CN102514650B - 落地自适应多功能跳跃机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种落地自适应多功能跳跃机器人。在机体前端的横边处安装有结构相同的两条前腿；在机体两侧边上安装有传动机构；在机体一侧边上靠近后端的矩形孔处，安装有起跳角锁定机构；在机体的后端朝后安装有起跳腿。采用轮式移动与跳跃两种功能使机器人具备多种运动形式；采用正反对称结构，落地后任意面着地均能再次起跳，避免了冗余的姿态调整机构添加，降低了落地翻转对再次起跳的影响；前腿采用两级减震结构防止了前腿万向导向轮的冲击损坏；导槽凸轮结构，实现了储能构件的瞬间无约束释放，提高机构的跳跃性能。本发明因体积小、重量轻、隐蔽性好，可通过添加传感器，应用于城市反恐战争、地震救灾、环境监测、航天军事等领域。

Description

落地自适应多功能跳跃机器人

技术领域

本发明涉及一种跳跃机器人，尤其是涉及一种落地自适应多功能跳跃机器人。

背景技术

小型机器人因体积小、重量轻、隐蔽性好等优点，在城市反恐、军事信息侦察、环境监测中的应用日益广泛。随着机体尺度的减小，原本平整的地面对于小型机器人来说变得崎岖，采用具备大步长特性的跳跃步态作为其最佳运动方式，可减小由于过多的地面接触而造成的损失。

瑞士洛桑联邦理工学院，研制出高5cm，重7g的仿蚱蜢微型跳跃机器人，但落地翻滚后不能回复初始起跳状态，影响了再次起跳。针对该问题Mirko Kovac教授等，在原有机构上加装碳棒连接组成灯笼样骨架结构，利用重力作用辅助落地后恢复起跳初始状态，其最大外径12cm，重9.8g，但起跳方向和起跳角度仍不可调。东京大学与ISAS联合研制的Minerva，西储大学研制的由人造肌肉作为执行元件的机器人Crickent Microrobot，意大利理工学院模仿叶蝉研制的机器人Grillo，MIT研制的用于星际探索的Microbot，均存在落地翻转，不能回复起跳初始状态而影响再次起跳的问题，并且起跳方向和起跳角度不可调节。

美国明尼苏达大学研制的重200g的机器人Scout Robot，日本东京大学研制的用于地震在倒塌房屋中进行搜索的Rescue Robot，均具备跳跃和轮式移动两种运动功能，且都采用圆筒状结构设计，使落地后自动回复起跳初始状态，但起跳方向和起跳角度不可调节的问题仍然存在。NASA研制的第一代跳跃机器人，采用球形结构设计，利用重力作用使落地后回复起跳初始状态，通过摄像机运动调整重心位置，间接调整起跳方向，其落地状态和起跳角度控制可靠性不高，起跳角度不可调节，第二代跳跃机器人利用齿轮传动结构设计精确控制起跳方向，通过增加辅助构件使落地翻转的机体回复起跳初始状态，但起跳角度仍不可调整。第三代机器人具备轮式移动与跳跃多种功能，通过轮式移动可以调整起跳方向，但跳跃过程中方向控制欠佳，起跳角度0-85°连续可调，但落地翻转问题未能解决，且能量利用率只有约20%。而轮式移动是现有的能量转换率最高效的运动形式，基于上述考虑，本文提出一种具备轮式移动与跳跃两种运动功能，起跳方向和起跳角度连续可调，落地后可自动回复起跳状态的跳跃机器人结构。

发明内容

考虑到轮式移动是现有的能量转换率最高效的运动形式，本发明的目的在于提供一种落地自适应多功能跳跃机器人，它具备轮式移动与跳跃两种运动功能，起跳方向和起跳角度连续可调，落地后可自动回复起跳状态的跳跃机器人结构。

本发明所采用的技术方案是：

本发明在机体前端的横边处安装有结构相同的两条前腿；在机体两侧边上安装有传动机构；在机体一侧边上靠近后端的矩形孔处，安装有起跳角锁定机构；在机体的后端朝后安装有起跳腿。

所述的两条前腿：每条前腿均包括两条前腿支撑杆，两根前腿减震弹簧，两个前腿万向导向轮组件；两前腿支撑杆固连为一整体，上下对称安装穿入机体前端横边孔，其自由端安装前腿万向导向轮组件，两根前腿减震弹簧，分别套在两前腿支撑杆上； 

所述的两个前腿万向导向轮组件：均包括前轮减震支撑架，两个前轮减震弹簧，前轮固定吊杆，两个推力轴承，前轮固定框，前滚动轮，前轮固定梁，两个前轮固定杆；前轮减震支撑架套在前腿支撑杆上，前轮固定杆与前轮减震支撑架两端固连，前轮固定梁套于两前轮固定杆上，两个前轮减震弹簧分别安装于两个前轮固定杆上，U形前轮固定框通过前轮固定吊杆，安装于前轮固定梁中间开孔处，两个推力轴承均安装于前轮固定吊杆上，前滚动轮通过轴孔配合安装于U形前轮固定框开口端。

