相連。蝸輪28內(nèi)孔采用漸開(kāi)線內(nèi)花鍵，蝸輪軸為漸開(kāi)線外花鍵軸29，蝸輪28與蝸輪花鍵軸29連接；曲柄2連接在蝸輪花鍵軸29上，曲柄2上有多個(gè)孔位，齒條4 一端通過(guò)調(diào)節(jié)螺栓36與曲柄2鉸接，調(diào)節(jié)螺栓36與曲柄2上不同孔位配合調(diào)節(jié)曲柄2長(zhǎng)度，齒條4與第一齒輪6嚙合，第一齒輪6與前髖關(guān)節(jié)軸30通過(guò)鍵固連；兩齒條擋板34分別安裝在第一齒輪6兩側(cè)，通過(guò)上端的滾動(dòng)軸承保證齒條4與第一齒輪6的正常嚙合。
[0026]跳躍機(jī)構(gòu)包括前髖關(guān)節(jié)軸30、大腿7、前膝關(guān)節(jié)軸31、小腿17、踝關(guān)節(jié)軸33、后髖關(guān)節(jié)軸32、跳躍輔助架16、后膝關(guān)節(jié)軸35、腳掌18、彈簧安裝桿14、安裝桿轉(zhuǎn)軸15、彈簧安裝軸13、彈簧12、第二齒輪24、齒輪桿11，齒輪桿11通過(guò)后髖關(guān)節(jié)軸32與車(chē)后架鉸接，第一齒輪6與前髖關(guān)節(jié)軸30固連，兩條大腿7分別固連在前髖關(guān)節(jié)軸30兩端，相對(duì)于第二齒輪24對(duì)稱安裝，大腿7、第一齒輪6與第二齒輪24同步轉(zhuǎn)動(dòng)；腳掌18采用多片弧形板疊加在腳骨架上，增加腳掌18的韌度用于緩沖吸振，腳骨架通過(guò)螺栓固連在跳躍輔助架16兩側(cè)。小腿17 —端與大腿7通過(guò)前膝關(guān)節(jié)軸31鉸接，小腿17另一端通過(guò)踝關(guān)節(jié)軸33與跳躍輔助架16鉸接；跳躍輔助架16與齒輪桿11通過(guò)后膝關(guān)節(jié)軸35鉸接；齒輪桿11與第二齒輪24相互嚙合，彈簧安裝軸13連接在彈簧安裝桿14上，彈簧安裝桿14與跳躍輔助架16通過(guò)安裝桿轉(zhuǎn)軸15鉸接，并通過(guò)定位銷(xiāo)調(diào)節(jié)與跳躍輔助架16的角度。
[0027]控制裝置由舵機(jī)25、舵機(jī)控制儀9、控制電路板26、電磁離合器19及遙控操縱裝置組成；舵機(jī)25固定安裝在內(nèi)燃機(jī)I進(jìn)氣門(mén)旁，用于控制內(nèi)燃機(jī)I進(jìn)氣量調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)I轉(zhuǎn)速和功率；機(jī)載電源、控制電路板26和舵機(jī)控制儀9安裝在載物板10上，用于為舵機(jī)25供電和控制舵機(jī)25，以及輸出舵機(jī)25運(yùn)行參數(shù)。電磁離合器19采用雙離合器組合體，電磁離合器19位于車(chē)前架20的下面，安裝在大帶輪21與蝸桿27中間，通過(guò)選擇不同的閉合方式實(shí)現(xiàn)蝸桿27的正反轉(zhuǎn)；舵機(jī)控制儀9、控制電路板26分別安裝在載物板上。遙控操縱裝置為控制人手持，用于控制電磁離合器19和舵機(jī)25的工作。
[0028]如圖5、圖6、圖7所示，機(jī)器人在初始狀態(tài)，依靠自身重力將彈簧12拉伸，機(jī)器人整體質(zhì)心處于最低，此時(shí)，電磁離合器19處于斷電分離狀態(tài)。機(jī)器人起跳前需為油箱8注入適量燃油，調(diào)節(jié)彈簧安裝桿14與跳躍輔助架16的角度，然后打開(kāi)機(jī)器人機(jī)載電源開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)1，調(diào)節(jié)舵機(jī)控制儀9控制內(nèi)燃機(jī)I轉(zhuǎn)速和功率。內(nèi)燃機(jī)I帶動(dòng)小帶輪23逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，小帶輪23通過(guò)同步帶22帶動(dòng)大帶輪21逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，電磁離合器19輸入端與大帶輪21固連同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)，機(jī)器人處于跳躍前的待機(jī)狀態(tài)。
[0029]機(jī)器人在起跳狀態(tài)時(shí)，控制電磁離合器遙控開(kāi)關(guān)，選擇電磁離合器輸入端輸出端同向轉(zhuǎn)動(dòng)使電磁離合器19閉合，電磁離合器19輸出端、蝸桿27隨大帶輪21同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。蝸輪28與蝸桿27嚙合將力和運(yùn)動(dòng)傳遞到蝸輪花鍵軸29上，蝸輪28與曲柄2逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。曲柄2的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)齒條4向前移動(dòng)，通過(guò)嚙合，第一齒輪6逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)前髖關(guān)節(jié)軸30的傳動(dòng)，第二齒輪24、兩條大腿7逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。齒輪桿11順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，彈簧12拉伸距離變短釋放能量，大腿7與小腿17內(nèi)夾角變大，跳躍機(jī)構(gòu)逐漸伸展，機(jī)器人整體質(zhì)心升高，腳掌18逆時(shí)針向后蹬地。由于電磁離合器19閉合后，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和跳躍機(jī)構(gòu)的一系列動(dòng)作在很短時(shí)間完成，機(jī)器人獲得瞬間起跳的爆發(fā)力從而快速起跳。
