈跳機構實現(xiàn)彈跳機器人的站立和彈跳；調(diào)節(jié)機構用于彈跳機器人落地跌倒后自復位和起跳方向及角度的調(diào)節(jié)；傳感控制模塊感知彈跳機器人的姿態(tài)、朝向以及彈跳機構中凸輪和調(diào)節(jié)機構中桿腿的轉(zhuǎn)動位置，控制彈跳機器人的動作并與遠程遠程終端無線通信，上傳傳感器數(shù)據(jù)和接收遠程終端的命令，同時顯示彈跳機器人的工作狀態(tài)；電池為彈跳機器人提供電能；其中
機架包括前端面、左端面、右端面和骨架，左、右端面固定在前端面兩側(cè)，骨架固定在左、右端面之間；
彈跳機構包括直流電機、電機架、減速齒輪組、凸輪、軸承、大腿、扭力彈簧、小腿和大腿輔助腿；直流電機通過電機架固定在前端面內(nèi)側(cè)，直流電機的輸出軸上設有齒輪，該齒輪與減速齒輪組依次嚙合傳動連接，減速齒輪組的末級齒輪與凸輪同軸；設置一置于機架左、右端面之間的大腿，大腿的頂端設置一軸承，該軸承外環(huán)與凸輪外輪廓相切，在機架的左、右端面之間固定連接一支軸，該支軸穿過大腿上部設置的鉸支孔構成鉸支連接，支軸上設有扭力彈簧，扭力彈簧的一個力臂抵壓在大腿上，另外一個力臂抵壓在機架上，大腿的末端分叉，分別與兩根平置于地面、呈“八”字形的小腿鉸支連接，兩根小腿前端連接在一起，設置一大腿輔助腿，其兩端分別與機架前端面及兩根小腿的前端鉸支連接，凸輪表面設有黑白相間的碼盤標記；
調(diào)節(jié)機構包括直流電機、電機架、桿腿和配重，直流電機通過電機架固定在前端面外側(cè)并位于機架左、右端面之間的中點，直流電機輸出軸與前端面垂直，桿腿的上端與電機輸出軸固定連接，配重固定在桿腿的下部，桿腿的長度不小于直流電機輸出軸距離地面的高度， 桿腿上設有黑白相間的傳感標記；
傳感控制電路模塊包括穩(wěn)壓單元、狀態(tài)指示單元、電機驅(qū)動單元、無線通信單元、控制處理單元、三軸加速度傳感器、指南針傳感器和兩個紅外傳感器；穩(wěn)壓單元、狀態(tài)指示單元、 電機驅(qū)動單元、無線通信單元和控制處理單元集成在一個電路板上，安裝在左端面內(nèi)側(cè)，三軸加速度傳感器和指南針傳感器集成在另一個電路板上，安裝在小腿和大腿輔助腿的連接處，檢測機器人的加速度，加速度數(shù)據(jù)通過控制單元的處理器處理得到機器人的姿態(tài)角，從而可以辨別機器人站立、向左側(cè)跌倒、向右側(cè)跌倒以及向前側(cè)跌倒等狀態(tài)；指南針傳感器可以檢測機器人當前的朝向；一個紅外傳感器安裝在機架左端面上，朝向正對凸輪表明粘貼的黑白相間的碼盤，通過控制處理單元計算紅外傳感器的數(shù)據(jù)，從而可以得到凸輪轉(zhuǎn)動的位置；另外一個紅外傳感器安裝在機器人右端面頂端，其位置在機器人左右對稱面上，通過桿腿上黑白相間的傳感標記檢測桿腿的擺動，當需要桿腿回到默認位置時，該紅外傳感器可以用于檢測桿腿擺動到指向機器人正上方的位置；穩(wěn)壓單元為傳感控制電路模塊提供電源，電機驅(qū)動單元在控制處理單元的控制下，驅(qū)動彈跳機構及調(diào)節(jié)機構電機的正反轉(zhuǎn)，狀態(tài)指示單元可以顯示機器人當前的工作和無線通信狀態(tài)，無線通信單元可以與遠程終端進行無線通信，上傳傳感器數(shù)據(jù)和接收控制命令，控制處理單元可以控制直流電機動作，驅(qū)動彈跳機構和調(diào)節(jié)機構完成相應的動作，實現(xiàn)機器人連續(xù)運動。本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果