所述的传动机构：包括贯通轴式直线步进电机，贯通轴式直线步进电机丝杆，H形轴向移动导向杆，第Ⅰ级转轴，转动电机，第Ⅰ级转轴齿轮，第Ⅱ级转轴，第Ⅱ级转轴第一齿轮、第Ⅱ级转轴第二齿轮，第Ⅱ级转轴第三齿轮，第Ⅲ级转轴，第Ⅲ级转轴第一齿轮，第Ⅲ级转轴第二齿轮，第Ⅲ级转轴第三齿轮，导槽凸轮，第Ⅲ级转轴第四齿轮，第一后滚动轮，第二后滚动轮；贯通轴式直线步进电机固定安装于机体横边中间，贯通轴式直线步进电机丝杆与机体两侧边最前端孔间隙配合，通过圆锥滚子轴承与H形轴向移动导向杆两平行边连接，H形轴向移动导向杆横边截面为矩形，与机体两侧边上的矩形孔形成，转动电机固定安装于机体一侧的外端，其输出轴即为第Ⅰ级转轴，第Ⅰ级转轴上固定安装第Ⅰ级转轴齿轮，第Ⅱ级转轴与机体两侧边从前往后第二个圆形开孔间隙配合，并通过圆锥滚子轴承与H形轴向移动导向杆两平行边连接，第Ⅱ级转轴上从靠近转动电机的一端到另一端，依次固定第Ⅱ级转轴第三齿轮、第Ⅱ级转轴第二齿轮，第Ⅱ级转轴第一齿轮，三个齿轮均与第Ⅱ级转轴采用过盈配合，其中，第Ⅲ级转轴 在导槽凸轮处断开，且两段轴之间通过光轴螺栓铆接，第Ⅲ级转轴两端通过滚动轴承安装于机体两侧边尾端的圆形开孔处，第Ⅲ级转轴上从靠近转动电机的一端到另一端，依次固定第二后滚动轮，第Ⅲ级转轴第四齿轮，导槽凸轮，第Ⅲ级转轴第三齿轮，第Ⅲ级转轴第二齿轮，第Ⅲ级转轴第一齿轮，第一后滚动轮，第Ⅲ级转轴第四齿轮 ，第Ⅲ级转轴第二齿轮，第一后滚动轮，第二后滚动轮与第Ⅲ级转轴均采用过盈配合，第Ⅲ级转轴第三齿轮，导槽凸轮和第Ⅲ级转轴第一齿轮与第Ⅲ级转轴均采用间隙配合，第Ⅲ级转轴第三齿轮与导槽凸轮固连为一整体，轴向利用套筒定位。

所述的起跳角锁定机构：包括移动导销，复位弹簧，锁止齿轮；采用矩形截面与圆截面复合结构的阶梯杆作为移动导销，锁止齿轮 固定安装移动导销矩形截面端面，起跳角锁定机构通过移动导销与机体一侧边上靠近后端的矩形孔滑动配合，复位弹簧安装于锁止齿轮与机体侧边的内端面之间。

所述的起跳腿：包括第Ⅰ节第一腿，第Ⅰ节第二腿，第Ⅱ节第一腿，第Ⅱ节第二腿，第Ⅲ节第一腿，第Ⅲ节第二腿，腿部加固杆，跳跃储能弹簧，钢丝绳，导槽滚筒，角度调整杆，旋转电机，支撑底板，第Ⅰ节第一扭转弹簧，第Ⅰ节第二扭转弹簧，第Ⅱ节第一扭转弹簧，第Ⅱ节第二扭转弹簧，第Ⅲ节第一扭转弹簧，第Ⅲ节第二扭转弹簧；第Ⅰ节第一腿与第Ⅰ节第二腿的一端通过间隙配合安装在第Ⅲ级转轴上，第Ⅰ节第一腿与第Ⅰ节第二腿 的另一端分别和第Ⅱ节第一腿与第Ⅱ节第二腿叉形开孔端铆接，第Ⅰ节第一腿与第Ⅲ级转轴第一齿轮由螺钉固连，第Ⅱ节第一腿和第Ⅱ节第二腿分别与第Ⅲ节第一腿和第Ⅲ节第二腿的一端铆接，角度调整杆正反两面上端两侧圆柱形凸台分别与第Ⅲ节第一腿和第Ⅲ节第二腿叉形孔间隙配合，角度调整杆下端圆孔通过旋转电机输出轴与椭圆形支撑底板上的两凸台连接，跳跃储能弹簧两端的挂钩，分别与第Ⅱ节第一腿、第Ⅲ节第一腿的铆接螺栓，和第Ⅱ节第二腿、第Ⅲ节第二腿的铆接螺栓连接，钢丝绳一端固定于角度调整杆上端面拱形孔处，另一端通过导槽滚筒安装于导槽凸轮的导槽内，第Ⅰ节第一扭转弹簧安装于第Ⅰ节第一腿和第Ⅱ节第一腿铆接螺栓上，所述两弹簧臂分别与第Ⅰ节第一腿和第Ⅱ节第一腿固连；第Ⅰ节第二扭转弹簧安装于第Ⅰ节第二腿和第Ⅱ节第二腿铆接螺栓上，所述两弹簧臂分别与第Ⅰ节第二腿和第Ⅱ节第二腿固连；第Ⅱ节第一扭转弹簧安装于第Ⅱ节第一腿和第Ⅲ节第一腿铆接螺栓上，所述两弹簧臂分别与第Ⅱ节第一腿和第Ⅲ节第一腿固连；第Ⅱ节第二扭转弹簧安装于第Ⅱ节第二腿和第Ⅲ节第二腿铆接螺栓上，所述两弹簧臂分别与第Ⅱ节第二腿和第Ⅲ节第二腿固连；第Ⅲ节第一扭转弹簧安装于角度调整杆，正反两面任一面上端靠近旋转电机侧圆柱形凸台上，所述两弹簧臂分别与第Ⅲ节第一腿和角度调整杆固连；第Ⅲ节第二扭转弹簧安装于角度调整杆，与第Ⅲ节第一扭转弹簧同一面上端远离旋转电机侧圆柱形凸台上，所述两弹簧臂分别与第Ⅲ节第二腿和角度调整杆固连。

