一種仿蝗蟲彈射機理的跳躍機器人的製作方法

2023-06-01 20:52:56 1

專利名稱：一種仿蝗蟲彈射機理的跳躍機器人的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種跳躍機器人結構，具體說是涉及一種仿蝗蟲彈射機理的跳躍機器人結構。
背景技術：
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境產生了極強的適應性，在運動機理、能量傳遞、信息交換等方面表現出高度的合理性。仿生學與機器人學的融合促進了仿生機器人的發展，使其具有較強的地形適應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域的熱點，各國的相關科研機構在該方面取得了一些積極的研究進展。NASA研製的第二代蛙形跳躍機器人利用單電機實現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製的跳躍機器人，模仿蝗蟲腿部跳躍機理，實現了生物體功能仿生；義大利理工學院和浙江大學合作研製的GRILLO II利用四桿機構實現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於研究階段。
發明內容本實用新型的目的在於提供一種仿蝗蟲彈射機理的跳躍機器人，根據蝗蟲後腿彈射槓桿效應，利用槓桿配合彈簧結構進行後腿關節的彈性儲能；通過電機、絲槓及絲槓螺母、楔形塊結構結合腿部轉動杆件達到彈射。本實用新型所採用的技術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後端連接的後腿機構；其中1)機體包括電機，減速器，聯軸器，傳動絲槓，光槓支撐座，絲槓螺母，傳動光槓， 滾動軸承，支撐杆固定螺釘，雙支撐杆，壓縮塊伸出杆，壓縮塊，絲槓螺母上滾輪和絲槓螺母上端兩撥杆；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軸器與傳動絲槓的一端相連，機體下板的另一端上表面垂直安裝機體後板， 傳動絲槓的另一端安裝在機體後板下端的滾動軸承孔中；絲槓螺母與傳動絲槓構成螺旋副，絲槓螺母下端與安裝在機體下板的傳動光槓中，能沿傳動光槓滑動，絲槓螺母沿徑向的上端有兩根撥杆；機體後板上端安裝有與機體下板平行的、並朝向電機方向的機體上板，位於機體上板下部的雙支撐杆的一端與機體後板連接，雙支撐杆的另一端與機體前板連接； 壓縮塊的兩個孔與雙支撐杆構成滑動配合，壓縮塊能夠與安裝在機體後板上的彈簧相離合；2)後腿機構包括連接彈簧支架，彈簧組，倒U形後腿，連接杆件，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，第二楔形塊和後腿動力傳動杆；倒U形後腿跨接在機體上板兩側，機體上板兩側面分別安裝連接杆件，兩根連接杆件的一端與機體上板固定，另一端與倒U形後腿中部鉸接，機體上板上表面安裝連接彈簧支架， 彈簧支架與倒U形後腿的頂部杆之間以彈簧組連接，壓縮塊內部開有階梯形方孔，階梯形方孔中安裝第一楔形塊，壓縮塊兩側面分別安裝伸出杆，每根伸出杆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後板中部，其上表面與安裝在絲槓上的絲槓螺母上端兩撥杆上表面高度相同，壓縮塊下表面高於第二楔形塊上表面，絲槓螺母上端兩撥杆中間的寬度大於第二楔形塊的寬度並且小於第一楔形塊的寬度， 第一楔形塊底端的高度介於第二楔形塊上下表面之間。所述的壓縮塊內部開有階梯形方孔，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於絲槓螺母上兩撥杆之間的橫向距離，絲槓螺母上兩撥杆間橫向距離大於第二楔形塊的橫向距離，從而能保證絲槓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)前腿採用減振彈片，用於實現落地的緩衝吸振功能。( 採用絲槓傳動，可以獲得較大的軸向力，用較少的零部件實現彈跳，失效率低。(3)觸發裝置中採用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，觸發方式簡單可靠。(4)本機構將電機及減速器置於機體下方，從而降低了機體的重心，提高了機體的穩定性能。(5)機體的後板與壓縮塊之間的彈簧在觸發過程中作用於壓縮塊的推力使壓縮塊實現快速釋放，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，可以實現該機構的遠程控制，從而可將該機構應用於地震救災、環境監測、科學研究、航天軍事等領域。

[0019]圖1是本實用新型的總體結構示意圖。[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示意圖。[0022]圖4是本實用新型的雙支撐杆與壓縮塊裝配關係圖。[0023]圖5是本實用新型的絲槓螺母結構示意圖。[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部結構示意圖。
4[0027]圖9是本實用新型的腿部結構示意圖。圖10是本實用新型觸發裝置示意圖。圖11是本實用新型的總體左視圖。圖12是本實用新型的絲槓螺母上兩桿與兩楔形塊尺寸關係圖。圖中100、機體上板，101、機體後板，102、機體下板，103、前腿，104、機體前板， 201、電機，202、減速器，203、聯軸器，204、傳動絲槓，205、光槓支撐座，206、絲槓螺母，207、 傳動光槓，208、滾動軸承，209、支撐杆固定螺釘，210、雙支撐杆，211、壓縮塊伸出杆，212、壓縮塊，213、絲槓螺母上滾輪，214、絲槓螺母上端兩桿，301、連接彈簧支架，302、彈簧組，303、 倒U形後腿，304、連接杆件，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、後腿動力傳動杆。