(1)本發(fā)明使用一個調(diào)節(jié)機構配合傳感器檢測機器人姿態(tài)及控制器控制電機動作，實現(xiàn)了自復位、起跳方向調(diào)節(jié)和起跳角度調(diào)節(jié)三種功能，具有機構簡單，節(jié)省能量的優(yōu)點。(2)本發(fā)明的自復位是主動式自復位，沒有使用類似不倒翁的被動式自復位方法， 因此具有更強的主動性和健壯性。(3)本發(fā)明的起跳方向和起跳角度調(diào)節(jié)方法可以實現(xiàn)機器人的彈跳方向、高度和距離可控，機器人可以根據(jù)障礙物的高度使用不同的起跳角度，達到優(yōu)化運動和節(jié)省能量的效果。(4)本發(fā)明的自復位、起跳方向調(diào)節(jié)和起跳角度調(diào)節(jié)為彈跳機器人的連續(xù)運動提供了有力保障，為彈跳機器人的設計提供了新的思路，為加快彈跳機器人在復雜環(huán)境中的應用打下了部分基礎。


圖1是本發(fā)明彈跳機器人結構框圖2是本發(fā)明彈跳機器人總體裝配圖(左前視圖)； 圖3是本發(fā)明彈跳機器人總體裝配圖(右后視圖)； 圖4是本發(fā)明彈跳機器人總體裝配圖(右視圖)； 圖5是本發(fā)明彈跳機器人總體裝配圖(左視圖)；圖6是本發(fā)明彈跳機器人的機架結構示意圖7是本發(fā)明彈跳機器人的彈跳機構示意圖8是本發(fā)明彈跳機器人的調(diào)節(jié)機構示意圖9是本發(fā)明彈跳機器人的自復位工作過程示意圖10是本發(fā)明彈跳機器人的起跳方向調(diào)節(jié)工作過程示意圖-1 ；
圖11是本發(fā)明彈跳機器人的起跳方向調(diào)節(jié)工作過程示意圖-2 ；
圖12是本發(fā)明彈跳機器人的起跳角度調(diào)節(jié)工作過程示意圖_3。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方案作進一步詳細說明。參看圖1，本發(fā)明彈跳機器人包括機架1、彈跳機構2、調(diào)節(jié)機構3、傳感控制電路模塊4和電池5。其中，傳感控制電路模塊4包括穩(wěn)壓單元4-1、狀態(tài)指示單元4-2、電機驅(qū)動單元4-3、控制處理單元4-4、無線通信單元4-5、三軸加速度傳感器4-6、指南針傳感器4-7、 紅外傳感器4-8和紅外傳感器4-9。參看圖6，機架1包括前端面1-1、左端面1-2、右端面1-3和骨架1_4。左、右端面使用螺絲固定在前端面上；骨架鉚接在左、右端面之間，同時使用螺母固定在左、右端面上。參看圖2-7，彈跳機構2包括彈跳直流電機2-1、彈跳直流電機架2_2、初級減速齒輪2-3、二級減速大齒輪2-4、二級減速小齒輪2-5、三級減速大齒輪2-6、三級減速小齒輪 2-7、四級減速齒輪2-8、凸輪2-9、凸輪碼盤2-10、軸承2_11、四根扭力彈簧2_12、扭力彈簧骨架2-13、大腿2-14、大腿小腿連接件2-15、小腿2_16、大腿輔助腿2_18、小腿大腿輔助腿連接件2-17和大腿輔助腿機架連接件2-19。彈跳直流電機架2-2使用螺絲固定在前端面
1-1上；彈跳直流電機2-1使用螺絲固定在彈跳直流電機架2-2上，其電源線通過排線與傳感控制模塊4連接；初級減速齒輪2-3使用螺絲固定在具有鍵槽的彈跳直流電機2-1輸出軸上，二級減速大齒輪2-4和二級減速小齒輪2-5同軸固結在一起，并通過齒輪軸安裝在右端面1-3上；三級減速大齒輪2-6和三級減速小齒輪2-7同軸固結在一起，并通過齒輪軸安裝在右端面1-3上；四級減速齒輪2-8和凸輪2-9同軸使用螺母固定在一起，并通過軸安裝在左、右端面之間；凸輪碼盤2-10貼在凸輪2-9的左側(cè)面上；軸承2-11通過軸安裝在大腿