本发明具有的有益效果是：

(1)采用轮式移动与跳跃两种功能的设计，使机器人具备多种运动形式，在路面平整时可以采用轮式移动，有利于提高定位精度和能量利用率；

(2)采用正反对称结构设计，落地后任意面着地均能再次起跳，避免了冗余的姿态调整机构添加，有效降低了落地翻转对再次起跳的影响。

(3)前腿采用两级减震结构设计，有效的防止了前腿万向导向轮的冲击损坏； 

(4)导槽凸轮结构设计，实现了储能构件的瞬间无约束释放，有利于提高机构的跳跃性能。

(5)通过滑动轴的设计，使两侧车轮可以分别实现单独运动，从而达到调整起跳方向的目的，提高了跳跃运动的灵活性。 

(6)后腿与机体夹角可调的结构设计，实现了机体重心调节功能，在轮式移动过程中可通过质心调节增加驱动轮摩擦力，增强运动可靠性。

(7)采用六杆结构设计，使腿部与脚底连接处具备唯一转动自由度，通过在在该处安装旋转电机，使跳跃腿与地面夹角连续可调。

本发明因体积小、重量轻、隐蔽性好，可以作为探测仪器的运动载体，通过添加传感器，可应用于城市反恐战争、地震救灾、环境监测、航天军事等领域。

附图说明

图1是本发明的机器人总体机构示意图。

图2是本发明的机体结构示意图。

图3是本发明的前腿支撑及减震机构示意图。

图4是本发明的前腿轮式移动及二级减震机构示意图。

图5是本发明的三级啮合传动机构示意图

图6是图5中A的躯体角度锁定机构放大图。

图7是本发明的导槽凸轮与导槽滚轮机构示意图。

图8是本发明的导槽滚轮机构示意图。

图9是本发明的后腿储能与跳跃机构示意图。

图10是本发明的起跳角度调整机构示意图。

图中：101、前腿支撑杆，102、前腿减震弹簧，103、前轮减震支撑架，104、前轮减震弹簧，105、前轮固定吊杆，106、两个推力轴承，107、前轮固定框，108、前滚动轮，109、前轮固定梁，110、前轮固定杆，201、机体，202、矩形孔，301、贯通轴式直线步进电机，302、贯通轴式直线步进电机丝杆，303、H形轴向移动导向杆，304、旋转电机输出轴(第Ⅰ级转轴)，305、转动电机，306、第Ⅰ级转轴齿轮，307、第Ⅱ级转轴，308、第Ⅱ级转轴第一齿轮，309、第Ⅱ级转轴第二齿轮，310、第Ⅱ级转轴第三齿轮，311、第Ⅲ级转轴，312、第Ⅲ级转轴第一齿轮，313、第Ⅲ级转轴第二齿轮，314、第Ⅲ级转轴第三齿轮，315、导槽凸轮，316、第Ⅲ级转轴第四齿轮，317、第一后滚动轮，318、第二后滚动轮，401、移动导销，402、复位弹簧，403、锁止齿轮，501、第Ⅰ节第一腿，502、第Ⅰ节第二腿，503、第Ⅱ节第一腿，504、第Ⅱ节第二腿，505、第Ⅲ节第一腿，506、第Ⅲ节第二腿，507、腿部加固杆，508、跳跃储能弹簧，509、钢丝绳，510、导槽滚筒，511、角度调整杆，512、旋转电机，513、支撑底板，514、第Ⅰ节第一扭转弹簧，515、第Ⅰ节第二扭转弹簧，516、第Ⅰ节第二扭转弹簧，517、第Ⅱ节第二扭转弹簧，518、第Ⅲ节第二扭转弹簧，519、第Ⅲ节第二扭转弹簧。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，在机体201前端的横边处安装有结构相同的两条前腿；在机体201两侧边上安装有传动机构；在机体201一侧边上靠近后端的矩形孔202处，安装有起跳角锁定机构；在机体201的后端朝后安装有起跳腿。

