CN107472389B - 一种可主动调节落地前姿态的弹跳机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可主动调节落地前姿态的弹跳机器人，包括机架、大腿、辅助腿、小腿、凸轮、凸轮减速齿轮、凸轮驱动电机、电池组模块、感知控制模块、飞轮、飞轮减速齿轮、飞轮驱动电机、变刚度弹性关节；大腿和辅助腿的下端铰接在小腿上，大腿的中部铰接在机架上，机架、大腿、辅助腿与小腿构成了平行四边形机构，大腿的上端与凸轮紧密接触，辅助腿的上端铰接有变刚度弹性关节并连接在机架上，凸轮通过凸轮减速齿轮与凸轮驱动电机连接；机架上设有飞轮，飞轮通过飞轮减速齿轮与飞轮转动电机连接。解决了现有弹跳机器人弹跳后容易翻到和侧跌、无有效的姿态调整装置和落地姿态角度不可设定的问题。

Description

一种可主动调节落地前姿态的弹跳机器人
技术领域
本发明涉及一种机器人技术，尤其涉及一种可主动调节落地前姿态的弹跳机器人。
背景技术
室外复杂环境中机器人的运动一直是一个研究热点，弹跳机器人相比于同尺寸的轮式机器人和履带式机器人，具有更强大的越障能力，可以作为无线传感器网络节点，越过高于自身数倍的障碍物，或跳进狭窄凹坑进行探测任务，可用于军事侦查、危险环境探测、灾后搜救等领域。
弹跳机器人目前还不能实现安全稳定着陆，落地后往往出现翻到和侧跌，在下次起跳前需要能够实现自复位等动作，从而造成机械结构的复杂化。专利CN201210003779.3提出一种弹跳机器人的单电机驱动自复位、起跳方向和起跳角度调节机构；其自复位机构是基于折叠式工作方式，只适用于平坦路面，在草地等具有微小障碍物情况下会失效；其落地角度与机器人自身负载和地面情况密切相关，容易造成机器人关键零部件撞击地面损坏。在复杂非平坦路面环境中，对于此类弹跳机器人如何采用最少数量的驱动电机和机构，实现安全落地和稳定自复位是一个难点。
发明内容
本发明的目的是提供一种可主动调节落地前姿态的弹跳机器人。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的可主动调节落地前姿态的弹跳机器人，其较佳的具体实施方式是：
包括机架、大腿、辅助腿、小腿、凸轮、凸轮减速齿轮、凸轮驱动电机、电池组模块、感知控制模块、飞轮、飞轮减速齿轮、飞轮驱动电机、变刚度弹性关节；
所述大腿和辅助腿的下端铰接在小腿上，所述大腿的中部铰接在机架上，所述机架、大腿、辅助腿与小腿构成了平行四边形机构，所述大腿的上端与凸轮紧密接触，所述辅助腿的上端铰接有变刚度弹性关节并连接在机架上，所述凸轮通过凸轮减速齿轮与凸轮驱动电机连接；
所述机架上设有飞轮，所述飞轮通过飞轮减速齿轮与飞轮转动电机连接。
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可主动调节落地前姿态的弹跳机器人，解决了现有弹跳机器人弹跳后容易翻到和侧跌、无有效的姿态调整装置和落地姿态角度不可设定的问题。
附图说明
图1a、图1b分别为本发明实施例提供的可主动调节落地前姿态的弹跳机器人的不同角度的结构示意图。
图2为本发明实施例中弹跳机构的结构示意图；
图3为本发明实施例中飞轮机构的结构示意图；
图4为本发明实施例中变刚度弹性关节的结构示意图；
图5为本发明实施例中变刚度弹性关节爆炸视图。
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。
本发明的可主动调节落地前姿态的弹跳机器人，其较佳的具体实施方式是：
包括机架、大腿、辅助腿、小腿、凸轮、凸轮减速齿轮、凸轮驱动电机、电池组模块、感知控制模块、飞轮、飞轮减速齿轮、飞轮驱动电机、变刚度弹性关节；
所述大腿和辅助腿的下端铰接在小腿上，所述大腿的中部铰接在机架上，所述机架、大腿、辅助腿与小腿构成了平行四边形机构，所述大腿的上端与凸轮紧密接触，所述辅助腿的上端铰接有变刚度弹性关节并连接在机架上，所述凸轮通过凸轮减速齿轮与凸轮驱动电机连接；
所述机架上设有飞轮，所述飞轮通过飞轮减速齿轮与飞轮转动电机连接。
还包括电池组模块、感知控制模块，所述感知控制模块设有机器人与地面的距离感知传感器和机器人自身姿态感知传感器，所述凸轮驱动电机和飞轮驱动电机与所述感知控制模块通过信号线连接。
所述飞轮、变刚度弹性关节设于机器人的前部，所述电池组模块、感知控制模块(9)设于机器人的中部，所述凸轮设于机器人的后部。
所述的变刚度弹性关节包括输入轴、外壳、粗卷簧、细卷簧、滑块、滑板、空心轴驱动电机和输出法兰盘；
所述输入轴设置于所述外壳的回转中心并与外壳之间固定；
所述粗卷簧和细卷簧的内圈并联固定于所述输入轴上，所述粗卷簧和细卷簧的中间部分由滑块固结在一起，所述滑块装于滑板的导轨槽中，空心轴驱动电机的定子与输入轴固定、转子与所述滑板固定，所述细卷簧的最外圈固定在输出法兰盘上。