2-14頂端，與凸輪2-9外輪廓面相切；扭力彈簧骨架2-13套在左、右端面的內(nèi)側(cè)；大腿2_14 套裝在左、右扭力彈簧骨架2-13之間，大腿可以在豎直平面內(nèi)繞鉸支軸擺動；四根扭力彈簧2-12套在扭力彈簧骨架2-13上，中間兩個扭力彈簧的一個力臂安裝大腿上，另外一個力臂安裝在骨架1-4上，兩邊的兩個扭力彈簧的一個力臂安裝大腿上，另外一個力臂分別安裝在兩側(cè)端面上；兩條小腿2-16與大腿2-14之間通過大腿小腿連接件2-15鉸支連接，使大腿2-14底端可以在豎直平面內(nèi)擺動。小腿2-16的另外一端與大腿輔助腿2-18的底端通過小腿大腿輔助腿連接件2-17鉸支連接，小腿2-16固定在小腿大腿輔助腿連接件2-17 上，而大腿輔助腿可以在豎直平面內(nèi)擺動，大腿輔助腿2-18上端通過大腿輔助腿機架連接件2-19與前端面鉸支連接，可以在豎直平面內(nèi)擺動。兩條小腿2-16組成機器人與地面接觸三角形的兩條邊。大腿2-6、小腿2-8、大腿輔助腿2-9及機架構成一個四連桿機構，可以在豎直平面內(nèi)擺動。隨著四連桿機構在豎直平面內(nèi)擺動，扭力彈簧2-12存儲和釋放彈性勢能。在扭力彈簧2-12能量存儲過程中，彈跳直流電機2-1通過減速齒輪組減速后驅(qū)動凸輪，凸輪的驅(qū)動力作用在軸承上，從而驅(qū)動大腿擺動，扭力彈簧壓縮存儲彈性勢能，在凸輪轉(zhuǎn)動越過缺口處的臨界點后，扭力彈簧里面的彈性勢能快速釋放，驅(qū)動大腿急速彈回，驅(qū)動小腿蹬地跳躍而起，從而實現(xiàn)跳躍功能。凸輪碼盤是用紙制作的黑白相間的斑紋做成的，貼在凸輪的左側(cè)面上，紅外傳感器檢測到斑紋的黑白變化從而檢測凸輪的轉(zhuǎn)動位置。參看圖8及圖2-6，調(diào)節(jié)機構3包括調(diào)節(jié)直流電機3-1、調(diào)節(jié)直流電機架3_2、桿腿固定件3-3、桿腿3-4、配重3-5和白色紙圈3-6。調(diào)節(jié)直流電機架3_2使用螺絲固定在前端面1-1的外側(cè)正中間；調(diào)節(jié)直流電機3-1使用螺絲固定在調(diào)節(jié)直流電機架3-2上，其電源線通過排線與傳感控制模塊4連接；桿腿固定件3-3使用螺絲固定在具有鍵槽的調(diào)節(jié)直流電機3-1輸出軸上；桿腿3-4的上端使用螺紋連接固定在桿腿固定件3-3上；配重3-5使用螺紋連接固定在桿腿3-4的下端；白色紙圈3-6粘貼在桿腿3-4上(圖中，桿腿為黑色，紙圈作為傳感標記則為白色，若桿腿為白色，紙圈則為黑色)白色紙圈用于紅外傳感器檢測桿腿的復位狀態(tài)。桿腿3-4的長度設計要適中，其長度要略微大于直流電機3-1輸出軸距離地面的高度，過短或過長都不能實現(xiàn)調(diào)節(jié)功能。傳感控制電路模塊4包括穩(wěn)壓單元4-1、狀態(tài)指示單元4-2、電機驅(qū)動單元4_3、控制處理單元4-4、無線通信單元4-5、三軸加速度傳感器4-6、指南針傳感器4-7、紅外傳感器 4-8和紅外傳感器4-9。穩(wěn)壓單元4-1、狀態(tài)指示單元4-2、電機驅(qū)動單元4_3、無線通信單元4-5和控制處理單元4-4集成在一個電路板上，使用螺絲安裝在左端面1-2內(nèi)側(cè)；三軸加速度傳感器4-6和指南針傳感器4-7集成在一個電路板上，用螺絲安裝在小腿大腿輔助腿連接件2-17上。紅外傳感器4-8安裝在左端面1-3上，正對著凸輪碼盤2-10，用于檢測碼盤的黑白變化，從而可以得到凸輪轉(zhuǎn)動的位置；紅外傳感器4-9安裝在機器人右端面1-3頂端，其位置在機器人左右對稱面上，用于檢測桿腿3-4的擺動，當需要桿腿3-4回到默認位置時，該紅外傳感器4-9可以用于檢測桿腿3-4擺動到指向機器人正上方的位置。