CN102092428A - 基于四连杆机构的轮式跳跃机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于四连杆机构的轮式跳跃机构，包括安装在机体上的轮式移动装置、跳跃机构模块和动力模块；轮式移动装置包括行走驱动电机、四个车轮，行走驱动电机通过传动齿轮与四个车轮连接；跳跃机构模块包括两个通过齿形同步带连接的带轮，两个带轮分别设置在两根平行安装在机体上的四连杆连接轴上，四连杆连接轴的两端分别连接有四连杆机构；动力模块包括跳跃驱动电机、单向传动齿轮组和自动储能放能机构子模块，自动储能放能机构子模块包括扭转弹簧和不完全齿轮，跳跃驱动电机通过单向传动齿轮组和不完全齿轮与四连杆连接轴连接。结合了滚动和跳跃两种运动方式，提高了机构的运动能力，同时具备超强的越障能力。

Description

基于四连杆机构的轮式跳跃机构
技术领域
本发明涉及一种跳跃式机器人，尤其涉及一种基于四连杆机构的轮式跳跃机构。
背景技术
随着机器人应用范围的扩大，机器人在实际应用时，很多时候要求其具备弹跳装置以便跃过障碍物或沟渠，诸如在考古探测、星际探索、军事侦察以及反恐活动等一些特殊环境，要求机器人必须具有较强的地形适应和自主运动能力。
现有技术中的机器人主要有两种运动方式，一种为轮式或腹带式驱动，这是大多数移动机器人的驱动方式，小到各式各样的遥控玩具机器小车或自主运行的机器小车，大到战场上的无人战车或星际探索中的外星表面探测器等；另一种是仿生的爬行或步行方式，如蛇形机器人、机器猫、机器狗以及各种各样的机器昆虫，这些机构一般为某种特定的应用而设计。
上述现有技术至少存在以下缺点：
轮式及履带式机器人只能在平坦地势下工作，一旦地势凹凸不平其运动将受到很大限制；步行或爬行机器人翻越障碍物的能力稍强，但其自由度多，大量的关节驱动器使得控制复杂，运动缓慢，且当障碍物大于自身尺寸时也很难顺利翻越。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单，既能在平坦地势下行走，又能在遇到障碍物、沟渠等凹凸不平的复杂地势下跳跃的基于四连杆机构的轮式跳跃机构。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的基于四连杆机构的轮式跳跃机构，包括安装在机体上的轮式移动装置、跳跃机构模块和动力模块；
所述机体包括安装底板和安装侧板；
所述轮式移动装置包括行走驱动电机、四个车轮，所述行走驱动电机通过传动齿轮与四个车轮连接；
所述跳跃机构模块包括两个通过齿形同步带连接的带轮，两个带轮分别设置在两根平行安装在机体上的四连杆连接轴上，所述四连杆连接轴的两端分别连接有四连杆机构；
所述动力模块包括跳跃驱动电机、单向传动齿轮组和自动储能放能机构子模块，所述自动储能放能机构子模块包括扭转弹簧和不完全齿轮，所述跳跃驱动电机通过单向传动齿轮组和不完全齿轮与所述四连杆连接轴连接。
所述四连杆机构包括两根平行设置的连架杆，两根连架杆的上端分别与两根所述四连杆连接轴的端部连接，两根连架杆的下端分别与跳跃连杆连接。
所述扭转弹簧的一端固定所述安装底板或安装侧板上，另一端安装在所述四连杆连接轴或四杆机构的连架杆上。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的基于四连杆机构的轮式跳跃机构，由于包括轮式移动装置、跳跃机构模块和动力模块；轮式移动装置包括行走驱动电机、四个车轮，行走驱动电机通过传动齿轮与四个车轮连接；跳跃机构模块包括两个通过齿形同步带连接的带轮，两个带轮分别设置在两根平行安装在机体上的四连杆连接轴上，四连杆连接轴的两端分别连接有四连杆机构；动力模块包括跳跃驱动电机、单向传动齿轮组和自动储能放能机构子模块，所述自动储能放能机构子模块包括扭转弹簧和不完全齿轮，所述跳跃驱动电机通过单向传动齿轮组和不完全齿轮与四连杆连接轴连接。当轮式跳跃机构在平地上运动时，四个轮子与地面接触，连杆高于地面，跳跃驱动电机不转，行走驱动电机通过传动齿轮驱动车轮，使机构前进；轮式跳跃机构在遇到障碍物、沟渠等复杂地形中跳跃时，行走驱动电机不转，机构停止不前，跳跃驱动电机通过自动储能放能子模块和四连杆机构的连架杆带动四连杆机构的连杆向机构运动的反方向转动，当四连杆机构的连杆与地面接触，机构机体处于静摩擦状态，通过四连杆机构连架杆的转动支撑机构机体整体上升，车轮离开地面，使扭转弹簧开始储能，当不完全齿轮转动到没齿啮合处，扭转弹簧储存的能量瞬间释放，轮式跳跃机构整体瞬间获得动能，迅速推动机构整体向上前方约45°蹬出跳跃，同时连杆始终与机体保持平行且处于静摩擦状态，从而使机体稳定离开地面，实现平稳跳跃。结构简单，使机器人既具备轮式机器人在平地上快速自如运动的特点，也具备跳跃机器人跨越障碍物、沟渠等的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明的基于四连杆机构的轮式跳跃机构弹簧压缩状态下的结构示意图；
图2为本发明的基于四连杆机构的轮式跳跃机构弹簧释放状态下的结构示意图；
图3为本发明中轮式移动装置的结构示意图；