如图2所示，机体201为U行框架结构，在机体201横边两端沿厚度方向开孔，在机体201两侧边沿宽度方向开孔，在机体201两侧边上从靠近横边的一端往另一端，依次对称开圆形孔、矩形孔、圆形孔、圆形孔、圆形孔，且在机体201一侧的最有一个圆形孔和倒数第二个圆形孔之间开有矩形孔202。

如图1和3所示，所述的两条前腿：每条前腿均包括两条前腿支撑杆101，两根前腿减震弹簧102，两个前腿万向导向轮组件;前腿支撑杆101为阶梯轴式圆柱体，两前腿支撑杆101，通过直径较小端端面固连为一整体，并上下对称安装穿入机体201前端横边孔，前腿支撑杆101直径较大端安装前腿万向导向轮组件，两根前腿减震弹簧102，分别套在两前腿支撑杆101上，两前腿减震弹簧102的一端，分别通过机体201横边上表面和下表面定位，两前腿减震弹簧102的另一端，通过前腿万向导向轮组件中，各自前轮减震支撑架103的端面定位。

如图4所示，所述的两个前腿万向导向轮组件：均包括前轮减震支撑架103，两个前轮减震弹簧104，前轮固定吊杆105，两个推力轴承106，前轮固定框107，前滚动轮108，前轮固定梁109，两个前轮固定杆110；腰鼓形前轮减震支撑架103中间开有圆孔，套在前腿支撑杆101直径较小的杆上，该圆孔直径大于前腿支撑杆101较小端直径，小于前腿支撑杆101较大端直径，两端面分别与前腿支撑杆101轴肩和前腿减震弹簧102接触，前轮固定杆110为阶梯轴式圆柱体，中间段直径大于两端，两端直径较小的轴段，直径与长度均相同，长方形前轮固定梁109，通过两端开孔与两前轮固定杆110间隙配合，并通过前轮固定杆110中间轴肩定位，两个前轮减震弹簧104分别安装于两个前轮固定杆110上，位于前轮减震支撑架103和前轮固定梁109之间，U形前轮固定框107通过前轮固定吊杆105，安装于前轮固定梁109中间开孔处，两个推力轴承106均安装于前轮固定吊杆105上，分别位于U形前轮固定框107两端，前滚动轮108通过轴孔配合安装于U形前轮固定框107开口端，前轮固定杆110自由端面与前滚动轮108转轴平齐，前轮固定杆110直径较小的轴段长度大于前滚动轮108半径值；

参照图1、图5、和图7所示，所述的传动机构：包括贯通轴式直线步进电机301，贯通轴式直线步进电机丝杆302，H形轴向移动导向杆303，第Ⅰ级转轴304，转动电机305，第Ⅰ级转轴齿轮306，第Ⅱ级转轴307，第Ⅱ级转轴第一齿轮308、第Ⅱ级转轴第二齿轮309，第Ⅱ级转轴第三齿轮310，第Ⅲ级转轴311，第Ⅲ级转轴第一齿轮312，第Ⅲ级转轴第二齿轮313，第Ⅲ级转轴第三齿轮314，导槽凸轮315，第Ⅲ级转轴第四齿轮316，第一后滚动轮317，第二后滚动轮318；贯通轴式直线步进电机301固定安装于机体201横边中间，贯通轴式直线步进电机丝杆302两端为光轴，中间螺纹段长度大于第Ⅰ级转轴304齿轮厚度，贯通轴式直线步进电机丝杆302与机体201两侧边最前端圆形开孔间隙配合，通过圆锥滚子轴承与H形轴向移动导向杆303两平行边连接，H形轴向移动导向杆303横边截面为矩形，与机体201两侧边上的矩形孔滑动配合有，转动电机305固定安装于机体201一侧的外端，其输出轴即为第Ⅰ级转轴304，第Ⅰ级转轴304上固定安装第Ⅰ级转轴齿轮306，且该齿轮长度大于第Ⅱ级转轴307轴向移动最大行程值，第Ⅱ级转轴307与机体201两侧边从前往后第二个圆形开孔间隙配合，并通过圆锥滚子轴承与H形轴向移动导向杆303两平行边连接，第Ⅱ级转轴307上从靠近转动电机305的一端到另一端，依次固定第Ⅱ级转轴第三齿轮310、第Ⅱ级转轴第二齿轮309，第Ⅱ级转轴第一齿轮308，三个齿轮均与第Ⅱ级转轴307采用过盈配合，其中，第Ⅱ级转轴第一齿轮308与第Ⅱ级转轴第三齿轮310厚度相等，Ⅲ级转轴311采用断轴结构，第Ⅲ级转轴311 在导槽凸轮315处断开，且两段轴之间通过光轴螺栓铆接，第Ⅲ级转轴311两端通过滚动轴承安装于机体201两侧边尾端的圆形开孔处，第Ⅲ级转轴311上从靠近转动电机305的一端到另一端，依次固定第二后滚动轮318，第Ⅲ级转轴第四齿轮316，导槽凸轮315，第Ⅲ级转轴第三齿轮314，第Ⅲ级转轴第二齿轮313，第Ⅲ级转轴第一齿轮312，第一后滚动轮317，第Ⅲ级转轴第四齿轮316 ，第Ⅲ级转轴第二齿轮313，第一后滚动轮317，第二后滚动轮318与第Ⅲ级转轴311均采用过盈配合，第Ⅲ级转轴第三齿轮314，导槽凸轮315和第Ⅲ级转轴第一齿轮312与第Ⅲ级转轴311均采用间隙配合，第Ⅲ级转轴第三齿轮314与导槽凸轮315固连为一整体，轴向利用套筒定位。