[0030]機(jī)器人在騰空越障狀態(tài)時(shí)，彈簧12釋放完能量被腳掌18的慣性力帶動(dòng)處于壓縮狀態(tài)，大腿7與車(chē)后架5內(nèi)角、齒輪桿11與車(chē)后架5內(nèi)角處于最小狀態(tài)；大腿7、小腿17、腳掌18最大程度伸展處于一條線上，腳掌18向后蹬動(dòng)，實(shí)現(xiàn)瞬間起跳爆發(fā)后，腳掌18與地面距離迅速變大，實(shí)現(xiàn)越障。
[0031]機(jī)器人在著地狀態(tài)時(shí)，機(jī)器人著地狀態(tài)有兩種情況:第一種情況為無(wú)人工干預(yù)，曲柄2逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)處于下半周時(shí)，曲柄2轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)齒條4向后移動(dòng)，通過(guò)嚙合第一齒輪6順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)前髖關(guān)節(jié)軸30的傳動(dòng)，第二齒輪24、兩條大腿7順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)嚙合，齒輪桿11逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，彈簧12被拉伸儲(chǔ)存能量，大腿7與小腿17內(nèi)夾角變小，跳躍機(jī)構(gòu)逐漸壓縮，機(jī)器人整體質(zhì)心下降，腳掌18順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。落地沖擊力通過(guò)腳掌18、小腿17、跳躍輔助架16將彈簧12拉伸，實(shí)現(xiàn)緩沖儲(chǔ)能。第二種情況為人工控制干預(yù)，當(dāng)曲柄2逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)處于上半周時(shí)，人工控制離合器遙控開(kāi)關(guān)切換電磁離合器19閉合，電磁離合器19輸入端、輸出端反向轉(zhuǎn)動(dòng)，電磁離合器19輸出端、蝸桿27順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。蝸輪28與曲柄2順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，曲柄2的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)齒條4向后移動(dòng)，通過(guò)嚙合第一齒輪6順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，跳躍機(jī)構(gòu)變化同第一種情況相同。落地后隨著曲柄2的轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)器人進(jìn)入下一個(gè)跳躍周期。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的仿生跳躍機(jī)器人，其特征在于: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(chē)前架、車(chē)后架、載物板，車(chē)前架和車(chē)后架分別與蝸輪蝸桿箱固連，內(nèi)燃機(jī)固定在車(chē)前架的上面，載物板與車(chē)后架固連，油箱安裝在載物板上； 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)； 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(xiāo)調(diào)節(jié)與跳躍輔助架的角度； 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(chē)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。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的仿生跳躍機(jī)器人，其特征在于:機(jī)架、大腿、小腿、跳躍輔助架、齒輪桿長(zhǎng)度比例為1:0.6:1.2:0.5:0.8ο
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的仿生跳躍機(jī)器人，由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、跳躍機(jī)構(gòu)、控制裝置、發(fā)動(dòng)機(jī)、蝸輪蝸桿箱組成；機(jī)器人采用發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)，輔助拉伸彈簧提高能量利用率；控制裝置控制電磁離合器正反轉(zhuǎn)以控制跳躍機(jī)構(gòu)伸展與收縮，舵機(jī)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的速度和功率。跳躍裝置采用閉鏈齒輪五桿機(jī)構(gòu)模仿生物開(kāi)鏈的骨架，彈簧安裝桿與跳躍輔助架角度可調(diào)，實(shí)現(xiàn)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)伸展加速度，瞬間爆發(fā)力和良好的跳躍性能；模仿袋鼠跳躍運(yùn)動(dòng)特性跳躍行進(jìn)，弧形腳掌采用多片疊加方式變?yōu)槿嵝阅_，腳掌韌性和緩沖吸振能力大幅提高。仿生跳躍機(jī)器人擁有較高的仿生程度和良好的跳躍性能，對(duì)地形環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。
【IPC分類(lèi)】B62D57/02
【公開(kāi)號(hào)】CN105059412
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510500389
【發(fā)明人】葛文杰, 蘭洪財(cái), 張文磊, 張亞青, 青威, 徐磊
【申請(qǐng)人】西北工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年11月18日
【申請(qǐng)日】2015年8月14日