穩(wěn)壓單元4-1為傳感控制模塊提供電源，電機驅(qū)動單元4-3在控制處理單元4-4 的控制下驅(qū)動電機2-1、3-1的正反轉(zhuǎn)，狀態(tài)指示單元4-2顯示機器人當前的工作和無線通信狀態(tài)，無線通信單元4-5與遠程終端進行無線通信，上傳傳感器數(shù)據(jù)和接收控制命令，控制處理單元4-4控制直流電機2-1、3-1動作，驅(qū)動彈跳機構2和調(diào)節(jié)機構3完成相應的動作，實現(xiàn)機器人連續(xù)運動?？紤]到指南針傳感器4-7安裝要求對磁場干擾或金屬材料敏感， 加速度傳感器4-6需要水平安裝的需要，將三軸加速度傳感器4-6和指南針傳感器4-7集成在一個電路板上，用螺絲安裝在小腿大腿輔助腿連接件2-17上，通過排線與控制處理單元連接，從控制處理單元的電路板上獲得電源、地線，并進行數(shù)據(jù)傳輸，三軸加速度傳感器可以檢測機器人的加速度，加速度數(shù)據(jù)通過控制單元的處理器處理得到機器人的姿態(tài)角， 從而可以辨別機器人站立、向左側(cè)跌倒、向右側(cè)跌倒以及向前側(cè)跌倒等狀態(tài)，指南針傳感器可以檢測機器人當前的朝向；一個紅外傳感器安裝在左端面上，該紅外傳感器正對著凸輪碼盤，用于檢測碼盤的黑白變化，通過控制處理單元計算紅外傳感器的數(shù)據(jù)，從而可以得到凸輪轉(zhuǎn)動的位置；另外一個紅外傳感器安裝在機器人右端面頂端，其位置在機器人左右對稱面上，用于檢測桿腿的擺動，當需要桿腿回到默認位置時，該紅外傳感器可以用于檢測桿腿擺動到指向機器人正上方的位置。電池5所述的電池是一個鋰聚合物電池，使用雙面膠固定在機器人的左端面上。下面結合附圖對機器人連續(xù)跳躍運動的工作過程做進一步的說明。
機器人默認初始位置是機器人正常站立姿態(tài)如附圖2所示。調(diào)節(jié)直流電機轉(zhuǎn)動， 將調(diào)節(jié)桿擺動到豎直指向上方；接著彈跳直流電機轉(zhuǎn)動，驅(qū)動減速齒輪組工作，減速齒輪組驅(qū)動凸輪轉(zhuǎn)動，凸輪驅(qū)動大腿擺動，大腿壓縮扭力彈簧存儲彈性勢能；減速齒輪箱工作的同時，紅外傳感器對齒輪轉(zhuǎn)動圈數(shù)計數(shù)，控制處理單元可以根據(jù)圈數(shù)推算出凸輪的位置；當凸輪轉(zhuǎn)動到缺口處臨界點越過軸承后，控制處理單元控制彈跳直流電機停止轉(zhuǎn)動，同時扭力彈簧彈開，四桿機構在扭力彈簧的驅(qū)動下在豎直平面內(nèi)擺動，小腿蹬地，機器人將彈跳離地，完成彈跳動作。在空中飛翔過程結束后機器人落地，由于慣性機器人會跌倒。設計的結構機器人的穩(wěn)定狀態(tài)只有四個穩(wěn)定狀態(tài)，分別是小腿著地的復位狀態(tài)、左端面著地、右端面著地和前端面著地，機器人實現(xiàn)自復位就是要從前端面、左端面、右端面著地的狀態(tài)轉(zhuǎn)換成底面著地的姿態(tài)，即復位狀態(tài)。機器人由于重心偏高，落地后一般不會正好是小腿著地的復位狀態(tài)，而可能是向左端面、右端面或者前端面著地。由于機器人左右結構在自復位時是對稱的，只是調(diào)節(jié)直流電機的轉(zhuǎn)向不同而已，這里只說明左端面和前端面著地如何實現(xiàn)復位的工作過程。