一种具有腿部联动与缓冲特性的仿蝗虫弹跳机器人制造技术

本发明专利技术涉及一种具有腿部联动与缓冲特性的仿蝗虫弹跳机器人，包括机架机构，机架机构上设置有齿轮传动机构及与齿轮传动机构连接的后腿弹跳连杆机构、前中腿缓冲连杆机构、分段不完全齿轮传力机构和凸轮传力机构；本发明专利技术通过分段不完全齿轮机构与凸轮机构相结合，能够实现后腿与前中腿之间联动，即通过齿轮传动机构同时带动前中腿与后腿联动运动，而且根据运动需要前腿使用分段不完全齿轮传力机构控制，后腿使用凸轮传力机构控制。

A locust jumping robot with leg linkage and buffering characteristics

The present invention relates to a linkage with the leg cushion properties of locust like hopping robot, which comprises a frame body, a gear transmission mechanism and is connected with the gear transmission mechanism of its hind legs and connecting rod mechanism, a frame mechanism arranged on the segmented leg in front buffer connecting rod mechanism, incomplete gear transmission mechanism and a cam transmission mechanism of the invention; through the combination of piecewise imperfect gear mechanism and a cam mechanism, to achieve the linkage between leg and leg in front, namely through the gear drive mechanism driving the leg in front and back linkage, and according to the requirements of the sports front using segmented incomplete gear transmission mechanism, cam mechanism of force transfer control using hind legs.

【技术实现步骤摘要】
一种具有腿部联动与缓冲特性的仿蝗虫弹跳机器人
本专利技术涉及仿生机器人
，属于机器人
，更具体地说，本专利技术涉及一种具有腿部联动与缓冲特性的仿蝗虫弹跳机器人。
技术介绍
仿生学是研究自然界的生物系统，从现代技术材料和机械工程应用中提取设计。昆虫在自然界中拥有最大的种群和各种各样的生物性质。它们通过恶劣复杂环境(如沙漠、水表面、岩石和粗糙地形，甚至垂直或混乱表面)的能力众所周知，其无与伦比的能力不断吸引工程师和科学家的兴趣，为许多在空气、水、和地面上等不同地表类型的仿生机器人的设计提供了灵感。通常情况下有四种地面运动形式的机器人：轮式机器人、多足机器人、步行机器人和跳跃机器人。前两种类型已经得到很好的发展。然而，小型机器人往往比大型机器人更容易遇到障碍，在崎岖地形上移动也面临着困难。例如，小型轮式机器人在平坦表面运行速度快，但在粗糙地面上只能克服大于车轮直径两倍的障碍物。步行机器人在粗糙的表面可以调整他们的脚步，但通常他们在裂隙或大障碍面前面临着大步移动的困难。因此，跳跃为小型机器人在粗糙的地形运动，提供了合理的解决方案。许多昆虫拥有非常强大的后腿跳跃肌肉，尤其蝗虫不断吸引着研究人员的兴趣，使生物研究以及仿昆虫跳跃机器人产生很大进展。