一种月面车轮脱困仿生腿式机构属工程仿生技术领域，本发明专利技术以跳鼠后肢为仿生要素，设计在月面环境能脱困的仿生弹跳腿式机构；本发明专利技术为车轮、仿生大腿、小腿和足组成的仿生机构。当无困境时，仿生机构以车轮形式在月面滚动行驶；当车轮陷入卡滞时，腿结构释放存储的弹性势能，足端冲击月面蹬地，在低重力条件下蹬离地面，完成脱困；腿式机构各部分长度模仿跳鼠解剖骨骼比例，小腿与足端部由弹性绳连接，足绕铰接点旋转，进行弹性势能的储存与释放。小腿与大腿，大腿与车轮，通过螺栓固接；踝关节的棘轮与足十字轴连接，电机控制棘爪实现储存和释放弹性势能；小腿分为两部分，中间可滑动，内部空腔中有受压弹簧，可在一定程度上调节跳跃行为。行为。行为。
【技术实现步骤摘要】
一种月面车轮脱困仿生腿式机构
[0001]本专利技术属于工程仿生技术在深空探测中的应用领域，具体涉及一种具有帮助月球车轮进行陷卡脱困功能的仿生弹跳腿式机构。
技术介绍
[0002]月球表面含有大量的资源，如核聚变材料——氦3、稀土元素和钛铁矿等。随着全球能源战略逐渐将目光投向月球探索，开发载人月面移动车辆和月球移动试验基地成为重中之重。随着未来无人月球科研基地的建立，以轮式为主体兼顾高通过性与脱困功能的无人月面探测移动平台将是复杂月面探测的主要设备之一。轮式机构除了会在松软月壤上发生沉陷和滑转外，在壤、石共存的月球山脉地形探测时容易被大块月岩卡住，致使月面移动平台陷入卡滞困境。为了研制一种以高通过性为主且在月面具有陷卡脱困功能的轮腿机构，基于跳鼠下肢肢节比例以及跳跃运动的高性能跳跃机制，采用工程仿生技术，研制了在低重力壤石共存月面环境具有陷卡脱困功能且可与车轮结合形成轮腿复合机构的仿生轮腿机构。
[0003]研究表明，跳鼠的跳跃能力极其优越，在沙土石块以及障碍分布十分广泛的复杂环境中依然能够保持很好的通过性，这得利于跳鼠跳跃的距离跨度长，高度跨度大。跳鼠善于在沙漠环境中齐足跳跃，由于跳鼠具有独特的肢节比例——跖骨相对更长长，小腿骨长，使得跳鼠在跳跃过程中能够获得优秀的跳跃线速度同等角速度长度越长线速度越大，除此之外，也使得跳鼠在落地时可以伸出腿足达到更遥远的足端落地位置，因此跳鼠具有速度快、跨度远、高度大和机动性强等运动特点。这里应该重点提到本文设计依据的重点部分：肢节比例及运动特点，这两个方面对于跳鼠高效跳跃的贡献基于跳鼠独特的生物结构和运动学特征，设计了一种应用于月面环境具有陷卡脱困功能的仿生腿式机构，为复杂极端月面高性能探测移动平台/机器人的总体设计与研究奠定了基础。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是在于提高月面移动设备的通过性和环境适应性，解决月面移动设备在遇到卡滞、障碍等不利困境时通过性无法保证的难题，以自然界具有优秀运动性能的动物为仿生原型，利用工程仿生学原理，设计了一种仿生腿式跳跃脱困机构。
[0005]本专利技术的一种月面车轮脱困仿生腿式机构，由车轮A、仿生腿结构B、致动机构C和弹力绳1组成，其中仿生腿结构B由仿生大腿组件B1、仿生小腿组件B2和仿生足组件B3组成，仿生大腿组件B1由带孔框5、竖杆6、轴套7和连接板8组成，竖杆6上端与带孔框5下面固接，竖杆6下端与轴套7上面固接，轴套7右端与连接板8固接。
[0006]仿生小腿组件B2由固定组件9、弹簧Ⅰ10、限位滑套组件11、滑动组件12、铰轴13和盖板对14组成，固定组件9为空心杆件，其上端设有吊耳对15、近上端后面设有吊耳16、下端设有螺栓孔对Ⅰ17；弹簧Ⅰ10置于固定组件9的空心部位；限位滑套组件11由前后半滑套19组成，前后半滑套19上端设有螺栓孔对Ⅱ18，前后半滑套19下端设有螺栓孔对20；前后半滑套