所述滑块的一侧通过导轨与所述滑板上的导轨槽啮合，另一侧通过齿形结构与所述粗卷簧和细卷簧啮合。
本发明的可主动调节落地前姿态的弹跳机器人，解决了现有弹跳机器人弹跳后容易翻到和侧跌、无有效的姿态调整装置和落地姿态角度不可设定的问题。
具体实施例：
如图1a至图5所示，包括机架1，大腿2，辅助腿3，小腿4，凸轮5，凸轮减速齿轮6，凸轮驱动电机7，电池组模块8，感知控制模块9，飞轮10，飞轮减速齿轮11，飞轮驱动电机12，变刚度弹性关节13。
上述方案中，大腿2、辅助腿3的下端铰接在小腿4上，大腿2的中部铰接在机架1上，上端与凸轮5紧密接触，辅助腿3的上端铰接变刚度弹性关节13，并连接在机架1上；凸轮驱动电机7转动，经过凸轮减速齿轮6减速，带动凸轮5转动，由于大腿2上端与凸轮5紧密接触，从而改变大腿2与机架1之间的夹角；机架1，大腿2，辅助腿3，小腿4，构成了平行四边形机构，当大腿2与机架1之间的夹角改变时，辅助腿3与机架1之间的夹角也相应的改变，此时，与辅助腿3铰接的变刚度弹性关节13开始为机器人起跳积蓄能量；当大腿2与机架1之间的夹角达到最大值时，凸轮5继续转动，大腿2的转动方向会瞬间翻转，变刚度弹性关节13释放能量，辅助腿3带动大腿2、小腿4，实现机器人的瞬间起跳；然后，凸轮5继续转动，为机器人的下一次起跳做准备；机器人起跳后，飞轮转动电机12转动，经过飞轮减速齿轮11减速，带动飞轮10转动，依据“动量守恒定律”，飞轮10转动时，可实现机器人自身姿态的调节；机器人落地前，飞轮10将机器人自身姿态调节合适，变刚度弹性关节13调节至小刚度状态，以吸收机器人落地时的冲击能量，实现机器人的安全稳定落地；电池组模块8为整个系统提供能量；感知控制模块9时刻测量机器人与地面的距离、机器人自身姿态等信息，并控制凸轮驱动电机7、飞轮驱动电机12等。
上述方案中，通过程序设定，可调节机器人落地前的姿态角度，使机器人可以任意设定的姿态角度落地。
上述方案中，飞轮10、变刚度弹性关节13位于机器人的前部；电池组模块8、感知控制模块9位于机器人的中部；凸轮5位于机器人的后部。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷绝。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种可主动调节落地前姿态的弹跳机器人，其特征在于，包括机架(1)、大腿(2)、辅助腿(3)、小腿(4)、凸轮(5)、凸轮减速齿轮(6)、凸轮驱动电机(7)、电池组模块(8)、感知控制模块(9)、飞轮(10)、飞轮减速齿轮(11)、飞轮驱动电机(12)、变刚度弹性关节(13)；
所述大腿(2)和辅助腿(3)的下端铰接在小腿(4)上，所述大腿(2)的中部铰接在机架(1)上，所述机架(1)、大腿(2)、辅助腿(3)与小腿(4)构成了平行四边形机构，所述大腿(2)的上端与凸轮(5)紧密接触，所述辅助腿(3)的上端铰接有变刚度弹性关节(13)并连接在机架(1)上，所述凸轮(5)通过凸轮减速齿轮(6)与凸轮驱动电机(7)连接；
所述机架(1)上设有飞轮(10)，所述飞轮(10)通过飞轮减速齿轮(11)与飞轮转动电机(12)连接；
所述的变刚度弹性关节(13)包括输入轴(13-1)、外壳(13-2)、粗卷簧(13-3)、细卷簧(13-4)、滑块(13-5)、滑板(13-6)、空心轴驱动电机(13-7)和输出法兰盘(13-8)；
所述输入轴(13-1)设置于所述外壳(13-2)的回转中心并与外壳(13-2)之间固定；
所述粗卷簧(13-3)和细卷簧(13-4)的内圈并联固定于所述输入轴(13-1)上，所述粗卷簧(13-3)和细卷簧(13-4)的中间部分由滑块(13-5)固结在一起，所述滑块(13-5)装于滑板(13-6)的导轨槽中，空心轴驱动电机(13-7)的定子与输入轴(13-1)固定、转子与所述滑板(13-6)固定，所述细卷簧(13-4)的最外圈固定在输出法兰盘(13-8)上。
2.根据权利要求1所述的可主动调节落地前姿态的弹跳机器人，其特征在于，还包括电池组模块(8)、感知控制模块(9)，所述感知控制模块(9)设有机器人与地面的距离感知传感器和机器人自身姿态感知传感器，所述凸轮驱动电机(7)和飞轮驱动电机与所述感知控制模块(9)通过信号线连接。
3.根据权利要求2所述的可主动调节落地前姿态的弹跳机器人，其特征在于，所述飞轮(10)、变刚度弹性关节(13)设于机器人的前部，所述电池组模块(8)、感知控制模块(9)设于机器人的中部，所述凸轮(5)设于机器人的后部。
4.根据权利要求1、2或3所述的可主动调节落地前姿态的弹跳机器人，其特征在于，所述滑块(13-5)的一侧通过导轨与所述滑板(13-6)上的导轨槽啮合，另一侧通过齿形结构与所述粗卷簧(13-3)和细卷簧(13-4)啮合。
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