蝗虫跳跃能力极强，可以跳过是自身体长10倍的障碍，是间歇跳跃动物的代表，腿部结构简单，身体长度大小适中，容易观察质心、身体姿态的变化，适合作为跳跃仿生的代表。在专利号CN101058036A的专利中，公开了一种仿蝗虫跳跃机器人，该跳跃机器人使用绳索作为传动零件，后腿有连杆机构组成，通过绳索拉动连杆机构同时实现弹簧压缩蓄能，用微型舵机带动钩子锁定连杆机构。电机反转松开绳索传动机构，再通过舵机松开钩子实现能量释放。该机器人需要电机和微型舵机的协同控制下才能实现跳跃运动，增加了控制的难度和精度，使用绳索拉动杆机构储能后能量不能很好的释放，还需电机反转运动松开绳索，运动过程缓慢，导致跳跃爆发力不足，大大增加控制部分的难度。前腿支撑结构过于简单不能实现和后腿的联动以及减震作用。在专利号CN102092431A的专利中，公开了一种仿蝗虫弹射机理的跳跃机器人，该机器人包括机体、与机体前端连接的前腿和与机体后端连接的后腿机构，通过压缩块使压缩装置能够完成自动触发的功能，并在压缩块与后板之间设有弹簧，实现快速释放的功能，但该机器人的跳跃性能有待于进一步提高，并且结构过于复杂，和真正的蝗虫腿部结构差距很大仿生性能不强，腿部缓冲和腿部联动作用需要进一步提升。在专利号CN103963864A的专利中，公开了一种仿生昆虫跳跃机器人，该机器人将气缸固定在后脚掌上，与气缸连接的活塞杆固定在后腿支撑杆上，增加了跳跃驱动力，显著提高了能量效率，机体内平衡滑块的位置可以动态调节机器人的质心位置。该机器人采用气缸活塞导致机器人的质量相对较大，采用平衡滑块调节质心安装精度低而且不易控制，落地缓冲性能有待进一步提升，并且没有腿部联动与缓冲功能。综上所述，针对不同专利的一些技术问题，需要设计结构相对简单的新型跳跃机器人，机构的设计要突出爆发力强的特点；腿部机构的设计要具有蝗虫的腿部运动特性，并且可以实现前后腿之间的联动，进一步突出仿生性强、前腿缓冲保护、后腿机构简单有效的特点。
技术实现思路
基于以上技术问题，本专利技术提供了一种具有腿部联动与缓冲特性的仿蝗虫弹跳机器人，从而解决了现有技术中机器人腿部仿生性能不强、机构过于复杂、腿部没有联动特性的技术问题。为解决以上技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种具有腿部联动与缓冲特性的仿蝗虫弹跳机器人，包括机架机构，机架机构上设置有齿轮传动机构及与齿轮传动机构连接的后腿弹跳连杆机构、前中腿缓冲连杆机构、分段不完全齿轮传力机构和凸轮传力机构；其中，所述齿轮传动机构包括位于同一平面且平行设置的第一减速轴、后腿第二减速轴、前腿第二减速轴和前腿第三减速轴，前腿第三减速轴同轴设置有前腿第三减速大齿轮，前腿第二减速轴并排同轴设置有前腿第二减速大齿轮和前腿第三高速小齿轮，后腿第二减速轴同轴设置有后腿第二减速大齿轮，第一减速轴并排同轴设置有第一减速大齿轮和第二高速小齿轮，所述前腿第三减速大齿轮和前腿第三高速小齿轮啮合、第二高速小齿轮分别与前腿第二减速大齿轮和后腿第二减速大齿轮啮合构成齿轮传动组，所述第一减速大齿轮还啮合有第一高速小齿轮，第一高速小齿轮连接有驱动电机；所述凸轮传力机构包括凸轮、凸轮轮廓推杆及推杆连轴，所述凸轮设置在后腿第二减速轴上，所述凸轮轮廓推杆安装在推杆连轴上，推杆连轴可转动的安装在机架机构上，所述凸轮轮廓推杆与凸轮曲线轮廓相切接触；所述分段不完全齿轮传力机构包括啮合的分段不完全齿轮和第四减速大齿轮，分段不完全齿轮同轴安装在前腿第三减速轴上，第四减速大齿轮同轴设置有前腿第四减速轴，前腿第四减速轴可转动的安装在机架机构上；所述前腿第四减速轴与前中腿缓冲连杆机构连接，所述推杆连轴与后腿弹跳连杆机构连接。