一種內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的仿生跳躍機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及仿生跳躍機(jī)器人領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的仿袋鼠腿式跳躍機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]復(fù)雜工作環(huán)境下的行進(jìn)機(jī)器人均需解決如何提高地形適應(yīng)能力的問(wèn)題。輪式及履帶式機(jī)器人無(wú)法越過(guò)溝壑及障礙物；步行及爬行機(jī)器人不僅運(yùn)動(dòng)緩慢越障能力差，而且自由度多控制復(fù)雜；跳躍機(jī)器人的立足點(diǎn)不必是連續(xù)的，可在能夠到達(dá)的區(qū)域內(nèi)選擇最優(yōu)支撐點(diǎn)，對(duì)于有土石障礙、溝壑、地面松軟的情況下均能夠工作，地形環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。在野外探險(xiǎn)和軍事活動(dòng)中，跳躍運(yùn)動(dòng)的突然性與爆發(fā)性有助于躲避危險(xiǎn)，在完成危險(xiǎn)任務(wù)時(shí)更加靈活，因此在反恐、搶險(xiǎn)救災(zāi)諸多領(lǐng)域，跳躍機(jī)器人具有很大的潛力。
[0003]目前，行進(jìn)機(jī)器人多采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，但同等重量下電機(jī)功率較低，動(dòng)力不足，且電池供電時(shí)間有限，難以直接提供瞬間的爆發(fā)力，不適合載人負(fù)重行進(jìn)。液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人或液壓驅(qū)動(dòng)行進(jìn)裝置輸出功率大，能夠?qū)崿F(xiàn)大負(fù)載行進(jìn)；例如美國(guó)波士頓公司為軍方研制的負(fù)重運(yùn)輸機(jī)器人“Big Dog”，可承載40Kg負(fù)重攀越35deg的斜坡，以5.3km/h的速度行走；“LS3”可搭載180kg重物連續(xù)行走32km ;“Wildcat”機(jī)器人能夠以30km/h在平緩路面飛奔和跳躍，但是液壓驅(qū)動(dòng)的缺點(diǎn)在于自身重量大，液壓裝置復(fù)雜，配套裝置多，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，執(zhí)行速度慢，不適合提供瞬間爆發(fā)力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了避免現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，克服其越障能力差、能量利用率低，難以實(shí)現(xiàn)載人負(fù)重行進(jìn)、仿生性能差的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的仿生跳躍機(jī)器人，該機(jī)器人依靠機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)力特性變換，仿生程度高，動(dòng)力充足，地形環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、跳躍機(jī)構(gòu)、控制裝置、內(nèi)燃機(jī)、蝸輪蝸桿箱、油箱、車前架、車后架、載物板，車前架和車后架分別與蝸輪蝸桿箱固連，內(nèi)燃機(jī)固定在車前架的上面，載物板與車后架固連，油箱安裝在載物板上；
[0006]所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括小帶輪、同步帶、大帶輪、蝸桿、蝸輪、蝸輪花鍵軸、曲柄、齒條、第一齒輪、齒條擋板、調(diào)節(jié)螺栓，小帶輪與內(nèi)燃機(jī)輸出軸固連，大帶輪與控制裝置的電磁離合器高速端連接，電磁離合器低速端與蝸桿固連，大帶輪與小帶輪通過(guò)同步帶相連；蝸輪與蝸輪花鍵軸固連，曲柄連接在蝸輪花鍵軸上，齒條一端通過(guò)調(diào)節(jié)螺栓與曲柄鉸接，曲柄上有多個(gè)孔位，調(diào)節(jié)螺栓與曲柄上不同孔位配合調(diào)節(jié)曲柄長(zhǎng)度，齒條與第一齒輪嚙合，第一齒輪與前髖關(guān)節(jié)軸固連，兩齒條擋板分別位于第一齒輪兩側(cè)；
