仿生機器人連續跳躍運動機構的製作方法

2023-05-19 06:50:16

專利名稱：仿生機器人連續跳躍運動機構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種仿生機器人運動機構，具體地說，是一種仿生機器人連續跳躍運 動機構。
背景技術：
跳躍運動是生物運動的常見形式。近年來，對跳躍運動的研究越來越多，並己發展 到了機器人領域，研製出了跳躍機器人。跳躍機器人是一種典型的仿生機器人，對這種機器 人進行研究的最初方法是模仿青蛙、草錳、袋鼠、螞蚱等動物的骨骼機構和運動方法。現有涉及仿生跳躍機器人中，最早的跳躍式機器人為Marc Raibert於1980年在 麻省理工學院機器人實驗室研製的單腿連續性跳躍式機器人，機器人的運動被限制在1個 平面內，腿部裝有氣缸，作用相當於彈簧，因此它在地面上的運動類似於1個帶彈簧的倒 立擺，解決了單足跳躍機器人起跳姿態控制和落地時足部定位算法問題。Minnesota大學 研製了一種可以躍上樓梯的微小型機器人，機器人外形為一圓柱體，直徑為40mm，長度為 115mm，重200g。該機器人屬於間歇性跳躍式機器人，平坦地形下採用兩輪前行，遇到樓梯， 可以釋放彈性腿實現跳躍，跳躍高度達到35cm。美國國家航空宇航局(NASA)下屬的噴氣 推進實驗室的第二代跳躍式機器人的蓄能裝置採用六連杆構造，把水平方向彈簧線形伸縮 轉化成機體方向的非線形拉伸和壓縮。六連杆蓄能機構可以有效預防機器人提前起跳，同 時提高系統的能量利用率。日本東京大學的Kenken機器人模仿了狗類腿部腱的工作原理。 該機器人在地面接觸階段可以積蓄能量，在跳躍觸地時可以吸收能量。該跳躍模型是用腿 部彈簧來模擬腿的作用，彈簧位於大腿和小腿後跟之間並平行於中腿，這樣的安裝位置使 機器人在跳躍觸地時，彈簧可以吸收地面對腿部的衝擊，並把動能積蓄成勢能儲存起來用 於下次跳躍；騰空階段，有利於腿部的被動的收縮和張開。在國內，西北工業大學和哈爾濱工業大學近年來也開展了跳躍機器人的相關研 究，前者主要從事仿袋鼠跳躍機理研究，後者主要從事仿蝗蟲跳躍機理研究。現都處於基礎 研究階段，還沒有取得實質性的成果。現有技術中，連續跳躍運動機構都比較複雜，平衡性比較差而且不穩定，起跳效率不高。

發明內容
本發明的目的在於針對已有技術存在的缺陷，提出一種仿生機器人連續跳躍運動 機構，內部結構簡單易行，空間利用率大。為達到上述的目的，本發明的構思是通過周期地改變機構中的可動機構的重心 位置，使彈簧周期地儲存和釋放彈性勢能，與此同時勢能與動能發生相互轉化，並利用慣性 使機構實現連續跳躍。根據上述發明構思，本發明通過以下技術方案實現的一種仿生機器人連續跳躍 運動機構，包括一個機體，其特徵在於所述的機體上安裝了 一個內齒輪條和固定軸。在所述3的內齒輪條與不完全齒齒輪嚙合，不完全齒齒輪安裝在電機的軸上，電機固定在電機支板 上，電機支板通過嵌入其中的滾動軸承安裝在固定軸上。所述的固定軸通過彈性擋圈將滾 動軸承固定在其上，扭轉彈簧套在軸上，一端固定在電機支板上，另一端固定在機體上，固 定軸通過螺母緊固在機體上。所述的不完全齒齒輪有1/4圓弧為光滑圓弧，沒有齒；可以實現與內齒輪條進行 間歇傳動。所述的電機支板有兩個沉頭孔，一個T型銷釘以及上下各一個通孔，電機的軸穿 過上通孔通過沉頭孔固定在電機支板。扭轉彈簧一端固定在電機支板的T型銷釘上。電機 支板通過嵌入下通孔的滾動軸承與固定軸連接。所述的扭轉彈簧的一端與電機支板上的T型銷釘固定，另一端與機體上的T型銷 釘固定。本發明工作原理電機驅動不完全齒齒輪順時針旋轉，不完全齒齒輪的首齒開始與內 齒條嚙合，由於受到內齒條的嚙合齒的幾何約束，整個可動機構(電機、電機支板、不完全齒 齒輪)繞固定軸逆時針旋轉，壓縮扭轉彈簧，整個可動機構重心逐漸下降，使彈簧不斷儲存 彈性勢能。當電機驅動不完全齒齒輪轉過3/4圈時，不完全齒齒輪的末齒與內齒條嚙合，此 時可動機構重心下降到最低點，扭轉彈簧儲存的彈性勢能達到最大值。隨著電機的旋轉，齒 輪的末齒與內齒條脫離嚙合，此後一段時間(電機旋轉1/4圈的時間)，不完全齒齒輪不受內 齒條的約束，此時扭轉彈簧突然釋放彈性勢能，驅動可動機構繞固定軸順時針旋轉，整個可 動機構重心急速上升；根據達朗貝爾原理，這時整個機構除了受到一個向下的重力G=MXg 夕卜，還受到一個向上的虛擬的慣性力F=HiXal作用(其中M為整個機構的質量，g為重力加 速度，m為可動機構的質量，al為可動機構的加速度)。由於扭轉彈簧是突然釋放彈性勢能， 可動機構的加速度al會很大。如果F > G,則整個機構就會脫離地面，實現彈跳動作。此 時整個機構的向上加速度為a2=(F-G)/M。由於機構的重心位置偏置，不在四個支撐點所 形成支撐面積的形心處，四個支撐點受力不同，機構在彈跳過程中，由於慣性還會有水平方 向的位移。在不完全齒齒輪轉到首齒時，又與內齒輪條進行嚙合，進入下一個循環動作。此 運動機構結構簡單，可以實現連續跳躍運動。與現有技術相比，本發明具有如下顯著優點此運動機構結構簡單，跳躍效率高， 空間利用率大，便於安裝便捷式電源與傳感器等其他輔助裝置。


