一种内燃机驱动的仿生跳跃机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种内燃机驱动的仿生跳跃机器人，由传动机构、跳跃机构、控制装置、发动机、蜗轮蜗杆箱组成；机器人采用发动机为动力源驱动，辅助拉伸弹簧提高能量利用率；控制装置控制电磁离合器正反转以控制跳跃机构伸展与收缩，舵机控制发动机的速度和功率。跳跃装置采用闭链齿轮五杆机构模仿生物开链的骨架，弹簧安装杆与跳跃辅助架角度可调，实现机构力学变换性能；曲柄长度可调，用以调节跳跃机构伸展加速度，瞬间爆发力和良好的跳跃性能；模仿袋鼠跳跃运动特性跳跃行进，弧形脚掌采用多片叠加方式变为柔性脚，脚掌韧性和缓冲吸振能力大幅提高。仿生跳跃机器人拥有较高的仿生程度和良好的跳跃性能，对地形环境适应能力强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及仿生跳跃机器人领域，具体地说，涉及一种内燃机驱动的仿袋鼠腿式跳跃机器人。
技术介绍
复杂工作环境下的行进机器人均需解决如何提高地形适应能力的问题。轮式及履带式机器人无法越过沟壑及障碍物；步行及爬行机器人不仅运动缓慢越障能力差，而且自由度多控制复杂；跳跃机器人的立足点不必是连续的，可在能够到达的区域内选择最优支撑点，对于有土石障碍、沟壑、地面松软的情况下均能够工作，地形环境适应能力强。在野外探险和军事活动中，跳跃运动的突然性与爆发性有助于躲避危险，在完成危险任务时更加灵活，因此在反恐、抢险救灾诸多领域，跳跃机器人具有很大的潜力。目前，行进机器人多采用电机驱动，但同等重量下电机功率较低，动力不足，且电池供电时间有限，难以直接提供瞬间的爆发力，不适合载人负重行进。液压驱动机器人或液压驱动行进装置输出功率大，能够实现大负载行进；例如美国波士顿公司为军方研制的负重运输机器人“Big Dog”，可承载40Kg负重攀越35deg的斜坡，以5.3km/h的速度行走；“LS3”可搭载180kg重物连续行走32km ;“Wildcat”机器人能够以30km/h在平缓路面飞奔和跳跃，但是液压驱动的缺点在于自身重量大，液压装置复杂，配套装置多，反应时间长，执行速度慢，不适合提供瞬间爆发力。
技术实现思路
为了避免现有技术存在的不足，克服其越障能力差、能量利用率低，难以实现载人负重行进、仿生性能差的问题，本专利技术提出一种内燃机驱动的仿生跳跃机器人，该机器人依靠机构实现力特性变换，仿生程度高，动力充足，地形环境适应能力强。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:包括传动机构、跳跃机构、控制装置、内燃机、蜗轮蜗杆箱、油箱、车前架、车后架、载物板，车前架和车后架分别与蜗轮蜗杆箱固连，内燃机固定在车前架的上面，载物板与车后架固连，油箱安装在载物板上；所述传动机构包括小带轮、同步带、大带轮、蜗杆、蜗轮、蜗轮花键轴、曲柄、齿条、第一齿轮、齿条挡板、调节螺栓，小带轮与内燃机输出轴固连，大带轮与控制装置的电磁离合器高速端连接，电磁离合器低速端与蜗杆固连，大带轮与小带轮通过同步带相连；蜗轮与蜗轮花键轴固连，曲柄连接在蜗轮花键轴上，齿条一端通过调节螺栓与曲柄铰接，曲柄上有多个孔位，调节螺栓与曲柄上不同孔位配合调节曲柄长度，齿条与第一齿轮啮合，第一齿轮与前髋关节轴固连，两齿条挡板分别位于第一齿轮两侧；所述跳