19中心为方形孔；前后半滑套19由下端的螺栓孔对20经螺栓连接为一体；滑动组件12由限位片21、方形杆22、轴套23、带孔斜杆24和下杆25组成，方形杆22上端固接限位片21，方形杆22下端固接于轴套23上面，下杆25上端固接于轴套23下面，带孔斜杆24后端固接于轴套23前下面；铰轴13右部为光轴26，铰轴13左部为十字形轴27；盖板对14的两个盖板固接于铰轴13左右两端；滑动组件12的限位片21位于固定组件9的中心孔、弹簧Ⅰ10下端；限位滑套组件11的前后半滑套19的方形孔与滑动组件12的方形杆22滑动连接；前后半滑套19上端螺栓孔对Ⅱ18与固定组件9下端螺栓孔对Ⅰ17经螺栓固接；仿生小腿组件B2中固定组件9的吊耳对15从下往上插入仿生大腿组件B1的带孔框5的框槽中，并经螺栓固接。
[0007]仿生足组件B3由盖板28、蹬地踏板29、弹簧Ⅱ30、轴31、倒V形杆32组成，其中蹬地踏板29由底板33和带孔板对34组成，带孔板对34固接于底板33上面；倒V形杆32上设有前孔35、中孔36和后孔37，中孔36为十字形孔；轴31从左至右穿过蹬地踏板29的带孔板对34的孔、倒V形杆32的前孔35；螺栓从左至右穿过轴31的中心孔和右端盖板28的中心孔，并用螺母固接；弹簧Ⅱ30位于轴31的中部，即带孔板对34之间。
[0008]致动机构C由电动机38、齿带轮Ⅰ39、轴套40、棘爪41、棘轮42、左盖板43、键轴44、齿带轮Ⅱ45、齿带46和右盖板47组成，棘爪41下部设有键槽孔48；棘轮42的外圈设有棘齿组49的棘齿，棘轮42的中心设有十字孔50；齿带轮Ⅰ39和电动机38左右排列，电动机38的输出轴与齿带轮Ⅰ39固接；齿带轮Ⅱ45和齿带轮Ⅰ39前后排列，由齿带46连接；棘爪41和齿带轮Ⅱ45左右排列，经键轴44固接，左盖板43和右盖板47经螺栓固接于键轴44的左右两端。
[0009]仿生腿结构B位于车轮A左侧，致动机构C位于车轮A下部左侧；仿生腿结构B中仿生大腿组件B1的连接板8，与车轮A的轮圈3螺栓连接；致动机构C中，电动机38左端固接于仿生小腿组件B2中滑动组件12的下杆25的右面；致动机构C的键轴44从左往右插入仿生小腿组件B2中滑动组件12的带孔斜杆24的前下部孔中，使棘爪41和齿轮带Ⅱ45与带孔斜杆24形成铰接；棘轮42通过十字孔50套入铰轴13的十字轴27上，在倒V形杆32的右侧，轴套40套入光轴部分，在棘轮42的右侧，与轴套23的左侧，用以限定棘轮的左右位置；棘轮42与倒V形杆32一同铰接在小腿组件轴套23，且棘轮42与倒V形杆32均固接在十字轴27上；棘爪41与棘轮42的相对位置由带孔斜杆的孔位置决定，棘爪42尖端与棘轮棘齿组49齿槽啮合；仿生小腿组件B2中铰轴13自左至右顺序穿过仿生足组件B3中倒V形杆32的中孔36、致动机构C中棘轮42的十字孔50、致动机构C的轴套40和仿生小腿组件B2中滑动组件12的轴套23，其中铰轴13的十字轴27与倒V形杆32的中孔36、棘轮42的十字孔50过盈连接；铰轴13的光轴26与致动机构C的轴套40、滑动组件12的轴套23活动连接；弹性绳1的上端与仿生小腿组件B2的后吊耳16的孔连接，弹性绳1的下端与倒V形杆后孔37连接。
[0010]本专利技术的工作原理如下：