如果機器人左端面著地，如附圖9中的6-4，三軸加速度傳感器檢測到三軸的加速度值可以判斷機器人是左端面著地，該傳感器數(shù)據(jù)被控制處理單元處理后生成控制命令，控制調(diào)節(jié)直流電機轉(zhuǎn)動，桿腿在調(diào)節(jié)直流電機的驅(qū)動下擺動，機器人被桿腿支撐一步一步站立起來，如附圖9中的6-5、6-6，三軸加速度傳感器不斷檢測三軸加速度值，控制處理單元根據(jù)加速度值可以計算出機器人與地面的夾角，從而判斷機器人是否站立起來，當判斷到機器人站立起來后就控制調(diào)節(jié)直流電機翻轉(zhuǎn)一定角度，等待后續(xù)動作命令，這樣就完成了左端面著地自復位的過程，到達附圖9中的6-7。如果前端面著地如附圖9中的6-1， 三軸加速度傳感器和控制處理單元可以感知檢測到機器人前端面著地，此時小腿和大腿輔助腿連接件的一條邊線與前端面的底邊線與地面接觸，組成一個接觸四邊形，機器人處于穩(wěn)定的狀態(tài)?？刂铺幚韱卧紫瓤刂茝椞绷麟姍C轉(zhuǎn)動，壓縮四桿機構一定的角度使得桿腿的頂端接觸地面而機器人前端面離開地面，該角度由紅外傳感器檢測凸輪碼盤得到，此時接觸四邊形變成了接觸三角形如附圖9中6-2，由于接觸三角形接近等腰三角形，機器人仍然處于穩(wěn)定狀態(tài)。接著控制處理單元控制調(diào)節(jié)直流電機轉(zhuǎn)動，桿腿被驅(qū)動向左邊擺動， 此時機器人重心向地面的投影點落出了接觸三角形如附圖9中6-3，機器人重心不穩(wěn)向左側(cè)面跌倒，從而轉(zhuǎn)換到了機器人左端面著地的穩(wěn)定狀態(tài)附圖9中6-4。接著機器人使用與左端面著地同樣的方法完成自復位過程。如果機器人落地后右側(cè)面著地，只需要擺動腿向相反的方向擺動即可完成自復位。完成自復位后機器人控制桿腿擺動到其指向機器人正上方的位置。完成自復位后，機器人開始調(diào)節(jié)其彈跳方向。如附圖10，11所示，指南針傳感器檢測機器人當前向，控制傳感單元計算出機器人當前的朝向與要求的運動方向之間的夾角， 控制調(diào)節(jié)機構進行方向調(diào)節(jié)。這里以左轉(zhuǎn)為例，附圖10和11分別是機器人左轉(zhuǎn)的前視和俯視示意圖。如附圖10，桿腿可以在豎直平面內(nèi)按照箭頭方向以半徑7-1擺動，半徑7-1是桿腿的長度，由于桿腿的長度比調(diào)節(jié)直流電機軸距離地面的高度略長，所以當桿腿接觸地面的過程中機器人小腿與大腿輔助腿連接件會被撐離地面，并在水平面內(nèi)移動，而小腿末端仍接觸地面，這樣機器人會在水平面內(nèi)以半徑7-4轉(zhuǎn)動一定夾角7-5，由附圖11中的狀態(tài) 7-2轉(zhuǎn)換到7-3，從而實現(xiàn)角度7-3的彈跳方向調(diào)節(jié)。此角度可以通過指南針傳感器檢測出來，控制處理單元可以根據(jù)該角度以及目標轉(zhuǎn)動角度控制桿腿擺動的圈數(shù)，實現(xiàn)機器人調(diào)節(jié)到目標運動方向。角度7-3屬于機器人調(diào)節(jié)彈跳方向的角度分辨率，該角度越小，調(diào)節(jié)的精度越高，該角度的大小由桿腿的長度和調(diào)節(jié)直流電機軸距離地面的高度關系決定，在桿腿的長度不變的情況下，通過調(diào)節(jié)彈跳直流電機壓縮四桿機構，可以改變調(diào)節(jié)直流電機軸距離地面的高度，從而可以調(diào)節(jié)角度7-3。完成起跳方向調(diào)節(jié)后，機器人需要根據(jù)需要調(diào)節(jié)起跳角度，從而控制起跳的高度和水平距離。