图4为本发明中跳跃动力模块的结构示意图；
图5为本发明中平行四连杆机构的结构示意图；
图6为本发明中扭转弹簧储能模块的结构示意图；
图7为本发明中不完全齿轮间歇放能模块的结构示意图。
图中：1.安装侧板，2.安装底板，3.行走驱动电机，4.传动齿轮，5.车轮，6.跳跃驱动电机，7.同步带及带轮，8.平行四连杆机构，9.扭转弹簧，10.不完全齿轮传动系统，11.行走驱动电机安装架，12.传动齿轮安装架，13.车轮轴，14.紧定螺钉，15.联轴器，16.深沟球轴承，17.跳跃驱动电机安装架，18.不完全齿轮组安装架，19.四连杆连接轴，20.半圆键，21.弹性挡圈，22.连架杆，23.跳跃连杆，24.四连杆轴，25.端盖。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明的基于四连杆机构的轮式跳跃机构，其较佳的具体实施例，如图1至图7所示，包括：
机体，由安装侧板(1)和安装底板(2)组成，通过螺钉联接，用于固定安装机构的其他部件；
轮式移动装置：由一个驱动电机(3)，一副传动齿轮(4)，四个车轮(5)组成。所述驱动电机由电机安装架(11)固定到底板(2)上。所述传动齿轮经轴承(16)、齿轮安装架(12)固定在底板(2)上，与之啮合的齿轮安装在后两轮的车轮轴(13)上，以紧定螺钉固定。所述电机轴和齿轮轴通过联轴器(15)连接，以紧定螺钉(14)固定其D型截面。两个车轮轴均是通过轴承(16)固定在安装侧板(1)上；
跳跃机构模块：由一个驱动电机(6)，一组传动齿轮(10)，一对带轮(7-1)，一条齿形同步带(7-2)，四连杆机构(8)组成。所述驱动电机由电机安装架(17)固定到底板(2)上。所述传动齿轮组由齿轮安装架(18)固定在底板(2)上，与不完全齿轮啮合的齿轮安装在平行四连杆机构的连接轴(19)上，以紧定螺钉固定。所述电机轴和齿轮轴通过联轴器(15)连接，以紧定螺钉固定其D型截面。两个连接轴(19)均是通过轴承(16)固定在安装侧板上。所述带轮用紧定螺钉(14)固定在连接轴(19)上。
所述平行四连杆机构由半圆键(20)和弹性挡圈(21)固定在连接轴上，其连架杆(22)与连杆(23)之间联接均依靠四连杆轴(24)和轴承(16)，由弹性挡圈(21)固定；
动力模块：动力模块可分为两个子模块，即单向传动齿轮组和自动储能放能机构子模块，所述自动储能放能机构由扭转弹簧(9)和不完全齿轮(10)组成。所述扭转弹簧安装在四连杆机构连接轴(19)上，一端固定在端盖(25)上，一端固定在连架杆(22)上，在自由状态下时，连架杆与地面约成90°角，在完全压缩状态下，连架杆与地面约成20°角。
所述不完全齿轮是将部分齿去除，使其在有齿啮合时正常传动，没齿啮合时，输出齿轮即可自由转动。
本发明的基于四连杆机构的轮式跳跃机构，在平地上运动时，四个轮子与地面接触，连杆高于地面，跳跃驱动电机不转，行走驱动电机通过传动齿轮驱动车轮，使机构前进；所述机构在复杂地形中跳跃时，行走驱动电机不转，机构停止不前，跳跃驱动电机通过自动储能放能子模块和四连杆机构的连架杆带动四连杆机构的连杆向机构运动的反方向转动，当四连杆机构的连杆与地面接触，机构机体处于静摩擦状态，通过四连杆机构连架杆的转动支撑机构机体整体上升，车轮离开地面，使扭转弹簧开始储能，当不完全齿轮转动到没齿啮合处，扭转弹簧储存的能量瞬间释放，轮式跳跃机构整体瞬间获得动能，迅速推动机构整体向上前方约45°蹬出跳跃，同时连杆始终与机体保持平行且处于静摩擦状态，从而使机体稳定离开地面，实现平稳跳跃。
本发明中，四连杆机构能保证机构主体在起跳过程中姿态始终不变；不完全齿轮驱动四连杆机构间歇性的同步运动；扭转弹簧存储机构跳跃瞬间所需能量。使机器人既具备轮式机器人在平地上快速自如运动的特点，也具备跳跃机器人跨越障碍物、沟渠等的特点。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种基于四连杆机构的轮式跳跃机构，其特征在于，包括安装在机体上的轮式移动装置、跳跃机构模块和动力模块；
所述机体包括安装底板和安装侧板；
所述轮式移动装置包括行走驱动电机、四个车轮，所述行走驱动电机通过传动齿轮与四个车轮连接；
所述跳跃机构模块包括两个通过齿形同步带连接的带轮，两个带轮分别设置在两根平行安装在机体上的四连杆连接轴上，所述四连杆连接轴的两端分别连接有四连杆机构；
所述动力模块包括跳跃驱动电机、单向传动齿轮组和自动储能放能机构子模块，所述自动储能放能机构子模块包括扭转弹簧和不完全齿轮，所述跳跃驱动电机通过单向传动齿轮组和不完全齿轮与所述四连杆连接轴连接。
2.根据权利要求1所述的基于四连杆机构的轮式跳跃机构，其特征在于，所述四连杆机构包括两根平行设置的连架杆，两根连架杆的上端分别与两根所述四连杆连接轴的端部连接，两根连架杆的下端分别与跳跃连杆连接。
3.根据权利要求1或2所述的基于四连杆机构的轮式跳跃机构，其特征在于，所述扭转弹簧的一端固定所述安装底板或安装侧板上，另一端安装在所述四连杆连接轴或四杆机构的连架杆上。
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