如图2和图6所示，所述的起跳角锁定机构：包括移动导销401，复位弹簧402，锁止齿轮403；采用矩形截面与圆截面复合结构的阶梯杆作为移动导销401，且圆截面的直径大于矩形截面对角线长度，锁止齿轮403 固定安装移动导销401矩形截面端面，锁止齿轮403齿顶圆直径大于，移动导销401矩形截面对角线长度，起跳角锁定机构通过移动导销401与机体201上矩形孔202滑动配合安装，复位弹簧402安装于锁止齿轮403与机体201侧边的内端面之间，并处于压缩状态。

如图8和图9所示，所述的起跳腿：包括第Ⅰ节第一腿501，第Ⅰ节第二腿502，第Ⅱ节第一腿503，第Ⅱ节第二腿504，第Ⅲ节第一腿505，第Ⅲ节第二腿506，腿部加固杆507，跳跃储能弹簧508，钢丝绳509，导槽滚筒510，角度调整杆511，旋转电机512，支撑底板513，第Ⅰ节第一扭转弹簧514，第Ⅰ节第二扭转弹簧515，第Ⅱ节第一扭转弹簧516，第Ⅱ节第二扭转弹簧517，第Ⅲ节第一扭转弹簧518，第Ⅲ节第二扭转弹簧519；第Ⅰ节第一腿501与第Ⅰ节第二腿502 均为两端开孔，第Ⅰ节第一腿501与第Ⅰ节第二腿502的一端通过间隙配合安装在第Ⅲ级转轴311上，第Ⅱ节第一腿503和第Ⅱ节第二腿504均为两端开孔，第Ⅰ节第一腿501与第Ⅰ节第二腿502 的另一端分别和第Ⅱ节第一腿503与第Ⅱ节第二腿504叉形开孔端铆接，第Ⅰ节第一腿501位于机体201远离转动电机305的侧边与Ⅲ级转轴第一齿轮312之间，第Ⅰ节第二腿502位于机体201靠近转动电机305的侧板与第Ⅲ级转轴第四齿轮316之间，第Ⅰ节第一腿501与第Ⅲ级转轴第一齿轮312有螺钉固连，第Ⅲ节第一腿505和第Ⅲ节第二腿506两端均为叉形开孔结构，，第Ⅱ节第一腿503和第Ⅱ节第二腿504分别与第Ⅲ节第一腿505和第Ⅲ节第二腿506的一端叉形开孔铆接，角度调整杆511正反两面上端两侧分别有圆柱形凸台，角度调整杆511上端面有拱孔，下端有圆形通孔，角度调整杆511正反两面上端两侧圆柱形凸台分别与第Ⅲ节第一腿505和第Ⅲ节第二腿506叉形孔间隙配合，角度调整杆511下端圆孔通过旋转电机512输出轴与椭圆形支撑底板513上的两凸台连接，旋转电机512与椭圆形支撑底板513固连，，跳跃储能弹簧508两端的挂钩，分别与第Ⅱ节第一腿503、第Ⅲ节第一腿505的铆接螺栓，和第Ⅱ节第二腿504、第Ⅲ节第二腿506的铆接螺栓连接，钢丝绳509一端固定于角度调整杆511上端面拱形孔处，另一端通过导槽滚筒510安装于导槽凸轮315的导槽内，扭转弹簧中间为压缩的圆柱螺旋，两端有弹簧臂，第Ⅰ节第一扭转弹簧514安装于第Ⅰ节第一腿501和第Ⅱ节第一腿503铆接螺栓上，第Ⅰ节第一扭转弹簧514两弹簧臂，分别与第Ⅰ节第一腿501和第Ⅱ节第一腿503固连；第Ⅰ节第二扭转弹簧515安装于第Ⅰ节第二腿502和第Ⅱ节第二腿504铆接螺栓上，第Ⅰ节第二扭转弹簧515两弹簧臂，分别与第Ⅰ节第二腿502和第Ⅱ节第二腿504固连；第Ⅱ节第一扭转弹簧516安装于第Ⅱ节第一腿503和第Ⅲ节第一腿505铆接螺栓上，第Ⅱ节第一扭转弹簧516两弹簧臂，分别与第Ⅱ节第一腿503和第Ⅲ节第一腿505固连；第Ⅱ节第二扭转弹簧517安装于第Ⅱ节第二腿504和第Ⅲ节第二腿506铆接螺栓上，第Ⅱ节第二扭转弹簧517两弹簧臂，分别与第Ⅱ节第二腿504和第Ⅲ节第二腿506固连；如图10所示，第Ⅲ节第一扭转弹簧518安装于角度调整杆511，正反两面任一面上端靠近旋转电机512侧圆柱形凸台上，第Ⅲ节第一扭转弹簧518两弹簧臂，分别与第Ⅲ节第一腿505和角度调整杆511固连；第Ⅲ节第二扭转弹簧519安装于角度调整杆511，与第Ⅲ节第一扭转弹簧518同一面上端远离旋转电机512侧圆柱形凸台上，第Ⅲ节第二扭转弹簧519两弹簧臂，分别与第Ⅲ节第二腿506和角度调整杆511固连。