如附圖12所示，桿腿在豎直平面內(nèi)擺動可以調(diào)節(jié)配重的高度，配重的高度不同會影響機器人的重心高度，機器人的重心高度不同會影響機器人的起跳角度，因此控制處理單元根據(jù)需要使用PWM控制調(diào)節(jié)直流電機轉(zhuǎn)動角度，調(diào)節(jié)直流電機控制桿腿擺動，從而調(diào)節(jié)機器人的重心高度。桿腿擺動的分辨率由PWM波形的占空比控制，桿腿擺動的最低位置為圖12中的8-1，最高位置為8-3，8-2屬于中間位置，因此起跳角度可以在8_1和8_3 兩種狀態(tài)對應的起跳角度之間調(diào)節(jié)。當調(diào)節(jié)到目標起跳角度后，機器人完成了所有的調(diào)節(jié)工作，可以開始下一個周期的起跳工作，周期完成彈跳、空中飛行和落地后調(diào)節(jié)工作，從而實現(xiàn)機器人的連續(xù)跳躍運動。機器人處于站立姿態(tài)時，由于桿腿的長度比調(diào)節(jié)直流電機電機軸和地面之間的距離大，桿腿在豎直平面內(nèi)擺動，當桿腿擺動接觸地面時，機器人的前端會被支撐離地，而機器人后端仍然著地，隨著擺動腿繼續(xù)擺動離開地面后，機器人會被支撐著在地面上擺動一個角度，從而實現(xiàn)起跳方向調(diào)節(jié)。桿腿的擺動方向不同，機器人起跳方向調(diào)節(jié)的方向不同。傳感器單元的指南針傳感器提供機器人當前的朝向，為起跳方向調(diào)節(jié)裝置提供狀態(tài)反饋，控制模塊根據(jù)反饋信號控制電機運動，實現(xiàn)機器人的起跳方向調(diào)節(jié)。所述的安裝在左端面上的紅外傳感器可以檢測凸輪壓縮的角度，從而調(diào)整調(diào)節(jié)直流電機的電機軸與地面的距離，不同的距離對應不同的彈跳方向調(diào)節(jié)的靈敏度。桿腿比調(diào)節(jié)直流電機電機軸和地面之間的距離大的越多，單次調(diào)節(jié)起跳方向的角度就越大。固定在桿腿上的配重可以隨著桿腿在空中運動，從而調(diào)節(jié)機器人的重心高度，不同的重心高度對應不同的起跳角度?？刂铺幚韱卧鶕?jù)需要使用PWM控制調(diào)節(jié)直流電機轉(zhuǎn)動角度，調(diào)節(jié)直流電機控制桿腿擺動，從而調(diào)節(jié)機器人的重心高度。桿腿擺動的分辨率由 PWM波形的占空比控制。因此起跳角度可以在配重所處的最高和最低兩種位置狀態(tài)對應的起跳角度之間調(diào)節(jié)。
權利要求
1. 一種連續(xù)跳躍的彈跳機器人，其特征在于包括機架、彈跳機構、調(diào)節(jié)機構、傳感控制模塊和電池，機架用于安裝固定彈跳機構、調(diào)節(jié)機構、傳感控制模塊和電池；彈跳機構實現(xiàn)彈跳機器人的站立和彈跳；調(diào)節(jié)機構用于彈跳機器人落地跌倒后自復位和起跳方向及角度的調(diào)節(jié)；傳感控制模塊感知彈跳機器人的姿態(tài)、朝向以及彈跳機構中凸輪和調(diào)節(jié)機構中桿腿的轉(zhuǎn)動位置，控制彈跳機器人的動作并與遠程遠程終端無線通信，上傳傳感器數(shù)據(jù)和接收遠程終端的命令，同時顯示彈跳機器人的工作狀態(tài)；電池為彈跳機器人提供電能；其中機架包括前端面、左端面、右端面和骨架，左、右端面固定在前端面兩側(cè)，骨架固定在左、右端面之間；彈跳機構包括直流電機、電機架、減速齒輪組、凸輪、軸承、大腿、扭力彈簧、小腿和大腿輔助腿；直流電機通過電機架固定在前端面內(nèi)側(cè)，直流電機的輸出軸上設有齒輪，該齒輪與減速齒輪組依次嚙合傳動連接，減速齒輪組的末級齒輪與