[0007]所述跳躍機(jī)構(gòu)包括前髖關(guān)節(jié)軸、大腿、前膝關(guān)節(jié)軸、小腿、踝關(guān)節(jié)軸、后髖關(guān)節(jié)軸、跳躍輔助架、后膝關(guān)節(jié)軸、腳掌、彈簧安裝桿、安裝桿轉(zhuǎn)軸、彈簧安裝軸、彈簧、第二齒輪、齒輪桿，齒輪桿與后髖關(guān)節(jié)軸鉸接，第一齒輪與前髖關(guān)節(jié)軸連接，兩條大腿位于前髖關(guān)節(jié)軸兩端，相對(duì)于第二齒輪對(duì)稱安裝，大腿、第一齒輪與第二齒輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)；腳掌采用多片弧形板疊加在腳骨架上，腳骨架固連在跳躍輔助架兩側(cè)；小腿一端通過(guò)前膝關(guān)節(jié)軸與大腿鉸接，小腿另一端通過(guò)踝關(guān)節(jié)軸與跳躍輔助架鉸接；跳躍輔助架與齒輪桿通過(guò)后膝關(guān)節(jié)軸鉸接；齒輪桿與第二齒輪嚙合，彈簧安裝軸連接在彈簧安裝桿上，彈簧安裝桿與跳躍輔助架通過(guò)安裝桿轉(zhuǎn)軸鉸接，并通過(guò)定位銷調(diào)節(jié)與跳躍輔助架的角度；
[0008]所述控制裝置包括舵機(jī)、舵機(jī)控制儀、控制電路板、電磁離合器，電磁離合器位于車前架的下面，舵機(jī)固定在內(nèi)燃機(jī)側(cè)端，舵機(jī)控制儀、控制電路板分別安裝在載物板上。
[0009]機(jī)架、大腿、小腿、跳躍輔助架、齒輪桿長(zhǎng)度比例為1:0.6:1.2:0.5:0.8。
[0010]有益效果
[0011]本發(fā)明提出的一種內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的仿生跳躍機(jī)器人，采用內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)，克服了動(dòng)力不足的問(wèn)題，輸出功率大，滿足對(duì)載人負(fù)重行進(jìn)裝置動(dòng)力的要求。通過(guò)控制電磁離合器控制蝸桿正反轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)傳動(dòng)裝置控制跳躍機(jī)構(gòu)的收縮與伸展；采用閉鏈齒輪五桿機(jī)構(gòu)模仿生物開(kāi)鏈的骨架，實(shí)現(xiàn)力特性變換，模仿袋鼠跳躍運(yùn)動(dòng)特性跳躍行進(jìn)，具有較強(qiáng)的瞬間爆發(fā)力和良好的跳躍性能，對(duì)地形環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)；通過(guò)研究袋鼠跳躍機(jī)理模仿袋鼠跳躍特點(diǎn)，優(yōu)化傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、跳躍機(jī)構(gòu)尺寸，并增加緩沖儲(chǔ)能裝置，較大幅度提高了機(jī)器人連續(xù)跳躍的能量利用率；優(yōu)化機(jī)器人結(jié)構(gòu)布置，將齒輪五桿大齒輪設(shè)計(jì)成弧形齒輪減輕質(zhì)量，并與輔助桿加工成一體結(jié)構(gòu)，縮小空間提高整體強(qiáng)度，整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好；彈簧安裝桿與跳躍輔助架角度可調(diào)，改變機(jī)構(gòu)力學(xué)變換性能；曲柄長(zhǎng)度可調(diào)，用以調(diào)節(jié)跳躍機(jī)構(gòu)伸展增加速度，調(diào)節(jié)跳躍爆發(fā)力和速度；蝸輪軸采用漸開(kāi)線花鍵軸，改善其較小空間平鍵連接強(qiáng)度不足的問(wèn)題，提高了裝配對(duì)中性；腳掌采用多片弧形板疊加方式變?yōu)槿嵝阅_掌，腳掌韌性和緩沖吸振能力大幅提高；機(jī)器人充分模仿袋鼠跳躍整體質(zhì)心不高但越障能力很強(qiáng)的機(jī)理，通過(guò)優(yōu)化采用起跳后腳掌迅速后擺的方式，實(shí)現(xiàn)腳掌離地距離較高，越障性能很好。內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的仿生跳躍機(jī)器人用于載人負(fù)重運(yùn)輸，具有快速前進(jìn)能力、良好的機(jī)動(dòng)性能和環(huán)境適應(yīng)能力。
【附圖說(shuō)明】