本发明的工作原理如下：

在本实施例中，机体201两侧边安装三级啮合传动功能的传动机构，贯通轴式直线步进电机301运转，使螺纹配合的贯通轴式直线步进电机丝杆302轴向运动，从而带动H形轴向移动导向杆303和第Ⅱ级转轴307同步运动，进而调整第Ⅱ级转轴307上的齿轮和第Ⅲ级转轴311上齿轮的啮合状态，实现不同的传动功能。

在本实施例中，可以实现轮式移动和跳跃，其中轮式移动包括两滚动轮分别单独运动和同步运动，当第Ⅱ级转轴307轴向运动，使第Ⅱ级转轴第一齿轮308与第Ⅲ级转轴第二齿轮313啮合后，转动电机305，带动第Ⅰ级转轴齿轮306、第Ⅱ级转轴上所有齿轮、第Ⅲ级转轴第二齿轮313，第一后滚动轮317及该侧的第Ⅲ级转轴转动；同理，当第Ⅱ级转轴307轴向运动，使第Ⅱ级转轴第三齿轮310与第Ⅲ级转轴第四齿轮316啮合时，转动电机305带动，第Ⅰ级转轴齿轮306、第Ⅱ级转轴上所有齿轮、第Ⅲ级转轴第四齿轮316、第二后滚动轮318及该侧的第Ⅲ级转轴转动；当第Ⅱ级转轴307轴向运动，使第Ⅱ级转轴第一齿轮308与第Ⅲ级转轴第二齿轮313，及第Ⅱ级转轴第三齿轮310与第Ⅲ级转轴第四齿轮316同时啮合时，第一后滚动轮317，第二后滚动轮318同步转动，实现双轮直线运动；当第Ⅱ级转轴307轴向运动，使第Ⅱ级转轴第二齿轮309与第Ⅲ级转轴第三齿轮314啮合时，转动电机305带动，第Ⅰ级转轴齿轮306、第Ⅱ级转轴上所有齿轮、第Ⅲ级转轴第三齿轮314、导槽凸轮315转动，导槽滚筒510在导槽凸轮315内壁滑动，通过钢丝绳509使支撑底板513与第Ⅲ级转轴311距离改变，当导槽滚筒510运动到离第Ⅲ级转轴311轴心最近处时，跳跃储能弹簧508及所有扭转弹簧处于最大压缩状态，导槽凸轮315进一步转动，使导槽滚筒510沿导槽凸轮315内壁直线段运动，瞬间释放钢丝绳509，使机器人在跳跃储能弹簧508及所有扭转弹簧的驱动下跳跃。

在本实施例中，该结构设计有利于帮助大多数条件下，实现落地后自适应复位起跳姿态(沙地、坑洼地带可能不能有效复位)，当如上所述机构落地后，若靠近第一后滚动轮317侧面先着地，在重力、落地冲击力和第一后滚动轮317半球形弧线引导作用下，机构倾向于发生翻滚，使机构最终处于正面或反面着地，自适应的复位了起跳初始姿态；若靠近第二后滚动轮318侧面先着地，同理，机构也可以自适应的复位起跳初始姿态；而机构正反两面采用对称结构设计，无论正面或反面着地，均可以实现再次起跳和轮式运动。