优选的，所述前中腿缓冲连杆机构包括第一前中腿模块和第二前中腿模块，第一前中腿模块和第二前中腿模块对称设置在机架机构前端两侧且结构相同；所述第一前中腿模块或第二前中腿模块包括第一前腿部分和第一中腿部分，第一前腿部分和第一中腿部分相互平行设置且结构相同；所述第一前腿部分和第一中腿部分均包括两个对称设置的前中腿部组件，第一前腿部分的两个前中腿部组件通过二者之间的前腿连接杆连接并同步转动，第一中腿部分的两个前中腿部组件分别连接在所述前腿第四减速轴两端，所述前腿连接杆可转动的设置在机架机构上；所述前中腿部组件包括第一中腿可滑动连杆，第一中腿可滑动连杆两端粗细不一形成粗端和细端，细端上套设第一中腿缓冲弹簧后插接有可滑动的第一中腿缓冲滑块，第一中腿缓冲滑块端面垂直连接有第一中腿滑块连接杆，所述第一中腿可滑动连杆粗端还通过第三销钉可转动的连接有第一摆动中腿连杆，所述第一中腿滑块连接杆可转动的连接在机架机构上，所述第一摆动中腿连杆与所述前腿连接杆或前腿第四减速轴可转动的连接；所述第一前腿部分和第一中腿部分同侧的前中腿部组件之间还设置有第一前中腿连接杆，第一前中腿连接杆两端均通过连接件可转动的连接在第一前腿部分和第一中腿部分的第一中腿可滑动连杆粗端。优选的，所述后腿弹跳连杆机构包括胫骨腿连接杆及转动连接在胫骨腿连接杆两端的第一胫骨腿和第二胫骨腿，所述胫骨腿连接杆与第一胫骨腿和第二胫骨腿的连接处还分别转动连接有第一股骨上腿和第二股骨上腿，第一股骨上腿和第二股骨上腿的端部之间铰接有股骨上腿连接杆，股骨上腿连接杆可转动的设置在机架机构上；所述第一胫骨腿和第二胫骨腿还分别可转动的连接有第一股骨下腿和第二股骨下腿，第一股骨下腿和第二股骨下腿端部之间与所述推杆连轴固定连接，所述胫骨腿连接杆与推杆连轴之间还设置有第一后腿蓄力弹簧和第二后腿蓄力弹簧。优选的，设第一股骨下腿、第一股骨上腿与机架机构连接点的水平间距为A；设第二股骨上腿、第二股骨下腿与机架机构连接点的水平间距为B；设第一股骨下腿、第一股骨上腿与第一胫骨腿连接点的间距为C；设第二股骨下腿、第二股骨上腿与第二胫骨腿连接点的间距为D；则，所述水平间距A、第一股骨下腿、间距C及第一股骨上腿的长度比为10:30:6:26；所述水平间距B、第二股骨下腿本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有腿部联动与缓冲特性的仿蝗虫弹跳机器人，包括机架机构，其特征在于，机架机构上设置有齿轮传动机构及与齿轮传动机构连接的后腿弹跳连杆机构、前中腿缓冲连杆机构、分段不完全齿轮传力机构和凸轮传力机构；其中，所述齿轮传动机构包括位于同一平面且平行设置的第一减速轴(37)、后腿第二减速轴(27)、前腿第二减速轴(26)和前腿第三减速轴(25)，前腿第三减速轴(25)同轴设置有前腿第三减速大齿轮(3)，前腿第二减速轴(26)并排同轴设置有前腿第二减速大齿轮(4)和前腿第三高速小齿轮(5)，后腿第二减速轴(27)同轴设置有后腿第二减速大齿轮(8)，第一减速轴(37)并排同轴设置有第一减速大齿轮(6)和第二高速小齿轮(7)，所述前腿第三减速大齿轮(3)和前腿第三高速小齿轮(5)啮合、第二高速小齿轮(7)分别与前腿第二减速大齿轮(4)和后腿第二减速大齿轮(8)啮合构成齿轮传动组，所述第一减速大齿轮(6)还啮合有第一高速小齿轮(33)，第一高速小齿轮(33)连接有驱动电机(34)；所述凸轮传力机构包括凸轮(16)、凸轮轮廓推杆(28)及推杆连轴(9)，所述凸轮(16)设置在后腿第二减速轴(27)上，所述凸轮轮廓推杆(28)设置在推杆连轴(9)上，推杆连轴(9)可转动的设置在机架机构上，所述凸轮轮廓推杆(28)与凸轮(16)曲线轮廓相切接触；所述分段不完全齿轮传力机构包括啮合的分段不完全齿轮(23)和前腿第四减速大齿轮(22)，分段不完全齿轮(23)同轴安装在前腿第三减速轴(25)上，前腿第四减速大齿轮(22)同轴安装有前腿第四减速轴(35)，前腿第四减速轴(35)可转动的安装在机架机构上；所述前腿第四减速轴(35)与前中腿缓冲连杆机构连接，所述推杆连轴(9)与后腿弹跳连杆机构连接。...