具體實施方式
以下結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後端連接的後腿機構。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，聯軸器203，傳動絲槓204，光槓支撐座205，絲槓螺母206，傳動光槓207，滾動軸承 208，支撐杆固定螺釘209，雙支撐杆210，壓縮塊伸出杆211，壓縮塊212，絲槓螺母上滾輪 213和絲槓螺母上端兩撥杆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和聯軸器203與傳動絲槓204的一端相連，機體下板102的另一端上表面垂直安裝機體後板101，傳動絲槓204的另一端安裝在機體後板101下端的滾動軸承孔208中；絲槓螺母206與傳動絲槓204構成螺旋副，絲槓螺母206下端與安裝在機體下板102的傳動光槓207中，能沿傳動光槓207滑動，絲槓螺母 206沿徑向的上端有兩根撥杆214 ；機體後板(101)上端安裝有與機體下板102平行的、並朝向電機201方向的機體上板100，位於機體上板100下部的雙支撐杆210的一端與機體後板101連接，雙支撐杆210的另一端與機體前板104連接；壓縮塊212的兩個孔與雙支撐杆210構成滑動配合，壓縮塊212能夠與安裝在機體後板101上的彈簧310相離合。如圖1、圖2、圖9、圖11所示，後腿機構包括連接彈簧支架301，彈簧組302，倒U 形後腿303，連接後腿與機體的連接杆件304，位於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，位於後板和壓縮塊之間的彈簧310，第二楔形塊311和後腿動力傳動杆312。其中如圖1、圖2、圖3、圖4、圖8、圖11、圖12所示，倒U形後腿303跨接在機體上板100 兩側，機體上板100兩側面分別安裝兩根連接杆件304，兩根連接杆件304的一端與機體上板100固定，另一端與倒U形後腿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形後腿303的頂部杆之間以彈簧組301連接，壓縮塊212內部開有階梯形方孔，階梯形方孔中安裝第一楔形塊308，壓縮塊212兩側面分別安裝伸出杆211， 每根伸出杆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安裝在機體後板101中部，其上表面與安裝在絲槓上的絲槓螺母206上端兩撥杆214上表面高度相同，壓縮塊212下表面高於第二楔形塊311上表面，絲槓螺母206上端兩撥杆214中間的寬度大於第二楔形塊311的寬度並且小於第一楔形塊308的寬度，第一楔形塊308底端的高度介於第二楔形塊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，並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的橫向長度大於絲槓螺母206上兩撥杆之間的橫向距離，絲槓螺母206上兩撥杆間橫向距離大於第二楔形塊311的橫向距離， 從而能保證絲槓螺母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後端連接的後腿機構，在機體的中部安裝有實現壓縮功能的動力傳輸裝置；在機體的後部安裝有實現儲能和觸發功能的儲能觸發裝置。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前端鑽有通孔，通過螺栓連接與機體前板104連接，機體上板100後端鑽有通孔，通過螺栓與機體後板101連接，機體後板101下端鑽有通孔，與機體下板102通過螺栓連接，機體上板100 左右兩側鑽有4個通孔，通過螺栓與彈簧支架301連接，機體上板100兩側面通過螺栓與連接杆件304連接，壓縮塊212的支撐杆一端通過自身的端部突起與後板定位，另一端攻有螺紋孔，通過支撐杆固定螺釘209與機體前板104固定，從而構成本跳躍機器人的整體框架。機體下板102前端安裝電機201，此處電機採用直流電機，電機由PIC系列單片機及其擴展電機驅動晶片ULN2003驅動，由單片機控制直流電機的正反轉及其轉速。減速器 202為電機自帶減速器，減速器202的輸出軸與傳動絲槓204採用聯軸器203聯接，傳動光槓207在傳動絲槓204下部，端部由支撐座205支撐，絲槓螺母206為自製非標準螺母，其上含有與傳動絲槓204配合的螺紋孔和與傳動光槓207配合的通孔，傳動絲槓右端通過滾動軸承208固定於後板101，後板安裝軸承孔為階梯孔，來使滾動軸承208軸向定位，滾動軸承208左端由絲槓204軸肩定位。如圖3、圖4和圖6所示，壓縮塊212內部開有長方形階梯槽，第一楔形塊裝入槽內，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，雙支撐杆210穿過通孔起支撐壓縮塊 212的作用，為保證觸發快捷，壓縮塊我們採用塑料製成，並且在後板處安裝有彈簧310，機體後板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後部，並封裝起來，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正轉帶動傳動絲槓204轉動，從而使絲槓螺母206向前推進，推動壓縮塊212沿後板方向移動，壓縮塊伸出杆211壓縮倒U形後腿303轉動，使儲能彈簧組302拉伸，實現儲能。