[0012]下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明一種內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的仿生跳躍機(jī)器人作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0013]圖1為本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的仿生跳躍機(jī)器人軸測(cè)圖。
[0014]圖2為本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的仿生跳躍機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3為本發(fā)明跳躍機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與跳躍機(jī)構(gòu)示意圖。
[0016]圖4為本發(fā)明跳躍機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與跳躍機(jī)構(gòu)俯視圖。
[0017]圖5為本發(fā)明跳躍機(jī)器人起跳狀態(tài)示意圖。
[0018]圖6為本發(fā)明跳躍機(jī)器人騰空越障狀態(tài)示意圖。
[0019]圖7為本發(fā)明跳躍機(jī)器人著地狀態(tài)示意圖。
[0020]圖中:
[0021]1.內(nèi)燃機(jī)2.曲柄3.蝸輪蝸桿箱4.齒條5.車后架6.第一齒輪7.大腿8.油箱9.舵機(jī)控制儀10.載物板11.齒輪桿12.彈簧13.彈簧安裝軸14.彈簧安裝桿15.安裝桿轉(zhuǎn)軸16.跳躍輔助架17.小腿桿18.腳掌19.電磁離合器20.車前架21.大帶輪22.同步帶23.小帶輪24.第二齒輪25.舵機(jī)26.控制電路板27.蝸桿28.蝸輪29.蝸輪花鍵軸30.前髖關(guān)節(jié)軸31.前膝關(guān)節(jié)軸32.后髖關(guān)節(jié)軸33.踝關(guān)節(jié)軸34.齒條擋板35.后膝關(guān)節(jié)軸36.調(diào)節(jié)螺栓
【具體實(shí)施方式】
[0022]本實(shí)施例是一種內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的仿生跳躍機(jī)器人。
[0023]參閱圖1?圖4，本實(shí)施例跳躍機(jī)器人采用閉鏈齒輪五桿機(jī)構(gòu)模仿生物開(kāi)鏈的骨架，實(shí)現(xiàn)力特性變換，模仿袋鼠跳躍運(yùn)動(dòng)特性優(yōu)化傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、跳躍機(jī)構(gòu)尺寸；跳躍機(jī)構(gòu)的尺寸:機(jī)架、大腿、小腿、跳躍輔助架、齒輪桿長(zhǎng)度比例為1:0.6:1.2:0.5:0.8。模仿袋鼠跳躍整體質(zhì)心不高，但越障能力很強(qiáng)的機(jī)理，優(yōu)化采用起跳后腳掌迅速后擺的方式實(shí)現(xiàn)腳掌離地距1?很尚，提尚越障性能。
[0024]跳躍機(jī)器人由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、跳躍機(jī)構(gòu)、控制裝置、內(nèi)燃機(jī)1、蝸輪蝸桿箱3、油箱8、車前架20、車后架5、載物板10組成；車前架20和車后架5分別與蝸輪蝸桿箱3通過(guò)螺栓固定連接，內(nèi)燃機(jī)I為主動(dòng)力源，內(nèi)燃機(jī)I固定安裝在車前架20的上面，載物板10與車后架5固定連接，油箱8安裝在載物板10上；車前架20、蝸輪蝸桿箱3、車后架5、載物板10組成機(jī)架與其它機(jī)構(gòu)及裝置連接形成整體結(jié)構(gòu)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和跳躍機(jī)構(gòu)連結(jié)在車后架5上。
[0025]傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括小帶輪23、同步帶22、大帶輪21、蝸桿27、蝸輪28、蝸輪花鍵軸29、曲柄2、齒條4、第一齒輪6、齒條擋板34、調(diào)節(jié)螺栓36，小帶輪23與內(nèi)燃機(jī)I輸出軸固定連接，大帶輪21與控制裝置的電磁離合器19高速端連接，電磁離合器低速端與蝸桿27固連，大帶輪21與小帶輪23通過(guò)同步帶22