[0011]仿生腿结构B的蹬地起跳过程机理简述如下所示：当顺时针旋转仿生足组件B3时，倒V形杆件32的前端连接着弹性绳1，由于弹性绳1另一端连在仿生小腿组件B2上端固定组件9的后吊耳16结构上，因此旋转动作将带动弹性绳1随着倒V形杆件32的旋转而被拉伸。在致动机构C中，棘爪41棘轮42由于其单向可动性，与棘轮42固连的倒V形杆件32无法在被拉伸的弹性绳1元件作用下自行逆时针回程转动，此时能量被储存为弹性势能。当车轮A转动遇到困境，陷入卡滞时。由前齿带轮45、后齿带轮39、齿带46，构成的传动结构，转递电动机38转矩，带动前齿带轮45转动，棘爪41跟随转动，松开棘轮42。当棘爪41松开时，棘轮42失去
棘爪41约束下的单向可动性，于是释放出储存的能量，弹性绳1拉动倒V形杆件32的后端，使本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种月面车轮脱困仿生腿式机构，其特征在于：由车轮(A)、仿生腿结构(B)、致动机构(C)和弹力绳(1)组成，其中仿生腿结构(B)由仿生大腿组件(B1)、仿生小腿组件(B2)和仿生足组件(B3)组成，仿生大腿组件(B1)由带孔框(5)、竖杆(6)、轴套(7)和连接板(8)组成，竖杆(6)上端与带孔框(5)下面固接，竖杆(6)下端与轴套(7)上面固接，轴套(7)右端与连接板(8)固接；仿生小腿组件(B2)由固定组件(9)、弹簧Ⅰ(10)、限位滑套组件(11)、滑动组件(12)、铰轴(13)和盖板对(14)组成，固定组件(9)为空心杆件，其上端设有吊耳对(15)、近上端后面设有吊耳(16)、下端设有螺栓孔对Ⅰ(17)；弹簧Ⅰ(10)置于固定组件(9)的空心部位；限位滑套组件(11)由前后半滑套(19)组成，前后半滑套(19)上端设有螺栓孔对Ⅱ(18)，前后半滑套(19)下端设有螺栓孔对(20)；前后半滑套(19)中心为方形孔；前后半滑套(19)由下端的螺栓孔对(20)经螺栓连接为一体；滑动组件(12)由限位片(21)、方形杆(22)、轴套(23)、带孔斜杆(24)和下杆(25)组成，方形杆(22)上端固接限位片(21)，方形杆(22)下端固接于轴套(23)上面，下杆(25)上端固接于轴套(23)下面，带孔斜杆(24)后端固接于轴套(23)前下面；铰轴(13)右部为光轴(26)，铰轴(13)左部为十字形轴(27)；盖板对(14)的两个盖板固接于铰轴(13)左右两端；滑动组件(12)的限位片(21)位于固定组件(9)的中心孔、弹簧Ⅰ(10)下端；限位滑套组件(11)的前后半滑套(19)的方形孔与滑动组件(12)的方形杆(22)滑动连接；前后半滑套(19)上端螺栓孔对Ⅱ(18)与固定组件(9)下端螺栓孔对Ⅰ(17)经螺栓固接；仿生小腿组件(B2)中固定组件(9)的吊耳对(15)从下往上插入仿生大腿组件(B1)的带孔框(5)的框槽中，并经螺栓固接；仿生足组件(B3)由盖板(28)、蹬地踏板(29)、弹簧Ⅱ(30)、轴(31)、倒V形杆(32)组成，其中蹬地踏板(29)由底板(33)和带孔板对(34)组成，带孔板对(34)固接于底板(33)上面；倒V形杆(32)上设有前孔(35)、中孔(36)和后孔(37)，中孔(36)为十字形孔；轴(31)从左至右穿过蹬地踏板(29)的带孔板对(34)的孔、倒V形杆(32)的前孔(35)；螺栓从左至右穿过轴(31)的中心孔和...
【专利技术属性】
技术研发人员：张锐，唐加琪，庞浩，张华，马嘉，胡震宇，邹猛，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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