在本实施例中，可以实现起跳方向调整、起跳角度调整，当如上所述实现单侧轮轴运转时，可以调整起跳方向；当第Ⅱ级转轴307沿某一方向轴向运动，通过第Ⅱ级转轴第一齿轮308侧面推动锁止齿轮403端面，压缩复位弹簧，使第Ⅲ级转轴第一齿轮312与第Ⅱ级转轴第一齿轮308啮合，再由转动电机305转动，通过第Ⅰ级转轴齿轮306、第Ⅱ级转轴第一齿轮308、与机体201固连的第Ⅲ级转轴第一齿轮312，通过控制旋转电机512的转角，调整机体201与地面夹角，当第Ⅱ级转轴307沿另一方向轴向运动，锁止齿轮403在复位弹簧402作用下，与第Ⅲ级转轴第一齿轮312啮合，锁定调整后的起跳角度。

Claims (3)

1.一种落地自适应多功能跳跃机器人，其特征在于：在机体(201)前端的横边处安装有结构相同的两条前腿；在机体(201)两侧边上安装有传动机构；在机体(201)一侧边上靠近后端的矩形孔(202)处，安装有起跳角锁定机构；在机体(201)的后端朝后安装有起跳腿；

所述的两条前腿：每条前腿均包括两条前腿支撑杆，两根前腿减震弹簧，两个前腿万向导向轮组件；两前腿支撑杆固连为一整体，上下对称安装穿入机体(201)前端横边孔，其自由端安装前腿万向导向轮组件，两根前腿减震弹簧，分别套在两前腿支撑杆上； 

所述的两个前腿万向导向轮组件：均包括前轮减震支撑架(103)，两个前轮减震弹簧，前轮固定吊杆(105)，两个推力轴承，前轮固定框(107)，前滚动轮(108)，前轮固定梁(109)，两个前轮固定杆；前轮减震支撑架(103)套在前腿支撑杆(101)上，前轮固定杆(110)与前轮减震支撑架(103)两端固连，前轮固定梁(109)套于两前轮固定杆上，两个前轮减震弹簧分别安装于两个前轮固定杆上，U形前轮固定框(107)通过前轮固定吊杆(105)，安装于前轮固定梁(109)中间开孔处，两个推力轴承均安装于前轮固定吊杆(105)上，前滚动轮(108)通过轴孔配合安装于U形前轮固定框(107)开口端；

所述的传动机构：包括贯通轴式直线步进电机(301)，贯通轴式直线步进电机丝杆(302)，H形轴向移动导向杆(303)，第Ⅰ级转轴(304)，转动电机(305)，第Ⅰ级转轴齿轮(306)，第Ⅱ级转轴(307)，第Ⅱ级转轴第一齿轮(308)、第Ⅱ级转轴第二齿轮(309)，第Ⅱ级转轴第三齿轮(310)，第Ⅲ级转轴(311)，第Ⅲ级转轴第一齿轮(312)，第Ⅲ级转轴第二齿轮(313)，第Ⅲ级转轴第三齿轮(314)，导槽凸轮(315)，第Ⅲ级转轴第四齿轮(316)，第一后滚动轮(317)，第二后滚动轮(318)；贯通轴式直线步进电机(301)固定安装于机体(201)横边中间，贯通轴式直线步进电机丝杆(302)与机体(201)两侧边最前端孔间隙配合，通过圆锥滚子轴承与H形轴向移动导向杆(303)两平行边连接，H形轴向移动导向杆(303)横边截面为矩形，与机体(201)两侧边上的矩形孔滑动配合，转动电机(305)固定安装于机体(201)一侧的外端，其输出轴即为第Ⅰ级转轴(304)，第Ⅰ级转轴(304)上固定安装第Ⅰ级转轴齿轮(306)，第Ⅱ级转轴(307)与机体(201)两侧边从前往后第二个圆形开孔间隙配合，并通过圆锥滚子轴承与H形轴向移动导向杆(303)两平行边连接，第Ⅱ级转轴(307)上从靠近转动电机(305)的一端到另一端，依次固定第Ⅱ级转轴第三齿轮(310)、第Ⅱ级转轴第二齿轮(309)，第Ⅱ级转轴第一齿轮(308)，三个齿轮均与第Ⅱ级转轴(307)采用过盈配合，其中，第Ⅲ级转轴(311) 在导槽凸轮(315)处断开，且两段轴之间通过光轴螺栓铆接，第Ⅲ级转轴(311)两端通过滚动轴承安装于机体(201)两侧边尾端的圆形开孔处，第Ⅲ级转轴(311)上从靠近转动电机(305)的一端到另一端，依次固定第二后滚动轮(318)，第Ⅲ级转轴第四齿轮(316)，导槽凸轮(315)，第Ⅲ级转轴第三齿轮(314)，第Ⅲ级转轴第二齿轮(313)，第Ⅲ级转轴第一齿轮(312)，第一后滚动轮(317)，第Ⅲ级转轴第四齿轮(316) ，第Ⅲ级转轴第二齿轮(313)，第一后滚动轮(317)，第二后滚动轮(318)与第Ⅲ级转轴(311)均采用过盈配合，第Ⅲ级转轴第三齿轮(314)，导槽凸轮(315)和第Ⅲ级转轴第一齿轮(312)与第Ⅲ级转轴(311)均采用间隙配合，第Ⅲ级转轴第三齿轮(314)与导槽凸轮(315)固连为一整体，轴向利用套筒定位。