圖1是本發明結構主視圖。圖2是圖1的右視圖。圖3是圖1的俯視圖。圖4是圖1示例的軸的主視圖。圖5是圖1示例的電機支板的主視圖和右視圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的一個優選實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術 方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程。
如圖1、圖2、圖3所示，仿生機器人連續跳躍運動機構，包括一個機體1，其特徵在 於所述的機體上安裝了一個內齒輪條2和固定軸6。在所述的內齒輪條2與不完全齒齒輪 3嚙合，不完全齒齒輪3安裝在電機8的軸上，電機8固定在電機支板4上，電機支板4通過 嵌入其中的滾動軸承5安裝在固定軸6上。所述的固定軸6通過彈性擋圈7將滾動軸承5 固定在其上，扭轉彈簧9套在固定軸6上，一端固定在電機支板4上，另一端固定在機體上， 固定軸6通過螺母10緊固在機體上。所述的不完全齒齒輪3有1/4圓弧為光滑圓弧，沒有齒；可以實現與內齒輪條2進 行間歇傳動。所述的扭轉彈簧9套在固定軸6上，一端與電機支板4上的T型銷釘固定，另一端 與機體1上的T型銷釘固定。如圖4所示，所述的固定軸6，兩頭車有螺紋，通過螺母10固定與本體1上。軸肩 左側安裝將滾動軸承5，通過彈性擋圈7將其固定在固定軸6上，扭轉彈簧9裝在軸肩右側。如圖5所示，所述的電機支板4有兩個沉頭孔，一個T型銷釘以及上下各一個通 孔，電機8的軸穿過上通孔通過沉頭孔固定在電機支板4上。扭轉彈簧9 一端固定在電機 支板4的T型銷釘上。電機支板4通過嵌入下通孔的滾動軸承5與固定軸6連接。
權利要求
1.仿生機器人連續跳躍運動機構，包括一個機體(1)，其特徵在於所述機體上安裝了 一個內齒輪條(2)和固定軸(6)；在所述的內齒輪條(2)與不完全齒齒輪(3)嚙合，不完全 齒齒輪(3)安裝在電機(8)的軸上，電機(8)固定在電機支板(4)上，電機支板(4)通過嵌 入其中的滾動軸承(5 )安裝在軸(6 )上；所述的軸(6 )通過彈性擋圈(7 )將滾動軸承(5 )固 定在其上，扭轉彈簧(9)套在軸(6)上，一端固定在電機支板(4)上，另一端固定在機體上， 軸(6 )通過螺母(10 )緊固在機體上。
2.根據權利要求1所述的仿生機器人連續跳躍運動機構，其特徵在於所述的不完全齒 齒輪(3)有1/4圓弧為光滑圓弧，沒有齒；可以實現與內齒輪條(2)進行間歇傳動。
3.根據權利要求1所述的仿生機器人連續跳躍運動機構，其特徵在於所述的電機支板 (4)有兩個沉頭孔，一個T型銷釘以及上下各一個通孔，所述的電機(8)的軸穿過上通孔通 過沉頭孔固定在電機支板(4);所述的扭轉彈簧(9) 一端固定在電機支板(4)的T型銷釘 上；電機支板(4 )通過嵌入下通孔的滾動軸承(5 )與固定軸(6 )連接。
4.根據權利要求3所述的仿生機器人連續跳躍運動機構，其特徵在於所述的扭轉彈簧 (9)的一端與電機支板(4)上的T型銷釘固定，另一端與機體(1 )上的T型銷釘固定。
全文摘要
本發明公開了一種仿生機器人連續跳躍運動機構。它包括一個機體，所述機體上安裝了一個內齒輪條和固定軸。在所述的內齒輪條與不完全齒齒輪嚙合，不完全齒齒輪安裝在電機的軸上，電機固定在電機支板上，電機支板通過嵌入其中的滾動軸承安裝在軸上。所述的軸通過彈性擋圈將滾動軸承固定在其上，扭轉彈簧套在軸上，一端固定在電機支板上，另一端固定在機體上，軸通過螺母緊固在機體上。本運動機構結構簡單，可以實現連續跳躍運動。
文檔編號B62D57/02GK102050164SQ20101054169
公開日2011年5月11日 申請日期2010年11月12日 優先權日2010年11月12日
發明者柯顯信, 陳玉亮 申請人:上海大學