跃机构包括前髋关节轴、大腿、前膝关节轴、小腿、踝关节轴、后髋关节轴、跳跃辅助架、后膝关节轴、脚掌、弹簧安装杆、安装杆转轴、弹簧安装轴、弹簧、第二齿轮、齿轮杆，齿轮杆与后髋关节轴铰接，第一齿轮与前髋关节轴连接，两条大腿位于前髋关节轴两端，相对于第二齿轮对称安装，大腿、第一齿轮与第二齿轮同步转动；脚掌采用多片弧形板叠加在脚骨架上，脚骨架固连在跳跃辅助架两侧；小腿一端通过前膝关节轴与大腿铰接，小腿另一端通过踝关节轴与跳跃辅助架铰接；跳跃辅助架与齿轮杆通过后膝关节轴铰接；齿轮杆与第二齿轮啮合，弹簧安装轴连接在弹簧安装杆上，弹簧安装杆与跳跃辅助架通过安装杆转轴铰接，并通过定位销调节与跳跃辅助架的角度；所述控制装置包括舵机、舵机控制仪、控制电路板、电磁离合器，电磁离合器位于车前架的下面，舵机固定在内燃机侧端，舵机控制仪、控制电路板分别安装在载物板上。机架、大腿、小腿、跳跃辅助架、齿轮杆长度比例为1:0.6:1.2:0.5:0.8。有益效果本专利技术提出的一种内燃机驱动的仿生跳跃机器人，采用内燃机驱动，克服了动力不足的问题，输出功率大，满足对载人负重行进装置动力的要求。通过控制电磁离合器控制蜗杆正反转，经过传动装置控制跳跃机构的收缩与伸展；采用闭链齿轮五杆机构模仿生物开链的骨架，实现力特性变换，模仿袋鼠跳跃运动特性跳跃行进，具有较强的瞬间爆发力和良好的跳跃性能，对地形环境适应能力强；通过研究袋鼠跳跃机理模仿袋鼠跳跃特点，优化传动机构、跳跃机构尺寸，并增加缓冲储能装置，较大幅度提高了机器人连续跳跃的能量利用率；优化机器人结构布置，将齿轮五杆大齿轮设计成弧形齿轮减轻质量，并与辅助杆加工成一体结构，缩小空间提高整体强度，整体结构稳定性好；弹簧安装杆与跳跃辅助架角度可调，改变机构力学变换性能；曲柄长度可调，用以调节跳跃机构伸展增加速度，调节跳跃爆发力和速度；蜗轮轴采用渐开线花键轴，改善其较小空间平键连接强度不足的问题，提高了装配对中性；脚掌采用多片弧形板叠加方式变为柔性脚掌，脚掌韧性和缓冲吸振能力大幅提高；机器人充分模仿袋鼠跳跃整体质心不高但越障能力很强的机理，通过优化采用起跳后脚掌迅速后摆的方式，实现脚掌离地距离较高，越障性能很好。内燃机驱动的仿生跳跃机器人用于载人负重运输，具有快速前进能力、良好的机动性能和环境适应能力。【附图说明】下面结合附图和实施方式对本专利技术一种内燃机驱动的仿生跳跃机器人作进一步详细说明。图1为本专利技术内燃机驱动的仿生跳跃机器人轴测图。图2为本专利技术内燃机驱动的仿生跳跃机器人结构示意图。图3为本专利技术跳跃机器人的传动机构与跳跃机构示意图。图4为本专利技术跳跃机器人的传动机构与跳跃机构俯视图。图5为本专利技术跳跃机器人起跳状态示意图。图6为本专利技术跳跃机器人腾空越障状态示意图。图7为本专利技术跳跃机器人着地状态示意图。图中:1.内燃机2.曲柄3.蜗轮蜗杆箱4.齿条5.车后架6.第一齿轮7.大腿8.油箱9.舵机控制仪10.载物板11.齿轮杆12.弹簧13.弹簧安装轴14.弹簧安装杆15.安装杆转轴16.跳跃辅助架17.小腿杆18.脚掌19.电磁离合器20.车前架21.大带轮22.同步带23.小带轮24.第二齿轮25.舵机26.控制电路板27.蜗杆28.蜗轮29.蜗轮花键轴30.前髋关节轴31.前膝关节轴32.后髋关节轴33.踝关节轴34.齿条挡板35.后膝关节轴36.调节螺栓【具体实施方式】本实施例是一种内燃机驱动的仿生跳跃机器人。