2.根据权利要求1所述的一种落地自适应多功能跳跃机器人，其特征在于：所述的起跳角锁定机构：包括移动导销(401)，复位弹簧(402)，锁止齿轮(403)；采用矩形截面与圆截面复合结构的阶梯杆作为移动导销(401)，锁止齿轮(403) 固定安装移动导销(401)矩形截面端面，起跳角锁定机构通过移动导销(401)与机体(201)一侧边上靠近后端的矩形孔(202)滑动配合，复位弹簧(402)安装于锁止齿轮(403)与机体(201)侧边的内端面之间。

3.根据权利要求1所述的一种落地自适应多功能跳跃机器人，其特征在于：所述的起跳腿：包括第Ⅰ节第一腿(501)，第Ⅰ节第二腿(502)，第Ⅱ节第一腿(503)，第Ⅱ节第二腿(504)，第Ⅲ节第一腿(505)，第Ⅲ节第二腿(506)，腿部加固杆(507)，跳跃储能弹簧(508)，钢丝绳(509)，导槽滚筒(510)，角度调整杆(511)，旋转电机(512)，支撑底板(513)，第Ⅰ节第一扭转弹簧(514)，第Ⅰ节第二扭转弹簧(515)，第Ⅱ节第一扭转弹簧(516)，第Ⅱ节第二扭转弹簧(517)，第Ⅲ节第一扭转弹簧(518)，第Ⅲ节第二扭转弹簧(519)；第Ⅰ节第一腿(501)与第Ⅰ节第二腿(502)的一端通过间隙配合安装在第Ⅲ级转轴(311)上，第Ⅰ节第一腿(501)与第Ⅰ节第二腿(502) 的另一端分别和第Ⅱ节第一腿(503)与第Ⅱ节第二腿(504)叉形开孔端铆接，第Ⅰ节第一腿(501)与第Ⅲ级转轴第一齿轮(312)由螺钉固连，第Ⅱ节第一腿(503)和第Ⅱ节第二腿(504)分别与第Ⅲ节第一腿(505)和第Ⅲ节第二腿(506)的一端铆接，角度调整杆(511)正反两面上端两侧圆柱形凸台分别与第Ⅲ节第一腿(505)和第Ⅲ节第二腿(506)叉形孔间隙配合，角度调整杆(511)下端圆孔通过旋转电机输出轴与椭圆形支撑底板(513)上的两凸台连接，跳跃储能弹簧(508)两端的挂钩，分别与第Ⅱ节第一腿(503)、第Ⅲ节第一腿(505)的铆接螺栓，和第Ⅱ节第二腿(504)、第Ⅲ节第二腿(506)的铆接螺栓连接，钢丝绳(509)一端固定于角度调整杆(511)上端面拱形孔处，另一端通过导槽滚筒(510)安装于导槽凸轮(315)的导槽内，第Ⅰ节第一扭转弹簧(514)安装于第Ⅰ节第一腿(501)和第Ⅱ节第一腿(503)铆接螺栓上，第Ⅰ节第一扭转弹簧(514)两弹簧臂分别与第Ⅰ节第一腿(501)和第Ⅱ节第一腿(503)固连；第Ⅰ节第二扭转弹簧(515)安装于第Ⅰ节第二腿(502)和第Ⅱ节第二腿(504)铆接螺栓上，第Ⅰ节第二扭转弹簧(515)两弹簧臂分别与第Ⅰ节第二腿(502)和第Ⅱ节第二腿(504)固连；第Ⅱ节第一扭转弹簧(516)安装于第Ⅱ节第一腿(503)和第Ⅲ节第一腿(505)铆接螺栓上，第Ⅱ节第一扭转弹簧(516)两弹簧臂分别与第Ⅱ节第一腿(503)和第Ⅲ节第一腿(505)固连；第Ⅱ节第二扭转弹簧(517)安装于第Ⅱ节第二腿(504)和第Ⅲ节第二腿(506)铆接螺栓上，第Ⅱ节第二扭转弹簧(517)两弹簧臂分别与第Ⅱ节第二腿(504)和第Ⅲ节第二腿(506)固连；第Ⅲ节第一扭转弹簧(518)安装于角度调整杆(511)，正反两面任一面上端靠近旋转电机(512)侧圆柱形凸台上，第Ⅲ节第一扭转弹簧(518)两弹簧臂分别与第Ⅲ节第一腿(505)和角度调整杆(511)固连；第Ⅲ节第二扭转弹簧(519)安装于角度调整杆(511)，与第Ⅲ节第一扭转弹簧(518)同一面上端远离旋转电机(512)侧圆柱形凸台上，第Ⅲ节第二扭转弹簧(519)两弹簧臂分别与第Ⅲ节第二腿(506)和角度调整杆(511)固连。

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