CN102085886B - 折叠式弹跳机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种折叠式弹跳机器人，包括机架以及设置在机架上的弹跳滚动复用机构、起跳角度调节机构、驱动机构、传感单元、通信控制单元和电源模块，所述的弹跳滚动复用机构包括拉簧、右轮、左轮、同步齿轮、右腿、左腿和同步齿轮安装件；所述的驱动机构包括滚动驱动机构以及弹跳驱动机构，所述的滚动驱动机构与所述的右轮和左轮连接，所述的弹跳驱动机构驱动右腿，并通过同步齿轮使左腿和右腿打开或者折叠。本发明将弹跳和滚动相结合。弹跳和滚动运动形式的结合使得机器人能够适应更为复杂的地形环境；在平坦路面采用滚动运动形式能有效节省机器人自身有限的电量。从而解决了当前弹跳机器人运动形式单一以及耗电量大的问题。

Description

折叠式弹跳机器人

技术领域

本发明涉及弹跳机器人和无线传感器网络技术领域。 

背景技术

移动机器人的发展所要解决的一个突出问题是地形适应能力的提升。轮式机器人和履带式机器人在遇到较自身尺寸大的障碍物或沟壑时往往不能顺利通过。步行和爬行机器人自由度多、控制复杂且运动缓慢，遇到较大障碍物或沟壑时同样无能为力。而弹跳式机器人具有运动范围大、越障能力强和躲避危险快等特点，能够增强机器人的环境适应能力，克服地面崎岖和障碍物阻挡带来的困难。目前的弹跳式机器人还存在弹跳高度低，起跳方向和角度不能调整和运动形式单一等问题。本发明设计了特殊形状的凸轮，获得了一种储存弹性势能，并能瞬间释放的弹跳机构；本发明设计了起跳角度调节机构能够根据实际地形调整起跳角度；本发明将弹跳机构和滚动机构相结合，大大提高了移动机器人的环境适应能力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有弹跳式机器人的不足，设计一种弹跳和滚动运动形式相结合的新式折叠式机器人。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种折叠式弹跳机器人，包括机架以及设置在机架上的弹跳滚动复用机构、起跳角度调节机构、驱动机构、传感单元、通信控制单元和电源模块，所述的弹跳滚动复用机构包括拉簧、右轮、左轮、同步齿轮、右腿、左腿和同步齿轮安装件，所述的拉簧的两端分别挂在左腿和右腿上，在左腿和右腿的下部末端分别安装所述的左轮和右轮，所述的左腿和右腿的上部末端与所述的同步齿轮固定连接；所述的驱动机构包括滚动驱动机构以及弹跳驱动机构，所述的滚动驱动机构与所述的右轮和左轮连接，所述的弹跳驱动机构驱动右腿，并通过同步齿轮使左腿和右腿打开或者折叠。

有益效果  （1）本发明的弹跳与滚动采用同一机构实现，并采用新颖的折叠方式实现弹跳。

（2）本发明设计的凸轮轮廓线以及减速齿轮组减速比能获得较高的弹跳高度。通过减速齿轮组使电机减速获得大扭矩，带动凸轮作用于弹性装置，实现拉簧的拉伸储能和瞬间释放，从而实现弹跳。

（3）本发明将弹跳和滚动相结合。弹跳和滚动运动形式的结合使得机器人能够适应更为复杂的地形环境；在平坦路面采用滚动运动形式能有效节省机器人自身有限的电量。从而解决了当前弹跳机器人运动形式单一以及耗电量大的问题。

（4）本发明的起跳角度调节机构使得机器人可以自主调节起跳角度，从而调节弹跳高度和弹跳距离。

（5）本发明所用的拉簧条数和刚度可以灵活选择。通过分析机器人将要面临的环境，选取最适合路况的拉簧条数和刚度，从而最大限度的节省电量。

附图说明

图1是本发明实施例的机器人系统结构框图。

图2是本发明实施例的机器人弹跳滚动复用机构装配图。

图3是本发明实施例的机器人起跳角度调节机构装配图。

图4是本发明实施例的机器人起跳角度调节机构作用机理图。

图5是本发明实施例的机器人弹跳驱动机构装配图。

图6是本发明实施例的机器人滚动驱动机构装配图。

图7是图2的俯视图。

图8是图7中凸轮与轴承连接示意图。

图9是本发明实施例的机器人空中弹跳姿态示意图。

图10是本发明的系统总体框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的工作原理和工作过程作进一步详细说明。

参照图1，该折叠式弹跳机器人由机架（图2中1所示）、弹跳滚动复用机构、起跳角度调节机构、驱动机构、传感单元、通信控制单元和电源模块组成，其特征是：机架用来固定各机械结构；弹跳滚动复用机构（图2）完成机器人弹跳和滚动功能；起跳角度调节机构（图3）完成起跳角度调节功能；驱动机构分为弹跳驱动机构（图5）和滚动驱动机构（图6）两部分，为机器人的弹跳、滚动以及起跳角度调节提供驱动力；传感器单元用于收集环境信息，并发送该环境信息给通信控制单元；通信控制单元用于接收来自传感单元发送的环境信息和上位机发出的控制命令，控制机器人动作；电源模块为机器人各单元提供所需电源。该机器人采用弹跳和滚动运动形式可以克服路面不平整、障碍物和沟壑阻挡等不利因素，采用无线传感器网络通信技术进行远程监测控制，为实现复杂环境的进入和环境信息监测提供了有力的保障。