参阅图1?图4，本实施例跳跃机器人采用闭链齿轮五杆机构模仿生物开链的骨架，实现力特性变换，模仿袋鼠跳跃运动特性优化传动机构、跳跃机构尺寸；跳跃机构的尺寸:机架、大腿、小腿、跳跃辅助架、齿轮杆长度比例为1:0.6:1.2:0.5:0.8。模仿袋鼠跳跃整体质心不高，但越障能力很强的机理，优化采用起跳后脚掌迅速后摆的方式实现脚掌离地距1?很尚，提尚越障性能。跳跃机器人由传动机构、跳跃机构、控制装置、内燃机1、蜗轮蜗杆箱3、油箱8、车前架20、车后架5、载物板10组成；车前架20和车后架5分别与蜗轮蜗杆箱3通过螺栓固定连接，内燃机I为主动力源，内燃机I固定安装在车前架20的上面，载物板10与车后架5固定连接，油箱8安装在载物板10上；车前架20、蜗轮蜗杆箱3、车后架5、载物板10组成机架与其它机构及装置连接形成整体结构。传动机构和跳跃机构连结在车后架5上。传动机构包括小带轮23、同步带22、大带轮21、蜗杆27、蜗轮28、蜗轮花键轴29、曲柄2、齿条4、第一齿轮6、齿条挡板34、调节螺栓36，小带轮23与内燃机I输出轴固定连接，大带轮21与控制装置的电磁离合器19高速端连接，电磁离合器低速端与蜗杆27固连，大带轮21与小带轮23通过同步带22当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内燃机驱动的仿生跳跃机器人，其特征在于:包括传动机构、跳跃机构、控制装置、内燃机、蜗轮蜗杆箱、油箱、车前架、车后架、载物板，车前架和车后架分别与蜗轮蜗杆箱固连，内燃机固定在车前架的上面，载物板与车后架固连，油箱安装在载物板上；所述传动机构包括小带轮、同步带、大带轮、蜗杆、蜗轮、蜗轮花键轴、曲柄、齿条、第一齿轮、齿条挡板、调节螺栓，小带轮与内燃机输出轴固连，大带轮与控制装置的电磁离合器高速端连接，电磁离合器低速端与蜗杆固连,大带轮与小带轮通过同步带相连；蜗轮与蜗轮花键轴固连,曲柄连接在蜗轮花键轴上，齿条一端通过调节螺栓与曲柄铰接，曲柄上有多个孔位，调节螺栓与曲柄上不同孔位配合调节曲柄长度，齿条与第一齿轮啮合，第一齿轮与前髋关节轴固连，两齿条挡板分别位于第一齿轮两侧；所述跳跃机构包括前髋关节轴、大腿、前膝关节轴、小腿、踝关节轴、后髋关节轴、跳跃辅助架、后膝关节轴、脚掌、弹簧安装杆、安装杆转轴、弹簧安装轴、弹簧、第二齿轮、齿轮杆，齿轮杆与后髋关节轴铰接，第一齿轮与前髋关节轴连接，两条大腿位于前髋关节轴两端，相对于第二齿轮对称安装，大腿、第一齿轮与第二齿轮同步转动；脚掌采用多片弧形板叠加在脚骨架上，脚骨架固连在跳跃辅助架两侧；小腿一端通过前膝关节轴与大腿铰接，小腿另一端通过踝关节轴与跳跃辅助架铰接；跳跃辅助架与齿轮杆通过后膝关节轴铰接；齿轮杆与第二齿轮啮合，弹簧安装轴连接在弹簧安装杆上，弹簧安装杆与跳跃辅助架通过安装杆转轴铰接，并通过定位销调节与跳跃辅助架的角度；所述控制装置包括舵机、舵机控制仪、控制电路板、电磁离合器，电磁离合器位于车前架的下面,舵机固定在内燃机侧端，舵机控制仪、控制电路板分别安装在载物板上。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：葛文杰，兰洪财，张文磊，张亚青，青威，徐磊，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61