【技术特征摘要】
1.一种具有腿部联动与缓冲特性的仿蝗虫弹跳机器人，包括机架机构，其特征在于，机架机构上设置有齿轮传动机构及与齿轮传动机构连接的后腿弹跳连杆机构、前中腿缓冲连杆机构、分段不完全齿轮传力机构和凸轮传力机构；其中，所述齿轮传动机构包括位于同一平面且平行设置的第一减速轴(37)、后腿第二减速轴(27)、前腿第二减速轴(26)和前腿第三减速轴(25)，前腿第三减速轴(25)同轴设置有前腿第三减速大齿轮(3)，前腿第二减速轴(26)并排同轴设置有前腿第二减速大齿轮(4)和前腿第三高速小齿轮(5)，后腿第二减速轴(27)同轴设置有后腿第二减速大齿轮(8)，第一减速轴(37)并排同轴设置有第一减速大齿轮(6)和第二高速小齿轮(7)，所述前腿第三减速大齿轮(3)和前腿第三高速小齿轮(5)啮合、第二高速小齿轮(7)分别与前腿第二减速大齿轮(4)和后腿第二减速大齿轮(8)啮合构成齿轮传动组，所述第一减速大齿轮(6)还啮合有第一高速小齿轮(33)，第一高速小齿轮(33)连接有驱动电机(34)；所述凸轮传力机构包括凸轮(16)、凸轮轮廓推杆(28)及推杆连轴(9)，所述凸轮(16)设置在后腿第二减速轴(27)上，所述凸轮轮廓推杆(28)设置在推杆连轴(9)上，推杆连轴(9)可转动的设置在机架机构上，所述凸轮轮廓推杆(28)与凸轮(16)曲线轮廓相切接触；所述分段不完全齿轮传力机构包括啮合的分段不完全齿轮(23)和前腿第四减速大齿轮(22)，分段不完全齿轮(23)同轴安装在前腿第三减速轴(25)上，前腿第四减速大齿轮(22)同轴安装有前腿第四减速轴(35)，前腿第四减速轴(35)可转动的安装在机架机构上；所述前腿第四减速轴(35)与前中腿缓冲连杆机构连接，所述推杆连轴(9)与后腿弹跳连杆机构连接。2.根据权利要求1所述的一种具有腿部联动与缓冲特性的仿蝗虫弹跳机器人，其特征在于，所述前中腿缓冲连杆机构包括第一前中腿模块和第二前中腿模块，第一前中腿模块和第二前中腿模块对称设置在机架机构前端两侧且结构相同；所述第一前中腿模块或第二前中腿模块包括第一前腿部分和第一中腿部分，第一前腿部分和第一中腿部分相互平行设置且结构相同；所述第一前腿部分和第一中腿部分均包括两个对称设置的前中腿部组件，第一前腿部分的两个前中腿部组件通过二者之间的前腿连接杆(24)连接并同步转动，第一中腿部分的两个前中腿部组件分别连接在所述前腿第四减速轴(35)两端，所述前腿连接杆(24)可转动的设置在机架机构上；所述前中腿部组件包括第一中腿可滑动连杆(20)，第一中腿可滑动连杆(20)两端粗细不一形成粗端和细端，细端上套设第一中腿缓冲弹簧(19)后插接有可滑动的第一中腿缓冲滑块(17)，第一中腿缓冲滑块(17)端面垂直连接有第一中腿滑块连接杆(43)，所述第一中腿可滑动连杆(20)的粗端还通过第三销钉(32)可转动的连接有第一摆动中腿连杆(18)，所述第一中腿滑块连接杆(43)可转动的连接在机架机构上，所述第一摆动中腿连杆(18)与所述前腿连接杆(24)或前腿第四减速轴(35)可转动的连接；所述第一前腿部分和第一中腿部分同侧的前中腿部组件之间还设置有第一前中腿连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏敦文，郑书勤，彭倍，高涛，曾志，于慧君，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51