参照图2，所述机架由前后端面1组成，构成其他装置的机械安装位置。为了充分利用机器人内部有限的空间，本设计用控制电路板代替前后端面。

参照图2，所述弹跳滚动复用机构由拉簧2-1、右轮2-2、左轮2-3、同步齿轮2-4、右腿2-5、左腿2-6和同步齿轮安装件组成。拉簧的两端分别挂在左腿和右腿底部末端，可以根据地形的复杂程度灵活选择所用拉簧的条数和拉簧的刚度系数；左腿和右腿的末端分别安装左轮和右轮，用于平整路面的轮动；同步齿轮分别固定在左腿和右腿的上部末端，齿轮的啮合保证弹跳过程中左腿和右腿有相同的步态，从而保证了弹跳的高度和方位。

参照图3，起跳角度调节机构由舵机3-1、舵机支撑3-2和尾巴3-3组成。舵机带动尾巴（长度可以调整）转动一定的角度，从而调节了机器人的弹跳角度。图4可以明显的看出起跳角度调节机构起到的作用。

参照图5和图6,驱动机构分为弹跳驱动机构（图5）和滚动驱动机构（图6）两部分。弹跳驱动机构由电机4-6、电机支撑4-7、减速齿轮组4-8和凸轮4-5、轴承4-3以及轴承支承4-4组成，其中轴承支承4-4固定在左腿2-6和右腿2-5上，轴承4-3与凸轮4-5接触，如图7和图8所示。电机通过减速齿轮组带动凸轮转动，从而储存弹性势能，又通过凸轮固有的特性将弹性势能瞬间释放实现弹跳，其中减速齿轮组能起到放大电机扭矩的作用。滚动驱动机构由两侧的电机4-1、电机4-2和减速齿轮4-9组成。其中减速齿轮能起到减少车轮落地时对电机的冲击力的作用，从而保护电机。

本发明的弹跳机器人在远程PC的控制下完成滚动、起跳角度调节和弹跳运动。具体过程如下：参照图10，协调器1和弹跳机器人2组成无线传感器网络，PC与协调器用串口连接，PC上的应用程序启动协调器并通过无线传感器网络将控制指令发送到机器人，机器人接收到控制指令后执行相应的动作并返回所需的环境信息。在平整的地形环境中，机器人以图2所示的姿态可以完成前进、左转、右转和原地转向动作。左右轮同时向前转动可以实现前进动作；左轮不动，右轮向前转动实现左转动作；右轮不动，左轮向前转动实现右转动作；左右轮同时以相反的方向转动实现原地转向。参照图3、图4、图5和图8，在遇到障碍物或沟壑时，机器人首先启动舵机3-1带动尾巴3-3转动，实现起跳角度的调节（图4所示）；然后启动电机4-6，在减速齿轮组4-8的传动下带动凸轮4-5转动，凸轮转动一定角度后拉簧的弹性势能瞬间释放，机器人左右腿迅速折叠（图9所示）实现弹跳。在越过障碍物或沟壑时，凸轮继续转动，使机器人回到图2的姿态，然后根据地形环境进行滚动或继续弹跳。

Claims (2)

1.一种折叠式弹跳机器人，包括机架(1)以及设置在机架(1)上的弹跳滚动复用机构(2)、起跳角度调节机构(3)、驱动机构(4)、传感单元、通信控制单元和电源模块，其特征是：所述的弹跳滚动复用机构包括拉簧(2-1)、右轮(2-2)、左轮(2-3)、同步齿轮(2-4)、右腿(2-5)、左腿(2-6)和同步齿轮安装件(2-7)，所述的拉簧(2-1)的两端分别挂在左腿(2-6)和右腿(2-5)上，在左腿(2-6)和右腿(2-5)的下部末端分别安装所述的左轮(2-3)和右轮(2-2)，所述的左腿(2-6)和右腿(2-5)的上部末端与所述的同步齿轮(2-4)固定连接；所述的驱动机构包括滚动驱动机构以及弹跳驱动机构，所述的滚动驱动机构与所述的右轮(2-2)和左轮(2-3)连接，所述的弹跳驱动机构驱动右腿(2-5)，并通过同步齿轮(2-4)使左腿(2-6)和右腿(2-5)打开或者折叠；所述的弹跳驱动机构由第一电机(4-6)、电机支撑(4-7)、减速齿轮组(4-8)、凸轮(4-5)以及轴承组成，所述的轴承固定在所述的右腿(2-5)上，所述的凸轮(4-5)的外表面与所述的轴承的外表面接触驱动右腿(2-5)运动；所述的滚动驱动机构由第二电机(4-2)和减速齿轮(4-9)组成，减速齿轮(4-9)的输出轴与所述的右轮(2-2)以及左轮(2-3)连接。

2.根据权利要求1所述的折叠式弹跳机器人，其特征在于：所述的起跳角度调节机构由舵机(3-1)、舵机支撑(3-2)和尾巴(3-3)组成，所述的舵机支撑(3-2)与机架(1)固定连接，所述的尾巴(3-3)与舵机(3-1)的输出轴连接。

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