凸輪同軸；設置一置于機架左、右端面之間的大腿，大腿的頂端設置一軸承，該軸承外環(huán)與凸輪外輪廓相切，在機架的左、右端面之間固定連接一支軸，該支軸穿過大腿上部設置的鉸支孔構成鉸支連接，支軸上設有扭力彈簧，扭力彈簧的一個力臂抵壓在大腿上，另外一個力臂抵壓在機架上，大腿的末端分叉，分別與兩根平置于地面、呈“八”字形的小腿鉸支連接，兩根小腿前端連接在一起，設置一大腿輔助腿，其兩端分別與機架前端面及兩根小腿的前端鉸支連接，凸輪表面設有黑白相間的碼盤標記；調(diào)節(jié)機構包括直流電機、電機架、桿腿和配重，直流電機通過電機架固定在前端面外側(cè)并位于機架左、右端面之間的中點，直流電機輸出軸與前端面垂直，桿腿的上端與電機輸出軸固定連接，配重固定在桿腿的下部，桿腿的長度不小于直流電機輸出軸距離地面的高度， 桿腿上設有黑白相間的傳感標記；傳感控制電路模塊包括電機驅(qū)動單元、狀態(tài)指示單元、穩(wěn)壓單元、無線通信單元、控制處理單元、三軸加速度傳感器、指南針傳感器和兩個紅外傳感器；電機驅(qū)動單元、狀態(tài)指示單元、穩(wěn)壓單元、無線通信單元和控制處理單元集成在一個電路板上，安裝在左端面內(nèi)側(cè)， 三軸加速度傳感器和指南針傳感器集成在另一個電路板上，安裝在小腿和大腿輔助腿的連接處，三軸加速度傳感器檢測機器人的加速度，加速度數(shù)據(jù)通過控制單元的處理器處理得到機器人的姿態(tài)角，辨別機器人站立、跌倒狀態(tài)；指南針傳感器檢測機器人當前的朝向；一個紅外傳感器安裝在機架左端面上，朝向正對凸輪表明粘貼的黑白相間的碼盤，通過控制處理單元計算紅外傳感器的數(shù)據(jù)，得到凸輪轉(zhuǎn)動的位置；另外一個紅外傳感器安裝在機器人右端面頂端，其位置在機器人左右對稱面上，通過桿腿上黑白相間的傳感標記檢測桿腿的擺動，當桿腿回到默認位置時，該紅外傳感器檢測桿腿擺動到指向機器人正上方的位置； 穩(wěn)壓單元為傳感控制電路模塊提供電源，電機驅(qū)動單元在控制處理單元的控制下，驅(qū)動彈跳機構及調(diào)節(jié)機構電機的正反轉(zhuǎn)，狀態(tài)指示單元顯示機器人當前的工作和無線通信狀態(tài)， 無線通信單元與遠程終端進行無線通信，上傳傳感器數(shù)據(jù)和接收控制命令，控制處理單元控制彈跳機構和調(diào)節(jié)機構中直流電機動作，驅(qū)動彈跳機構和調(diào)節(jié)機構完成相應的動作，實現(xiàn)機器人連續(xù)運動。
全文摘要
一種連續(xù)跳躍的彈跳機器人，包括機架、彈跳機構、調(diào)節(jié)機構、傳感控制模塊和電池，機架用于安裝固定彈跳機構、調(diào)節(jié)機構、傳感控制模塊和電池；彈跳機構實現(xiàn)彈跳機器人的站立和彈跳；調(diào)節(jié)機構用于彈跳機器人落地跌倒后自復位和起跳方向及角度的調(diào)節(jié)；傳感控制模塊感知彈跳機器人的姿態(tài)、朝向以及彈跳機構中凸輪和調(diào)節(jié)機構中桿腿的轉(zhuǎn)動位置，控制彈跳機器人的動作并與遠程遠程終端無線通信，上傳傳感器數(shù)據(jù)和接收遠程終端的命令，同時顯示彈跳機器人的工作狀態(tài)；電池為彈跳機器人提供電能。
文檔編號B62D57/02GK102556193SQ201210003779
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月9日 優(yōu)先權日2012年1月9日
發(fā)明者喬貴方, 宋光明, 宋愛國, 張軍, 李臻, 王愛民, 葛劍 申請人:東南大學