在本實例中，彈簧組302拉伸後，電機201繼續正轉，壓縮塊212繼續沿機體後板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，當第一楔形塊308完全位於第二楔形塊311和絲槓螺母206伸出杆的上部時，第一楔形塊308 被壓縮到壓縮塊212的內部，第二楔形塊311嵌入絲槓螺母的伸出杆中，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，驅動後腿303轉動實現跳躍。 在本實例中，電機201反轉，帶動傳動絲槓204反轉，從而使絲槓螺母206返回，此時壓縮塊212中的第一楔形塊308由於受到壓縮塊212內部壓縮塊中的彈簧306的作用恢復起始狀態，絲槓螺母206伸出杆上的絲槓螺母上滾輪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由於受到絲槓螺母206伸出杆上滾輪213的作用被壓縮到壓縮塊212的內部，從而使絲槓螺母206回到壓縮塊212的左端，完成復位。
權利要求1.一種仿蝗蟲彈射機理的跳躍機器人，其特徵在於包括機體、與機體前端連接的前腿和與機體後端連接的後腿機構；其中1)機體包括電機001)，減速器002)，聯軸器003)，傳動絲槓(204)，光槓支撐座 O05)，絲槓螺母O06)，傳動光槓O07)，滾動軸承O08)，支撐杆固定螺釘O09)，雙支撐杆 010)，壓縮塊伸出杆011)，壓縮塊012)，絲槓螺母上滾輪013)和絲槓螺母上端兩撥杆 (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 和聯軸器Q03)與傳動絲槓O04)的一端相連，機體下板(102)的另一端上表面垂直安裝機體後板(101)，傳動絲槓(204)的另一端安裝在機體後板(101)下端的滾動軸承孔O08)中；絲槓螺母Q06)與傳動絲槓(204)構成螺旋副，絲槓螺母(206)下端與安裝在機體下板(10 的傳動光槓(207)中，能沿傳動光槓 (207)滑動，絲槓螺母(206)沿徑向的上端有兩根撥杆014)；機體後板(101)上端安裝有與機體下板(102)平行的、並朝向電機O01)方向的機體上板(100)，位於機體上板(100) 下部的雙支撐杆O10)的一端與機體後板(101)連接，雙支撐杆O10)的另一端與機體前板(104)連接；壓縮塊012)的兩個孔與雙支撐杆O10)構成滑動配合，壓縮塊012)能夠與安裝在機體後板(101)上的彈簧(310)相離合；2)後腿機構包括連接彈簧支架(301)，彈簧組(302)，倒U形後腿(303)，連接杆件 (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)和後腿動力傳動杆(312)；倒U形後腿(303)跨接在機體上板(100)兩側，機體上板(100)兩側面分別安裝連接杆件，兩根連接杆件的一端與機體上板(100)固定，另一端與倒U形後腿(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形後腿(30 的頂部杆之間以彈簧組(301)連接，壓縮塊012)內部開有階梯形方孔，階梯形方孔中安裝第一楔形塊(308)，壓縮塊(212) 兩側面分別安裝伸出杆，每根伸出杆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)安裝在機體後板(101)中部，其上表面與安裝在絲槓上的絲槓螺母(206)上端兩撥杆(214)上表面高度相同，壓縮塊(21 下表面高於第二楔形塊(311)上表面，絲槓螺母(206)上端兩撥杆014)中間的寬度大於第二楔形塊 (311)的寬度並且小於第一楔形塊(308)的寬度，第一楔形塊(308)底端的高度介於第二楔形塊(311)上下表面之間。
2.根據權利要求1所述的一種仿蝗蟲彈射機理的跳躍機器人，其特徵在於所述的壓縮塊012)內部開有階梯形方孔，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.根據權利要求2所述的仿蝗蟲彈射機理的跳躍機器人，其特徵在於所述的第一楔形塊(308)的橫向長度大於絲槓螺母(206)上兩撥杆之間的橫向距離，絲槓螺母(206)上兩撥杆間橫向距離大於第二楔形塊(311)的橫向距離，從而能保證絲槓螺母(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後端連接的後腿機構。機體包括電機，減速器，聯軸器，傳動絲槓，光槓支撐座，絲槓螺母，傳動光槓，滾動軸承，支撐杆固定螺釘，雙支撐杆，壓縮塊伸出杆，壓縮塊，絲槓螺母上滾輪和絲槓螺母上端兩撥杆；後腿機構包括連接彈簧支架，彈簧組，倒U形後腿，連接杆件，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，第二楔形塊和後腿動力傳動杆。通過壓縮塊使壓縮裝置完成自動觸發的功能，並且在壓縮塊與後板之間設有彈簧，實現快速釋放的功能。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，實現該機構的遠程控制。
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 優先權日2011年1月28日
發明者倪虹, 梅德慶, 甄永乾, 陳子辰 申請人:浙江大學